Wpływ działalności człowieka na obieg węgla

Cykl węglowy jest jednym z kilku cykli biogeochemicznych, w których różne związki niezbędne do życia, takie jak woda, azot, siarka, węgiel i fosfor są stale poddawane recyklingowi w procesach metabolicznych, geologicznych i meteorologicznych procesy. Węgiel występuje w atmosferze jako dwutlenek węgla i rozpuszcza się w oceanach, jako węgiel organiczny w organizmach żywych oraz jako część minerałów osadów, takich jak węglan wapnia. Zwykle ruchy węgla między tymi różnymi zbiornikami skutecznie równoważą się, tak że ilość węgla w każdym z nich jest względnie stała lub zmienia się tylko w ciągu tysiącleci. Jednak od czasu rewolucji przemysłowej ludzie spalają paliwa kopalne i uwalniają do atmosfery ogromne ilości węgla, co może mieć dalekosiężny wpływ na klimat i ekosystemy.

Węgiel jest jednym z najważniejszych pierwiastków dla życia iz definicji jest częścią wszystkich cząsteczek organicznych. Dwutlenek węgla w atmosferze jest przekształcany w węgiel organiczny przez rośliny fotosyntetyczne, algi i fitoplankton, znane również jako „producenci”. Prawie wszystkie inne organizmy, w tym wszystkie zwierzęta, ostatecznie uzyskują węgiel od tych producentów. Wszystkie organizmy, w tym producenci, uwalniają dwutlenek węgla w wyniku oddychania komórkowego, procesu, w którym węglowodany są metabolizowane, aby uwolnić energię niezbędną do życia. Między skutkami fotosyntezy a oddychaniem komórkowym obiegi węgla między atmosferą a biosferą. Najważniejszymi wyjątkami są te organizmy, głównie fitoplankton i inne zwierzęta z muszlami wykonanymi z wapnia węglany, które są zakopane pod osadami na dnie oceanu, zanim ich węgiel może zostać uwolniony rozkład. Węgiel ten jest skutecznie usuwany z biologicznych i atmosferycznych części obiegu węgla, ostatecznie przybierając postać wapienia lub, w pewnych warunkach, ropy naftowej, węgla lub gazu ziemnego.

W tym samym czasie, gdy powoli powstaje coraz więcej minerałów wapiennych i zawierających węgiel, istniejące osady są powoli erodowane przez siły wiatru i opadów. Wapień i inne osady są rozpuszczane przez wodę deszczową, uwalniając węgiel z powrotem do biosfery. Subdukcja, która występuje, gdy jedna płyta tektoniczna jest wciskana pod drugą, jest również ważną częścią obiegu węgla. Osady zawierające węgiel są wypychane na tyle głęboko pod powierzchnię, że ulegają stopieniu, ostatecznie uwalniając węgiel. Węgiel ten jest uwalniany nagle, jako część erupcji wulkanicznych, i stopniowo, jako wyciek przez gorące źródła, szczeliny i otwory wentylacyjne.

Podstawowy wpływ człowieka na obieg węgla polega na spalaniu paliw kopalnych, które uwalniają zakopany węgiel do atmosfery. Paliwa kopalne, w tym ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel, są wykorzystywane w niemal każdym aspekcie gospodarki światowej. Najbardziej widocznym przykładem są samochody, ale w rzeczywistości więcej dwutlenku węgla wytwarzają elektrownie węglowe i gazowe, które wytwarzają energię elektryczną zarówno do celów przemysłowych, jak i mieszkaniowych. Rolnictwo przemysłowe opiera się również na energii z paliw kopalnych. Wszystkie nawozy sztuczne są syntetyzowane w procesie spalania paliw kopalnych – zwykle gazu ziemnego. Różne badania śledziły zmiany w dwutlenku węgla w ciągu ostatniego półwiecza. Najdłuższe badania rozpoczęte zostały w 1958 roku przez Charlesa Keelinga na Hawajach i pokazują gwałtowny wzrost poziomu węgla atmosferycznego. Dowody z rdzeni lodowych sugerują, że poziom węgla jest wyższy niż w ciągu pół miliona lat

Powszechne wylesianie, szczególnie na obszarach tropikalnych, powoduje, że więcej dwutlenku węgla jest uwalniane przez rozkład, a mniej dwutlenku węgla jest sekwestrowane przez fotosynteza, proces, w którym rośliny i niektóre bakterie wykorzystują energię światła słonecznego do budowy węglowodanów z dwutlenku węgla pochodzącego z atmosfera. Chociaż niektóre obszary zostały odłożone jako rezerwaty dzikiej przyrody, znacznie więcej jest podatnych na spalenie i wycinkę w celu pozyskania drewna i wykarczowania gruntów rolnych.

Główny problem związany z rosnącym poziomem dwutlenku węgla wynika z faktu, że dwutlenek węgla jest gazem cieplarnianym. Wychwytuje promieniowanie podczerwone z powierzchni Ziemi, które w przeciwnym razie uciekłoby w kosmos, skutecznie izolując planetę i zwiększając jej temperaturę. Międzynarodowy Panel ONZ ds. Zmian Klimatu, wraz z wieloma osobami ze społeczności naukowej, uważa, że ​​ludzie zakłócają obieg węgla na tyle, aby radykalnie zmienić globalny klimat, z potencjalnie ogromnymi konsekwencjami dla bioróżnorodności, rolnictwa, pogody i ogólnego stanu każdego ekosystemu na planeta.