Ορισμός της καθαρής ανταλλαγής οικοσυστημάτων

Ένα οικοσύστημα περιλαμβάνει ζώα, φυτά, μικρόβια και τα μέρη που δεν ζουν γύρω τους, όπως νερό, αέρα και έδαφος. Κάθε ζωντανός οργανισμός απαιτεί μια συγκεκριμένη μορφή παραγωγής ενέργειας. Όλα τα ζώα χρειάζονται αναπνοή, την ανταλλαγή οξυγόνου με διοξείδιο του άνθρακα, για να παραμείνουν ζωντανοί. Τα φυτά απαιτούν επίσης αναπνοή και οξυγόνο, αλλά επίσης στερεώνουν ή αφαιρούν άνθρακα από το περιβάλλον και τα προϊόντα ζωογόνο οξυγόνο που χρησιμοποιείται από ζώα, τροφοδοτούμενο από ηλιακή ενέργεια που συλλέγει χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα οργανίδια που ονομάζονται χλωροπλάστες. Η καθαρή ανταλλαγή οικοσυστημάτων υπολογίζεται από έναν τύπο που δείχνει πόσα άνθρακα τοποθετείται στο περιβάλλον σε σύγκριση με το πόσο αφαιρείται. Η καθαρή ανταλλαγή οικοσυστημάτων ονομάζεται επίσης μερικές φορές "καθαρή παραγωγή οικοσυστημάτων".

Για να διατηρηθεί η ζωή στη γη όπως είναι τώρα, ο άνθρακας στην ατμόσφαιρα και ο άνθρακας που είναι σταθεροί σε βιολογικούς οργανισμούς πρέπει να είναι ισορροπημένοι. Εάν όχι, θα προκύψει αλλαγή του κλίματος. Τα ζώα και οι άνθρωποι προσθέτουν περισσότερο άνθρακα στο οικοσύστημα με απλή αναπνοή. Ο ατμοσφαιρικός άνθρακας παράγεται επίσης με αποσύνθεση, καθώς τα νεκρά ζώα και τα φυτικά υλικά απελευθερώνουν άνθρακα αποθηκευμένο στους ιστούς τους και από την καύση δέντρων, φυτών και ορυκτών καυσίμων, όπως:

• λάδι
  
• κάρβουνο

Για την εξουδετέρωση αυτών των επιπτώσεων, τα ζωντανά φυτά αναφέρονται ως «νεροχύτες άνθρακα» επειδή απομακρύνουν το διοξείδιο του άνθρακα από το περιβάλλον και το μετατρέπουν σε οξυγόνο και ενέργεια τροφής.

Απαιτούνται αρκετοί παράγοντες για τον καθορισμό της καθαρής ανταλλαγής οικοσυστημάτων. Η πρώτη είναι η καθαρή πρωτογενής παραγωγή, η οποία είναι η καθαρή ποσότητα οργανικού άνθρακα που αφαιρείται από το οικοσύστημα από τα φυτά. Τα φυτά είναι αυτοτροφικά, πράγμα που σημαίνει ότι είναι σε θέση να σχηματίσουν θρεπτικά συστατικά και ενέργεια από ανόργανες ουσίες και το ηλιακό φως κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας που ονομάζεται φωτοσύνθεση. Η συνολική ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα - που αφαιρείται από το οικοσύστημα - κατά τη φωτοσύνθεση ονομάζεται ακαθάριστη πρωτογενής παραγωγή. Ωστόσο, τα φυτά εκπέμπουν επίσης άνθρακα κατά την αναπνοή. Ως εκ τούτου, η καθαρή πρωτογενής παραγωγή υπολογίζεται αφαιρώντας την ποσότητα άνθρακα που εκπέμπεται από τα φυτά κατά την αναπνοή από την ποσότητα του άνθρακα που καθορίζεται κατά την ακαθάριστη πρωτογενή παραγωγή.

Ενώ τα φυτά είναι αυτοτροφικά, οι άνθρωποι και τα ζώα είναι ετερότροπα, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζονται οργανικά θρεπτικά συστατικά - τροφή - από το περιβάλλον και πρέπει να χρησιμοποιούν οξυγόνο για να παράγουν ενέργεια από χωνευμένα τρόφιμα. Η ετεροτροφική αναπνοή παράγει μεγάλες ποσότητες άνθρακα που τοποθετούνται στο οικοσύστημα. Ως εκ τούτου, η καθαρή ανταλλαγή οικοσυστημάτων καθορίζεται αφαιρώντας την ποσότητα άνθρακα που παράγεται από ετεροτροφική αναπνοή από την καθαρή πρωτογενή παραγωγή.

Το ισοζύγιο άνθρακα είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα που διασφαλίζει ότι τα οικοσυστήματα είναι βιώσιμα και υγιή. Η καθαρή ανταλλαγή οικοσυστημάτων βοηθά στη μέτρηση της ισορροπίας του κύκλου άνθρακα. Καθώς υπολογίζεται αφαιρώντας πόσα ανθρακικά εργοστάσια διορθώνουν ή αφαιρούν, από το πόσο άνθρακας τοποθετείται στο οικοσύστημα, το καλύτερο αποτέλεσμα θα ήταν μια αρνητική τιμή. Για παράδειγμα, στοιχεία από το 1992 έως το 2000 έδειξαν ότι τα δάση στις ανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες είχαν καθαρές ανταλλαγές οικοσυστημάτων που κυμαίνονται από -84 έως -740. Αυτό δείχνει ότι αφαιρείται περισσότερος άνθρακας από ό, τι απελευθερώνεται. Εάν ο άνθρακας δεν απομακρυνθεί αποτελεσματικά, η ποιότητα του αέρα - και της ζωής - σε ένα οικοσύστημα θα υποφέρει. Άλλοι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη για την ισορροπία του άνθρακα σε ένα οικοσύστημα είναι η ρύπανση από εργοστάσια και οχήματα, ενώ οι ωκεανοί απομακρύνουν επίσης τον άνθρακα από την ατμόσφαιρα.