Немногие, если вообще есть, элементы столь же универсальны, как углерод. Атом углерода имеет четыре валентных электрона, что делает его способным образовывать больше соединений, чем любой другой элемент, и этот факт делает его незаменимым в развитии живых организмов. Этот универсальный и обильный элемент регулярно проходит через атмосферу, гидросферу, геосферу и биосферу Земли, которые, по сути, составляют список резервуаров углерода.
Атмосфера особенно важна в углеродном цикле, потому что она является резервуаром углекислого газа. Углекислый газ - это газ, и фотосинтезирующие растения в биосфере, которые составляют еще один важный резервуар углеродного цикла, зависят от него для дыхания. Однако гидросфера, которая включает в себя все мировые океаны, возможно, оказывает более значительное влияние из-за того, что океаны покрывают 70 процентов поверхности планеты. Геосфера, в свою очередь, удерживает углерод в твердых структурах, которые существуют тысячелетиями, и высвобождает его в результате вулканической активности.
Определение углеродного цикла
Пытаться определить, где начинается углеродный цикл, немного похоже на попытку определить, что появилось раньше, курица или яйцо, но давайте начнем с геосферы. Углерод, который веками был заблокирован в осадочных породах, выбрасывается в атмосферу вулканами в виде углекислого газа. Часть его используется растениями для дыхания, а часть растворяется в океанах. Некоторые из них также возвращаются на землю в виде отложений, образовавшихся в течение многих веков в результате эрозии и других природных процессов.
Живые существа, выделяющие углекислый газ в процессе дыхания, помогают поддерживать концентрацию углекислого газа в атмосфере. Кроме того, большая часть - но не весь - углекислый газ, растворяющийся в морской воде, реабсорбируется в атмосферу. Таким образом, углеродный цикл непрерывно проходит через экосистемы Земли.
Атмосфера как резервуар углеродного цикла
Двуокись углерода составляет всего около 0,04 процента газов в атмосфере. За последние 800 000 лет концентрация углекислого газа оставалась ниже 300 частей на миллион. Однако он начал расти во время промышленной революции, и за последние 50 лет он повышался в среднем на 0,6 промилле ежегодно. В 2018 году ученые из обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях сообщили, что концентрация составляет 410,79 частей на миллион (см. Ресурсы). Ученые связывают подъем с деятельностью человека.
Быстрый рост нарушает углеродный цикл. Часть излишка углекислого газа поглощается океанами или используется для дыхания, но большая его часть остается в атмосфере, где он соединяется с другими газами в следовых количествах, создавая согревающий эффект на планета. Это парниковый газ, и быстрое повышение его концентрации в атмосфере обеспокоило ученых.
Океаны - еще один ключевой резервуар углекислого газа
Океаны поглощают около 25 процентов атмосферного углекислого газа. Морские существа могут превращать его в раковины для своих тел, которые в конечном итоге падают на дно океана в виде осадка. Более того, водоросли и другая фотосинтезирующая морская флора используют углекислый газ непосредственно для дыхания.
Когда углекислый газ растворяется в морской воде, образуется углекислый газ. Таким образом, увеличение количества двуокиси углерода в атмосфере вызывает соответствующее усиление подкисления океана. Это губительно действует на морских обитателей, поскольку делает их панцири более слабыми и ломкими. Хуже того, в какой-то момент океаны станут слишком кислыми, чтобы поглотить больше углекислого газа из атмосферы. Это может привести к ускоренному повышению концентрации углекислого газа в атмосфере и вызвать резкое повышение температуры поверхности Земли.
