Få, hvis nogen, elementer er så alsidige som kulstof. Kulstofatomet har fire valenselektroner, hvilket gør det i stand til at danne flere forbindelser end noget andet element, og det faktum gør det uundværligt i udviklingen af levende organismer. Dette alsidige og rigelige element cykler regelmæssigt gennem jordens atmosfære, hydrosfære, geosfære og biosfære, som i det væsentlige udgør en kulstofreservoireliste.
Atmosfæren er særlig vigtig i kulstofcyklussen, fordi den er et kuldioxidreservoir. Kuldioxid er en gas, og fotosyntetiseringsanlæg i biosfæren, som udgør et andet vigtigt reservoir i kulstofcyklussen, afhænger af det for åndedræt. Imidlertid har hydrosfæren, som inkluderer alle verdenshavene, uden tvivl en større indflydelse på grund af det faktum, at havene dækker 70 procent af planetens overfladeareal. Geosfæren låser på sin side kulstof i faste strukturer, der varer i årtusinder og frigiver det gennem vulkansk aktivitet.
Definition af kulstofcyklus
At prøve at bestemme, hvor kulstofcyklussen begynder, er lidt som at prøve at bestemme, hvad der kom først, kyllingen eller ægget, men lad os begynde med geosfæren. Kulstof, der har været låst i årevis i sedimentær sten, frigives i atmosfæren af vulkaner som kuldioxid. Noget af det bruges af planter til åndedræt, og noget opløses i havene. Nogle vender også tilbage til jorden som sediment dannet over æoner ved erosion og andre naturlige processer.
Levende væsener, der udskiller kuldioxid som en del af deres åndedrætsproces, hjælper med at opretholde koncentrationen af kuldioxid i atmosfæren. Derudover bliver de fleste - men ikke alle - af den kuldioxid, der opløses i havvand, genabsorberet i atmosfæren. På denne måde cykler kulstof uophørligt gennem jordens økosystemer.
Atmosfæren som et reservoir i kulstofcyklussen
Kuldioxid tegner sig kun for ca. 0,04 procent af gasserne i atmosfæren. I de sidste 800.000 år har koncentrationen af kuldioxid været under 300 dele pr. Million. Det begyndte dog at stige under den industrielle revolution, og i de sidste 50 år er det steget i gennemsnit 0,6 ppm hvert år. I 2018 rapporterede forskerne ved Mauna Loa Observatory på Hawaii, at koncentrationen var 410,79 ppm (se Ressourcer). Forskere tilskriver stigningen til menneskelig aktivitet.
Den hurtige stigning forstyrrer kulstofcyklussen. Noget af det overskydende kuldioxid absorberes i havene eller bruges til åndedræt, men det meste af det forbliver i atmosfæren, hvor den kombineres med andre sporgasser for at skabe en opvarmende effekt på planet. Det er en drivhusgas, og den hurtige stigning i dets atmosfæriske koncentration har forskere bekymret.
Havene er en anden vigtig kuldioxidreservoir
Havene absorberer ca. 25 procent af den atmosfæriske kuldioxid. Havdyr er i stand til at konvertere det til skaller for deres kroppe, som til sidst falder til havbunden som sediment. Desuden bruger alger og anden fotosyntetisering af havflora kuldioxid direkte til åndedræt.
Når kuldioxid opløses i havvand, producerer det kulsyre. De stigende mængder atmosfærisk kuldioxid producerer således en tilsvarende stigning i forsuring af havet. Dette har en skadelig virkning på havdyr, fordi det gør deres skaller svagere og mere skøre. Endnu værre, på et tidspunkt bliver havene for sure til at absorbere mere kuldioxid fra atmosfæren. Det kunne sparke den accelererende stigning i atmosfærisk kuldioxid i overdrive og forårsage en meteorisk stigning i jordens overfladetemperatur.