Malo je elemenata, ako ih uopće ima, tako svestranih poput ugljika. Atom ugljika ima četiri valentna elektrona, što ga čini sposobnim za stvaranje više spojeva od bilo kojeg drugog elementa, a ta ga činjenica čini prijeko potrebnom u razvoju živih organizama. Ovaj svestrani i obilni element redovito kruži kroz Zemljinu atmosferu, hidrosferu, geosferu i biosferu, koja u osnovi čine popis rezervoara ugljika.
Atmosfera je posebno važna u ciklusu ugljika jer je to rezervoar ugljičnog dioksida. Ugljični dioksid je plin, a biljke fotosinteze u biosferi, koje čine još jedan važan rezervoar u ciklusu ugljika, ovise o njemu za disanje. Međutim, hidrosfera, koja uključuje sve svjetske oceane, vjerojatno ima značajniji utjecaj, zahvaljujući činjenici da oceani pokrivaju 70 posto površine planeta. Geosfera sa svoje strane zaključava ugljik u čvrste strukture koje traju tisućljećima i oslobađa ga vulkanskom aktivnošću.
Definicija ciklusa ugljika
Pokušaj utvrditi gdje započinje ciklus ugljika pomalo je poput pokušaja utvrditi što je prvo došlo, piletina ili jaje, ali krenimo od geosfere. Ugljik koji je vjekovima bio zatvoren u sedimentnim stijenama vulkani puštaju u atmosferu kao ugljični dioksid. Nešto ga biljke koriste za disanje, a neko se otopi u oceanima. Neki se također vraćaju na zemlju kao sediment nastao tijekom eona erozijom i drugim prirodnim procesima.
Živa bića koja izlučuju ugljični dioksid kao dio svog respiratornog procesa pomažu u održavanju koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi. Uz to, većina - ali ne i sva - ugljičnog dioksida koji se otapa u morskoj vodi ponovno se apsorbira u atmosferu. Na taj način ugljični ciklusi neprestano kruže kroz zemaljske ekosustave.
Atmosfera kao rezervoar u ugljikovom ciklusu
Ugljični dioksid čini samo oko 0,04 posto plinova u atmosferi. Posljednjih 800 000 godina koncentracija ugljičnog dioksida ostala je ispod 300 dijelova na milijun. Međutim, počeo je rasti tijekom industrijske revolucije, a u posljednjih 50 godina rastao je u prosjeku 0,6 ppm svake godine. Godine 2018. znanstvenici iz zvjezdarnice Mauna Loa na Havajima izvijestili su da je koncentracija 410,79 ppm (vidi Resursi). Znanstvenici uspon pripisuju ljudskoj aktivnosti.
Brzi porast narušava ciklus ugljika. Dio viška ugljičnog dioksida apsorbira se u oceane ili se koristi za disanje, ali većina ostaje u atmosferi, gdje se kombinira s drugim plinovima u tragovima kako bi stvorio učinak zagrijavanja na planeta. Riječ je o stakleničkom plinu i brzi porast njegove atmosferske koncentracije zabrinuo je znanstvenike.
Oceani su još jedan ključni rezervoar ugljičnog dioksida
Oceani apsorbiraju oko 25 posto atmosferskog ugljičnog dioksida. Morska bića su u stanju pretvoriti ga u školjke za svoja tijela koja na kraju padnu na dno oceana kao talog. Štoviše, alge i druge fotosinteze morske flore koriste ugljični dioksid izravno za disanje.
Kada se ugljični dioksid otopi u morskoj vodi, on stvara ugljičnu kiselinu. Povećane količine atmosferskog ugljičnog dioksida tako proizvode odgovarajući porast zakiseljavanja oceana. To štetno djeluje na morska bića, jer čini njihove školjke slabijima i lomljivijima. Još gore, oceani će u jednom trenutku postati previše kiseli da bi upili više ugljičnog dioksida iz atmosfere. To bi moglo ubrzati porast atmosferskog ugljičnog dioksida u pretjerani pogon i uzrokovati meteorski porast temperature Zemljine površine.