Učinci ljudske aktivnosti na ciklus ugljika

Ciklus ugljika jedan je od nekoliko biogeokemijskih ciklusa kojim različiti spojevi neophodni za život, poput vode, dušik, sumpor, ugljik i fosfor kontinuirano se recikliraju kroz metaboličke, geološke i meteorološke procesi. Ugljik postoji kao ugljični dioksid u atmosferi i otapa se u oceanima, kao organski ugljik u živim organizmima i kao dio sedimentnih minerala poput kalcijevog karbonata. Obično se kretanje ugljika između ovih različitih ležišta učinkovito uravnoteži tako da je količina ugljika u svakom relativno konstantna ili se mijenja samo tijekom tisućljeća. Od industrijske revolucije, međutim, ljudi pale fosilna goriva i u atmosferu ispuštaju ogromne količine ugljika, što može imati dalekosežne učinke na klimu i ekosustave.

Ugljik je jedan od najvažnijih životnih elemenata i po definiciji je dio svih organskih molekula. Ugljični dioksid u atmosferi pretvaraju se u organski ugljik fotosintetskim biljkama, algama i fitoplanktonom, poznatim i kao "proizvođači". Gotovo svi ostali organizmi, uključujući sve životinje, u konačnici dobivaju ugljik od tih proizvođača. Svi organizmi, uključujući proizvođače, oslobađaju ugljični dioksid kao rezultat staničnog disanja, procesa kojim se ugljikohidrati metaboliziraju kako bi oslobodili energiju potrebnu za život. Između učinaka fotosinteze i staničnog disanja, ciklusi ugljika između atmosfere i biosfere. Najvažnije iznimke su oni organizmi, uglavnom fitoplanktoni i druge životinje s ljuskama od kalcija karbonata, koji su zakopani pod talogom na dnu oceana prije nego što se njihov ugljik može osloboditi raspad. Ovaj se ugljik učinkovito uklanja iz biološkog i atmosferskog dijela ugljikovog ciklusa, na kraju poprimajući oblik vapnenca ili, pod određenim uvjetima, nafte, ugljena ili prirodnog plina.

Istodobno s polakim stvaranjem više minerala koji sadrže vapnenac i ugljik, postojeći sedimenti polako nagrizaju snage vjetra i oborina. Vapnenac i drugi sedimenti otapaju se kišnicom, oslobađajući ugljik natrag u biosferu. Subdukcija, koja se događa kada je jedna tektonska ploča prisiljena pod drugu, također je važan dio ciklusa ugljika. Sedimenti koji sadrže ugljik potiskuju se dovoljno ispod površine da se rastope i na kraju oslobađaju svoj ugljik. Ovaj se ugljik oslobađa iznenada, kao dio vulkanskih erupcija, i postupno, kao curenje kroz vruće izvore, pukotine i otvore.

Primarni utjecaj ljudi na ciklus ugljika je sagorijevanjem fosilnih goriva, koji inače ispuštaju ugljik ispuštaju u atmosferu. Fosilna goriva, koja uključuju naftu, prirodni plin i ugljen, koriste se u gotovo svim aspektima globalne ekonomije. Automobili su najvidljiviji primjer, ali više ugljičnog dioksida zapravo proizvode postrojenja za ugljen i prirodni plin koji proizvode električnu energiju kako za industrijsku tako i za stambenu uporabu. Industrijska poljoprivreda također radi na energiju fosilnih goriva. Sva umjetna gnojiva sintetiziraju se postupkom koji sagorijeva fosilna goriva - obično prirodni plin. Razne studije pratile su promjene u ugljičnom dioksidu tijekom posljednjih pola stoljeća. Najdugovječnije istraživanje započeo je 1958. godine Charles Keeling na Havajima i pokazuje brzi porast razine ugljika u atmosferi. Dokazi iz ledenih jezgri sugeriraju da je razina ugljika viša nego što je bila u pola milijuna godina

Raširena krčenje šuma, posebno u tropskim područjima, uzrokuje oslobađanje više ugljika razgradnjom i odvajanje manje ugljika putem fotosinteza, proces kojim biljke i neke bakterije koriste energiju sunčeve svjetlosti za izgradnju ugljikohidrata iz ugljičnog dioksida iz atmosfera. Iako su neka područja odvojena kao rezervati za divlje životinje, daleko su više podložna spaljivanju i sječi za potrebe sječe drva i krčenja poljoprivrednog zemljišta.

Glavna zabrinutost zbog povećanja razine ugljičnog dioksida dolazi iz činjenice da je ugljični dioksid staklenički plin. Zarobljava infracrveno zračenje sa Zemljine površine koje bi inače pobjeglo u svemir, učinkovito izolirajući planet i povećavajući njegovu temperaturu. UN-ov Međunarodni panel za klimatske promjene, zajedno s mnogim ljudima iz znanstvene zajednice, vjeruje da ljudi narušavaju ciklus ugljika dovoljno da drastično promijeniti globalnu klimu, s potencijalno ogromnim posljedicama na biološku raznolikost, poljoprivredu, vrijeme i cjelokupno zdravlje svakog ekosustava na planeta.