מהם שני מאגרי פחמן?

אלמנטים מעטים, אם בכלל, רב-תכליתיים כמו פחמן. אטום הפחמן כולל ארבעה אלקטרונים ערכיים, מה שהופך אותו מסוגל ליצור יותר תרכובות מכל יסוד אחר, ועובדה זו הופכת אותו לבלתי הכרחי בהתפתחותם של אורגניזמים חיים. יסוד רב-תכליתי ושופע זה עובר דרך קבע דרך האטמוספירה של כדור הארץ, ההידרוספירה, הגאוספירה והביוספרה, המהווים למעשה רשימה של מאגרי פחמן.

האטמוספירה חשובה במיוחד במחזור הפחמן מכיוון שמדובר במאגר פחמן דו חמצני. פחמן דו חמצני הוא גז, ומפעלים פוטוסינתזיים בביוספרה, המהווים מאגר חשוב נוסף במחזור הפחמן, תלויים בו לצורך הנשימה. עם זאת, ההידרוספרה, הכוללת את כל האוקיאנוסים העולמיים, גורסת ללא ספק השפעה משמעותית יותר, בשל העובדה כי האוקיאנוסים מכסים 70 אחוז משטח פני כדור הארץ. הגאוספירה, מצדה, נועלת פחמן במבנים מוצקים הנמשכים אלפי שנים ומשחררת אותו באמצעות פעילות געשית.

הניסיון לקבוע היכן מתחיל מחזור הפחמן הוא דומה לניסיון לקבוע מה הגיע קודם, העוף או הביצה, אבל בואו נתחיל בגאוספירה. פחמן שהיה נעול במשך שנים רבות בסלעי משקע משתחרר לאטמוספירה על ידי הרי געש כפחמן דו חמצני. חלקם משמשים צמחים לצורך נשימה, וחלקם מתמוסס לאוקיינוסים. חלקם חוזרים גם הם אל האדמה כמשקעים שנוצרו לאורך עידן על ידי סחף ותהליכים טבעיים אחרים.

יצורים חיים שמפרישים פחמן דו חמצני כחלק מתהליך הנשימה שלהם מסייעים בשמירה על ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה. בנוסף, רוב הפחמן הדו חמצני שמתמוסס במי ים - אך לא כולו - נספג מחדש באטמוספירה. באופן זה, פחמן מסתובב ללא הפסקה במערכות האקולוגיות של כדור הארץ.

פחמן דו חמצני מהווה רק כ -0.04 אחוז מהגזים באטמוספירה. במשך 800,000 השנים האחרונות, ריכוז הפחמן הדו חמצני נשאר מתחת ל -300 חלקים למיליון. עם זאת, הוא החל לעלות במהלך המהפכה התעשייתית, ובחמישים השנים האחרונות עלה בממוצע 0.6 עמודים לדקה בכל שנה. בשנת 2018 מדענים במצפה הכוכבים מאונה לואה בהוואי דיווחו כי הריכוז הוא 410.79 עמודים לדקה (ראה משאבים). מדענים מייחסים את העלייה לפעילות אנושית.

העלייה המהירה מרגיזה את מחזור הפחמן. חלק מעודפי הפחמן הדו חמצני נקלט באוקיאנוסים או משמש לנשימה, אך רובו נשאר באטמוספרה, שם הוא משתלב עם גזי עקבות אחרים כדי ליצור השפעה מחממת על כוכב לכת. זה גז חממה, והעלייה המהירה בריכוז האטמוספירה שלה מדאיגה את המדענים.

האוקיאנוסים סופגים כ- 25 אחוזים מפחמן הדו חמצני האטמוספרי. יצורי ים מסוגלים להמיר אותו בקונכיות לגופם שנופלות בסופו של דבר לקרקעית האוקיאנוס כמשקעים. יתר על כן, אצות ופוטוסינתזה אחרת של צמחיית ים משתמשים בפחמן דו חמצני ישירות לנשימה.

כאשר פחמן דו חמצני מתמוסס למי ים, הוא מייצר חומצה פחמנית. הכמויות העולות של פחמן דו חמצני באטמוספירה מייצרות אפוא עלייה מקבילה בחמצת האוקיאנוס. יש לכך השפעה מזיקה על יצורי הים, מכיוון שזה הופך את קליפותיהם לחלשות ושבירות יותר. גרוע מכך, בשלב מסוים האוקיאנוסים יהפכו לחומציים מכדי לספוג עוד פחמן דו חמצני מהאטמוספרה. זה יכול לבעוט את העלייה המואצת בכמות הפחמן הדו-חמצני האטמוספרית ולהוביל לעלייה מטאורית בטמפרטורת פני האדמה.