Λίγα, αν υπάρχουν, στοιχεία είναι τόσο ευπροσάρμοστα όσο ο άνθρακας. Το άτομο άνθρακα έχει τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους, γεγονός που το καθιστά ικανό να σχηματίζει περισσότερες ενώσεις από οποιοδήποτε άλλο στοιχείο, και αυτό το καθιστά απαραίτητο στην ανάπτυξη ζωντανών οργανισμών. Αυτό το ευέλικτο και άφθονο στοιχείο περιστρέφεται τακτικά μέσω της γήινης ατμόσφαιρας, της υδροσφαίρας, της γεωσφαιρίας και της βιόσφαιρας, τα οποία ουσιαστικά περιλαμβάνουν μια λίστα δεξαμενών άνθρακα.
Η ατμόσφαιρα είναι ιδιαίτερα σημαντική στον κύκλο του άνθρακα επειδή είναι δεξαμενή διοξειδίου του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα αέριο και τα φυτά φωτοσύνθεσης στη βιόσφαιρα, τα οποία αποτελούν μια άλλη σημαντική δεξαμενή στον κύκλο του άνθρακα, εξαρτώνται από αυτό για αναπνοή. Ωστόσο, η υδροσφαιρία, η οποία περιλαμβάνει όλους τους ωκεανούς του κόσμου, αναμφισβήτητα έχει σημαντικότερο αντίκτυπο, λόγω του γεγονότος ότι οι ωκεανοί καλύπτουν το 70% της επιφάνειας του πλανήτη. Η γεωσφαιρία, από την πλευρά της, κλειδώνει τον άνθρακα σε στερεές δομές που διαρκούν χιλιετίες και τον απελευθερώνει μέσω ηφαιστειακής δραστηριότητας.
Ορισμός κύκλου άνθρακα
Το να προσπαθήσετε να προσδιορίσετε πού ξεκινά ο κύκλος άνθρακα μοιάζει με το να προσπαθήσετε να προσδιορίσετε ποιος ήρθε πρώτος, το κοτόπουλο ή το αυγό, αλλά ας ξεκινήσουμε με τη γεωσφαιρία. Ο άνθρακας που έχει κλειδωθεί εδώ και αιώνες σε ιζηματογενή πετρώματα απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα από ηφαίστεια ως διοξείδιο του άνθρακα. Μερικά από αυτά χρησιμοποιούνται από φυτά για αναπνοή και άλλα διαλύονται στους ωκεανούς. Μερικοί επίσης επιστρέφουν στη γη ως ίζημα που σχηματίζεται πάνω από αιώνες από τη διάβρωση και άλλες φυσικές διεργασίες.
Τα έμβια όντα που εκκρίνουν διοξείδιο του άνθρακα ως μέρος της αναπνευστικής τους διαδικασίας βοηθούν στη διατήρηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον, το μεγαλύτερο μέρος - αλλά όχι όλο - του διοξειδίου του άνθρακα που διαλύεται στο θαλασσινό νερό απορροφάται ξανά στην ατμόσφαιρα. Με αυτόν τον τρόπο, ο άνθρακας περνά ασταμάτητα στα οικοσυστήματα της γης.
Η ατμόσφαιρα ως δεξαμενή στον κύκλο άνθρακα
Το διοξείδιο του άνθρακα αντιπροσωπεύει μόνο περίπου 0,04 τοις εκατό των αερίων στην ατμόσφαιρα. Τα τελευταία 800.000 χρόνια, η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα παρέμεινε κάτω από 300 μέρη ανά εκατομμύριο. Ωστόσο, άρχισε να αυξάνεται κατά τη διάρκεια της Βιομηχανικής Επανάστασης και τα τελευταία 50 χρόνια έχει αυξηθεί κατά μέσο όρο 0,6 ppm κάθε χρόνο. Το 2018, οι επιστήμονες στο Παρατηρητήριο Mauna Loa στη Χαβάη ανέφεραν ότι η συγκέντρωση ήταν 410,79 ppm (βλ. Πόροι). Οι επιστήμονες αποδίδουν την άνοδο στην ανθρώπινη δραστηριότητα.
Η γρήγορη άνοδος αναστατώνει τον κύκλο άνθρακα. Μερικό από το υπερβολικό διοξείδιο του άνθρακα απορροφάται στους ωκεανούς ή χρησιμοποιείται για αναπνοή, αλλά το μεγαλύτερο μέρος του παραμένει στην ατμόσφαιρα, όπου συνδυάζεται με άλλα ίχνη για να δημιουργήσει ένα φαινόμενο θέρμανσης στο πλανήτης. Είναι ένα αέριο θερμοκηπίου και η ταχεία αύξηση της ατμοσφαιρικής συγκέντρωσής του ανησυχεί τους επιστήμονες.
Οι Ωκεανοί είναι μια άλλη βασική δεξαμενή διοξειδίου του άνθρακα
Οι ωκεανοί απορροφούν περίπου το 25 τοις εκατό του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα. Τα θαλάσσια πλάσματα είναι σε θέση να το μετατρέψουν σε κελύφη για το σώμα τους, τα οποία τελικά πέφτουν στον πυθμένα του ωκεανού ως ίζημα. Επιπλέον, τα φύκια και η άλλη φωτοσύνθεση της θαλάσσιας χλωρίδας χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα απευθείας για την αναπνοή.
Όταν το διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται σε θαλασσινό νερό, παράγει ανθρακικό οξύ. Οι αυξανόμενες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα παράγουν έτσι αντίστοιχη αύξηση στην οξίνιση των ωκεανών. Αυτό έχει βλαβερή επίδραση στα θαλάσσια πλάσματα, επειδή κάνει τα κελύφη τους πιο αδύναμα και πιο εύθραυστα. Ακόμα χειρότερα, σε κάποιο σημείο, οι ωκεανοί θα γίνουν πολύ όξινοι για να απορροφήσουν περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει την επιταχυνόμενη αύξηση του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα σε υπερβολική κίνηση και να προκαλέσει μια μετεωρική αύξηση της θερμοκρασίας της γης.