Málo, ak vôbec, prvky sú také univerzálne ako uhlík. Atóm uhlíka má štyri valenčné elektróny, vďaka ktorým je schopný vytvárať viac zlúčenín ako ktorýkoľvek iný prvok, a táto skutočnosť ho robí nevyhnutným pre vývoj živých organizmov. Tento všestranný a hojný prvok pravidelne cykluje zemskou atmosférou, hydrosférou, geosférou a biosférou, ktoré v podstate zahŕňajú zoznam zásobníkov uhlíka.
Atmosféra je v cykle uhlíka obzvlášť dôležitá, pretože je zásobníkom oxidu uhličitého. Oxid uhličitý je plyn a fotosyntetizujúce rastliny v biosfére, ktoré tvoria ďalší dôležitý rezervoár uhlíkového cyklu, na ňom závisia pri dýchaní. Hydrosféra, ktorá zahŕňa všetky svetové oceány, má však pravdepodobne významnejší vplyv, pretože oceány pokrývajú 70 percent povrchu planéty. Geosféra zasa blokuje uhlík do pevných štruktúr, ktoré pretrvávajú tisícročia, a uvoľňuje ho sopečnou činnosťou.
Definícia uhlíkového cyklu
Pokúšať sa zistiť, kde uhlíkový cyklus začína, je niečo podobné ako pokúsiť sa zistiť, čo bolo skôr, kuracie alebo vajce, ale začnime geosférou. Uhlík, ktorý je na veky vekov uzamknutý v usadenej hornine, sa uvoľňuje do atmosféry pomocou sopiek ako oxid uhličitý. Časť z nich používajú rastliny na dýchanie a časť sa rozpúšťa v oceánoch. Niektoré sa tiež vracajú späť na zem ako sediment, ktorý sa formoval po celé veky eróziou a inými prírodnými procesmi.
Živé bytosti, ktoré vylučujú oxid uhličitý ako súčasť svojho dýchacieho procesu, pomáhajú udržiavať koncentráciu oxidu uhličitého v atmosfére. Okrem toho sa väčšina - ale nie všetok - oxidu uhličitého, ktorý sa rozpúšťa v morskej vode, reabsorbuje do atmosféry. Týmto spôsobom uhlík nepretržite cykluje v zemských ekosystémoch.
Atmosféra ako rezervoár v uhlíkovom cykle
Oxid uhličitý predstavuje iba asi 0,04 percenta plynov v atmosfére. Za posledných 800 000 rokov sa koncentrácia oxidu uhličitého udržiavala pod 300 ppm. Začal však stúpať počas priemyselnej revolúcie a za posledných 50 rokov stúpal každý rok v priemere o 0,6 ppm. V roku 2018 vedci z observatória Mauna Loa na Havaji uviedli, že koncentrácia je 410,79 ppm (pozri zdroje). Vedci pripisujú nárast ľudskej činnosti.
Rýchly nárast narušuje uhlíkový cyklus. Časť prebytočného oxidu uhličitého sa absorbuje do oceánov alebo sa používa na dýchanie, ale väčšina z toho zostáva v atmosfére, kde sa spája s inými stopovými plynmi, aby vytvoril otepľovací účinok na planéty. Je to skleníkový plyn a vedci sa obávajú rýchleho nárastu jeho atmosférickej koncentrácie.
Oceány sú ďalším dôležitým zásobníkom oxidu uhličitého
Oceány absorbujú asi 25 percent atmosférického oxidu uhličitého. Morské tvory sú schopné premeniť ho na škrupiny pre svoje telá, ktoré nakoniec spadnú na dno oceánu ako sediment. Riasy a iná fotosyntetizujúca morská flóra navyše používajú oxid uhličitý priamo na dýchanie.
Keď sa oxid uhličitý rozpustí v morskej vode, produkuje kyselinu uhličitú. Zvyšujúce sa množstvá atmosférického oxidu uhličitého tak spôsobujú zodpovedajúce zvýšenie acidifikácie oceánov. To má škodlivý vplyv na morské tvory, pretože ich škrupiny sú slabšie a krehkejšie. Ešte horšie je, že v určitom okamihu budú oceány príliš kyslé na to, aby absorbovali ďalší oxid uhličitý z atmosféry. To by mohlo naštartovať zrýchľujúci sa nárast atmosférického oxidu uhličitého na plný prúd a spôsobiť meteorický nárast teploty zemského povrchu.