השפעות הפעילות האנושית על מחזור הפחמן

מחזור הפחמן הוא אחד ממספר מחזורים ביו-כימיים שדרכם התרכובות השונות הנחוצות לחיים, כגון מים, חנקן, גופרית, פחמן וזרחן, ממוחזרים ברציפות באמצעות מטבולית, גיאולוגית ומטאורולוגית תהליכים. פחמן קיים כפחמן דו חמצני באטמוספרה והוא מומס באוקיאנוסים, כפחמן אורגני באורגניזמים חיים, וכחלק ממינרלים משקעים כמו סידן פחמתי. בדרך כלל, תנועות של פחמן בין מאגרים שונים אלה מתאזן למעשה כך שכמות הפחמן בכל אחת מהן קבועה יחסית או משתנה רק במהלך אלפי שנים. אולם מאז המהפכה התעשייתית בני האדם שורפים דלקים מאובנים ומשחררים כמויות אדירות של פחמן לאטמוספירה, מה שעשוי להיות בעל השפעה מרחיקת לכת על האקלים והמערכות האקולוגיות.

פחמן הוא אחד היסודות החשובים ביותר לחיים, והוא, בהגדרתו, חלק מכל המולקולות האורגניות. פחמן דו חמצני באטמוספירה הופך לפחמן אורגני על ידי צמחים פוטוסינתטיים, אצות ופיטופלנקטון, המכונים גם "יצרנים". כמעט כל האורגניזמים האחרים, כולל כל בעלי החיים, מקבלים בסופו של דבר את הפחמן שלהם מיצרנים אלה. כל האורגניזמים, כולל המפיקים, משחררים פחמן דו חמצני כתוצאה מנשימה תאית, התהליך בו מטבוליזם של פחמימות לשחרור האנרגיה הדרושה לחיים. בין ההשפעות של פוטוסינתזה לנשימה תאית, מחזורי פחמן בין האטמוספירה לביוספרה. היוצאים מן הכלל החשובים ביותר הם אותם אורגניזמים, בעיקר פיטופלנקטון ובעלי חיים אחרים עם קליפות העשויות סידן פחמתי, שקבורים מתחת למשקעים בקרקעית האוקיאנוס לפני שניתן לשחרר את הפחמן שלהם הִתפָּרְקוּת. פחמן זה מוסר ביעילות מהחלקים הביולוגיים והאטמוספריים של מחזור הפחמן, ובסופו של דבר הוא מקבל צורה של גיר או, בתנאים מסוימים, נפט, פחם או גז טבעי.

במקביל שנוצרים אט אט יותר אבן גיר ומינרלים המכילים פחמן, משקעים קיימים נשחקים אט אט בכוחות הרוח והמשקעים. אבן גיר ומשקעים אחרים מומסים על ידי מי גשמים, ומשחררים פחמן חזרה לביוספרה. סובדוקציה, המתרחשת כאשר לוח טקטוני אחד נאלץ מתחת לאחר, היא גם חלק חשוב ממעגל הפחמן. משקעים המכילים פחמן נדחפים מספיק מתחת לפני השטח שהם נמסים, ובסופו של דבר משחררים את הפחמן שלהם. פחמן זה משתחרר לפתע, כחלק מהתפרצויות געש, ובהדרגה, כדלף דרך מעיינות חמים, סדקים ופתחי אוורור.

ההשפעה העיקרית של בני האדם על מחזור הפחמן היא באמצעות שריפת דלקים מאובנים, המשחררת פחמן קבור אחרת לאטמוספירה. דלקים מאובנים, הכוללים נפט, גז טבעי ופחם, משמשים כמעט בכל היבט של הכלכלה העולמית. כלי רכב הם הדוגמה הגלויה ביותר, אך יותר פחמן דו חמצני מיוצר למעשה על ידי מפעלי פחם וגז טבעי המייצרים חשמל לשימוש תעשייתי וגם למגורים. החקלאות התעשייתית פועלת גם על אנרגיית דלקים מאובנים. כל הדשנים המלאכותיים מסונתזים על ידי תהליך השורף דלקים מאובנים - בדרך כלל גז טבעי. מחקרים שונים עקבו אחר שינויים בפחמן הדו חמצני במהלך מחצית המאה האחרונה. המחקר הארוך ביותר התחיל בשנת 1958 על ידי צ'רלס קילינג בהוואי, והוא מראה עלייה מהירה ברמות הפחמן האטמוספריות. עדויות מליבות קרח מצביעות על כך שרמות הפחמן גבוהות מכפי שהיו בחצי מיליון שנה

כריתת יערות רחבה, במיוחד באזורים טרופיים, גורמת לשחרור יותר פחמן באמצעות פירוק ופחמן פחות באמצעות פוטוסינתזה, התהליך שבו צמחים וחיידקים מסוימים משתמשים באנרגיה של אור השמש כדי לבנות פחמימות מפחמן דו חמצני אַטמוֹספֵרָה. אף על פי שאזורים מסוימים הוקצו כשימור חיות בר, הרבה יותר פגיעים לשריפה ולגזירה למטרות קציר עצים ופינוי קרקעות חקלאיות.

החשש העיקרי מעליית רמות הפחמן הדו-חמצני נובע מהעובדה שפחמן דו-חמצני הוא גז חממה. הוא לוכד קרינת אינפרא אדום מעל פני האדמה אשר אחרת תימלט לחלל, מבודד ביעילות את כדור הארץ ומגדיל את הטמפרטורה שלו. הפאנל הבינלאומי בנושא שינויי אקלים של האו"ם, יחד עם אנשים רבים בקהילה המדעית, סבור שבני אדם מעצבנים את מחזור הפחמן מספיק כדי לשנות בצורה דרסטית את האקלים הגלובלי, עם השלכות ענקיות על המגוון הביולוגי, החקלאות, מזג האוויר והבריאות הכללית של כל מערכת אקולוגית כוכב לכת.