Niewiele, jeśli w ogóle, pierwiastków jest tak wszechstronnych jak węgiel. Atom węgla ma cztery elektrony walencyjne, co czyni go zdolnym do tworzenia większej liczby związków niż jakikolwiek inny pierwiastek, co czyni go niezbędnym w rozwoju organizmów żywych. Ten wszechstronny i obfity pierwiastek regularnie krąży w atmosferze Ziemi, hydrosferze, geosferze i biosferze, które zasadniczo składają się na listę rezerwuarów węgla.
Atmosfera jest szczególnie ważna w obiegu węgla, ponieważ jest rezerwuarem dwutlenku węgla. Dwutlenek węgla jest gazem, a fotosyntetyzujące rośliny w biosferze, które stanowią kolejny ważny rezerwuar w obiegu węgla, zależą od niego w procesie oddychania. Jednak hydrosfera, która obejmuje wszystkie oceany na świecie, prawdopodobnie wywiera większy wpływ, ponieważ oceany pokrywają 70 procent powierzchni planety. Ze swojej strony geosfera blokuje węgiel w stałych strukturach, które przetrwają tysiąclecia i uwalnia go poprzez aktywność wulkaniczną.
Definicja obiegu węgla
Próba ustalenia, gdzie zaczyna się cykl węglowy, jest trochę jak próba określenia, co było pierwsze, kura czy jajko, ale zacznijmy od geosfery. Węgiel, który przez wieki był uwięziony w skale osadowej, jest uwalniany do atmosfery przez wulkany jako dwutlenek węgla. Część z nich jest wykorzystywana przez rośliny do oddychania, a część rozpuszcza się w oceanach. Niektóre wracają również z powrotem na ziemię jako osady utworzone przez eony w wyniku erozji i innych naturalnych procesów.
Żywe istoty, które wydalają dwutlenek węgla w ramach procesu oddechowego, pomagają utrzymać stężenie dwutlenku węgla w atmosferze. Ponadto większość – ale nie całość – dwutlenku węgla, który rozpuszcza się w wodzie morskiej, zostaje ponownie wchłonięta do atmosfery. W ten sposób węgiel nieustannie krąży w ekosystemach Ziemi.
Atmosfera jako rezerwuar w obiegu węgla
Dwutlenek węgla stanowi tylko około 0,04 procent gazów w atmosferze. Przez ostatnie 800 000 lat stężenie dwutlenku węgla utrzymywało się poniżej 300 części na milion. Jednak zaczęła rosnąć w czasie rewolucji przemysłowej, aw ciągu ostatnich 50 lat rosła średnio o 0,6 ppm każdego roku. W 2018 roku naukowcy z Obserwatorium Mauna Loa na Hawajach poinformowali, że stężenie wynosi 410,79 ppm (patrz Zasoby). Naukowcy przypisują wzrost działalności człowieka.
Szybki wzrost zaburza obieg węgla. Część nadmiaru dwutlenku węgla zostaje wchłonięta do oceanów lub wykorzystana do oddychania, ale większość z nich pozostaje w atmosferze, gdzie łączy się z innymi gazami śladowymi, tworząc efekt ocieplenia na planeta. To gaz cieplarniany, a gwałtowny wzrost jego stężenia w atmosferze niepokoi naukowców.
Oceany to kolejny kluczowy zbiornik dwutlenku węgla
Oceany pochłaniają około 25 procent atmosferycznego dwutlenku węgla. Stworzenia morskie są w stanie przekształcić go w muszle dla swoich ciał, które ostatecznie opadają na dno oceanu jako osad. Co więcej, glony i inna fotosyntetyzująca flora morska wykorzystują dwutlenek węgla bezpośrednio do oddychania.
Gdy dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie morskiej, wytwarza kwas węglowy. Rosnące ilości atmosferycznego dwutlenku węgla powodują zatem odpowiedni wzrost zakwaszenia oceanów. Ma to szkodliwy wpływ na stworzenia morskie, ponieważ sprawia, że ich muszle stają się słabsze i bardziej kruche. Co gorsza, w pewnym momencie oceany staną się zbyt kwaśne, aby wchłonąć więcej dwutlenku węgla z atmosfery. Mogłoby to doprowadzić do przyspieszenia wzrostu atmosferycznego dwutlenku węgla i spowodować gwałtowny wzrost temperatury powierzchni Ziemi. .