Ekosystem obejmuje zwierzęta, rośliny, drobnoustroje i otaczające je nieożywione składniki siedlisk, takie jak woda, powietrze i gleba. Każdy żywy organizm wymaga określonej formy produkcji energii. Wszystkie zwierzęta do życia potrzebują oddychania, wymiany tlenu na dwutlenek węgla. Rośliny wymagają również oddychania i tlenu, ale również wiążą lub usuwają węgiel ze środowiska i produkują życiodajny tlen wykorzystywany przez zwierzęta, zasilany energią słoneczną, którą zbierają za pomocą wyspecjalizowanych organelli zwanych chloroplasty. Wymianę ekosystemu netto oblicza się według wzoru, który pokazuje, ile węgla wprowadza się do środowiska w porównaniu z tym, ile jest usuwane. Wymiana ekosystemu netto jest również czasami nazywana „produkcją ekosystemu netto”.
Cykl węglowy
Aby utrzymać życie na Ziemi w takim stanie, w jakim jest teraz, należy zrównoważyć węgiel w atmosferze i węgiel związany z organizmami biologicznymi. Jeśli nie, nastąpią zmiany klimatyczne. Zwierzęta i ludzie dodają więcej dwutlenku węgla do ekosystemu po prostu oddychając. Węgiel atmosferyczny jest również wytwarzany przez rozkład, ponieważ martwe zwierzęta i materia roślinna uwalniają węgiel zmagazynowany w ich tkankach, oraz przez spalanie drzew, roślin i paliw kopalnych, takich jak:
- olej
- węgiel
Aby przeciwdziałać tym skutkom, żywe rośliny nazywane są „pochłaniaczami węgla”, ponieważ usuwają dwutlenek węgla ze środowiska i przekształcają go w tlen i energię pokarmową.
Kluczowe czynniki i warunki
Aby określić wymianę ekosystemu netto, potrzeba kilku czynników. Pierwsza to produkcja pierwotna netto, czyli ilość netto węgla organicznego usuwanego z ekosystemu przez rośliny. Rośliny są autotrofami, co oznacza, że są w stanie wytwarzać składniki odżywcze i energię z substancji nieorganicznych i światła słonecznego w procesie zwanym fotosyntezą. Całkowita ilość węgla związanego – usuniętego z ekosystemu – podczas fotosyntezy nazywana jest produkcją pierwotną brutto. Jednak rośliny wydzielają również węgiel podczas oddychania. W związku z tym produkcja pierwotna netto jest obliczana przez odjęcie ilości węgla wydzielanego przez rośliny podczas oddychania od ilości węgla związanego podczas produkcji pierwotnej brutto.
Określanie wymiany ekosystemu netto
Podczas gdy rośliny są autotrofami, ludzie i zwierzęta są heterotrofami, co oznacza, że potrzebują organicznych składników odżywczych – pożywienia – ze środowiska i muszą używać tlenu do produkcji energii ze strawionego pożywienia. Oddychanie heterotroficzne wytwarza duże ilości węgla, który jest wprowadzany do ekosystemu. W związku z tym wymiana ekosystemu netto jest określana przez odjęcie ilości węgla wytwarzanego przez oddychanie heterotroficzne od pierwotnej produkcji netto.
Właściwości ekosystemów
Bilans węgla jest podstawową właściwością, która zapewnia, że ekosystemy są zrównoważone i zdrowe. Wymiana ekosystemu netto pomaga ocenić równowagę obiegu węgla. Ponieważ oblicza się to, odejmując, ile rośliny węgla wiążą lub usuwają, od ilości węgla wprowadzanego do ekosystemu, najlepszym wynikiem byłaby wartość ujemna. Na przykład dane z lat 1992-2000 wykazały, że w lasach we wschodnich Stanach Zjednoczonych wymiany ekosystemów netto wahały się od -84 do -740. Wskazuje to, że więcej węgla jest usuwane niż uwalniane. Jeśli węgiel nie zostanie skutecznie usunięty, ucierpi jakość powietrza – i życia – w ekosystemie. Inne czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy bilansie węgla w ekosystemie, to zanieczyszczenia z fabryk i pojazdów, podczas gdy oceany usuwają również węgiel z atmosfery.