Ekosistēma ietver dzīvniekus, augus, mikrobus un apkārt esošos nedzīvos biotopu komponentus, piemēram, ūdeni, gaisu un augsni. Katram dzīvam organismam nepieciešama noteikta veida enerģijas ražošana. Visiem dzīvniekiem ir nepieciešama elpošana, skābekļa apmaiņa pret oglekļa dioksīdu, lai tie paliktu dzīvi. Augiem nepieciešama arī elpošana un skābeklis, taču tie arī nosaka vai noņem oglekli no vides un ražo dzīvību dodošais skābeklis, ko izmanto dzīvnieki, ko darbina saules enerģija, ko viņi iegūst, izmantojot specializētus organellus, ko sauc hloroplasts. Tīro ekosistēmas apmaiņu aprēķina pēc formulas, kas parāda, cik daudz oglekļa tiek ievietots vidē, salīdzinot ar to, cik daudz tiek izvadīts. Tīro ekosistēmu apmaiņu dažkārt sauc arī par “tīro ekosistēmu ražošanu”.
Oglekļa cikls
Lai uzturētu dzīvību uz zemes tādu, kāda tā ir tagad, ogleklis atmosfērā un bioloģiskajos organismos fiksētais ogleklis ir jāsabalansē. Ja nē, tas izraisīs klimata izmaiņas. Dzīvnieki un cilvēki ekosistēmai pievieno vairāk oglekļa, vienkārši elpojot. Atmosfēras oglekli ražo arī sabrukšana, jo beigti dzīvnieki un augu vielas atbrīvo oglekli, kas uzkrāts to audos, un sadedzinot kokus, augus un fosilo kurināmo, piemēram:
- eļļa
- ogles
Lai neitralizētu šīs sekas, dzīvos augus dēvē par "oglekļa absorbētājiem", jo tie izvada oglekļa dioksīdu no vides un pārveido to par skābekli un pārtikas enerģiju.
Galvenie faktori un nosacījumi
Ekosistēmas neto apmaiņas noteikšanai ir nepieciešami vairāki faktori. Pirmais ir neto primārā ražošana, kas ir organiskā oglekļa neto daudzums, ko augi izvadījuši no ekosistēmas. Augi ir autotrofi, kas nozīmē, ka tie no neorganiskām vielām un saules gaismas spēj veidot barības vielas un enerģiju procesā, ko sauc par fotosintēzi. Kopējo oglekļa daudzumu, kas fotosintēzes laikā fiksēts - izņemts no ekosistēmas, sauc par bruto primāro ražošanu. Tomēr augi elpošanas laikā izdala arī oglekli. Tādējādi tīro primāro ražošanu aprēķina, atņemot oglekļa daudzumu, ko augi izdala elpošanas laikā, no oglekļa daudzuma, kas fiksēts primārās bruto ražošanas laikā.
Tīkla ekosistēmas apmaiņas noteikšana
Kamēr augi ir autotrofi, cilvēki un dzīvnieki ir heterotrofi, kas nozīmē, ka tiem ir nepieciešamas organiskas barības vielas - pārtika - no vides un jāizmanto skābeklis, lai ražotu enerģiju no sagremota pārtikas. Heterotrofā elpošana rada lielu oglekļa daudzumu, kas nonāk ekosistēmā. Tādējādi neto ekosistēmas apmaiņu nosaka, no neto primārās produkcijas atņemot oglekļa daudzumu, kas rodas heterotrofiskas elpošanas ceļā.
Ekosistēmu īpašības
Oglekļa bilance ir pamatīpašums, kas nodrošina ekosistēmu ilgtspējību un veselību. Tīrā ekosistēmu apmaiņa palīdz novērtēt oglekļa cikla līdzsvaru. Tā kā to aprēķina, no tā, cik daudz oglekļa tiek ievadīts ekosistēmā, atņemot to, cik daudz oglekļa augi fiksē vai noņem, labākais rezultāts būtu negatīva vērtība. Piemēram, dati no 1992. līdz 2000. gadam parādīja, ka Amerikas austrumu mežu ekosistēmas neto apmaiņa svārstās no -84 līdz -740. Tas norāda, ka vairāk oglekļa tiek izvadīts nekā izdalās. Ja ogleklis netiks efektīvi izvadīts, ekosistēmā cietīs gaisa kvalitāte un dzīvība. Citi faktori, kas jāņem vērā oglekļa bilancē ekosistēmā, ir rūpnīcu un transportlīdzekļu radītais piesārņojums, savukārt okeāni no atmosfēras arī izvada oglekli.