Ekosistem vključuje živali, rastline, mikrobe in nežive komponente habitata okoli njih, kot so voda, zrak in tla. Vsak živ organizem zahteva določeno obliko proizvodnje energije. Vse živali potrebujejo dihanje, izmenjavo kisika za ogljikov dioksid, da ostanejo žive. Rastline potrebujejo tudi dihanje in kisik, vendar pa tudi fiksirajo ali odstranjujejo ogljik iz okolja in proizvajajo življenjski kisik, ki ga uporabljajo živali, ki ga napaja sončna energija, ki jo pridobivajo s pomočjo specializiranih organelov, imenovanih kloroplasti. Neto izmenjava ekosistemov se izračuna po formuli, ki prikazuje, koliko ogljika je vnesenega v okolje v primerjavi s količino odstranjenega. Neto izmenjavo ekosistemov včasih imenujejo tudi "neto proizvodnja ekosistemov".
Ogljikov cikel
Za ohranitev življenja na zemlji, kakršno je zdaj, je treba uravnotežiti ogljik v ozračju in ogljik, določen v bioloških organizmih. Če ne, bodo posledica podnebne spremembe. Živali in ljudje ekosistemu dodajo več ogljika s preprostim dihanjem. Atmosferski ogljik nastaja tudi z razpadanjem, saj mrtve živali in rastlinske snovi sproščajo ogljik, shranjen v njihovih tkivih, in z izgorevanjem dreves, rastlin in fosilnih goriv, kot so:
- olje
- premog
Da bi preprečili te učinke, so žive rastline imenovane "ponori ogljika", ker odstranjujejo ogljikov dioksid iz okolja in ga pretvarjajo v kisik in energijo hrane.
Ključni dejavniki in pogoji
Za določitev neto izmenjave ekosistemov je potrebnih več dejavnikov. Prva je neto primarna proizvodnja, to je neto količina organskega ogljika, ki ga rastline odstranijo iz ekosistema. Rastline so avtotrofi, kar pomeni, da lahko med procesom, imenovanim fotosinteza, iz anorganskih snovi in sončne svetlobe tvorijo hranila in energijo. Skupna količina ogljika, ki je med fotosintezo odstranjena iz ekosistema, se imenuje bruto primarna proizvodnja. Vendar rastline med dihanjem oddajajo tudi ogljik. Zato se neto primarna proizvodnja izračuna tako, da se količina ogljika, ki ga rastline oddajo med dihanjem, odšteje od količine ogljika, določene med bruto primarno proizvodnjo.
Določanje neto izmenjave ekosistemov
Medtem ko so rastline avtotrofi, so ljudje in živali heterotrofi, kar pomeni, da potrebujejo organska hranila - hrano - iz okolja in morajo uporabljati kisik za proizvodnjo energije iz prebavljene hrane. Heterotrofično dihanje proizvaja velike količine ogljika, ki se vnese v ekosistem. Zato se neto izmenjava ekosistemov določi tako, da se od neto primarne proizvodnje odšteje količina ogljika, proizvedenega s heterotrofnim dihanjem.
Lastnosti ekosistemov
Ogljikovo ravnovesje je temeljna lastnost, ki zagotavlja trajnost in zdravje ekosistemov. Neto izmenjava ekosistemov pomaga določiti ravnovesje ogljikovega kroga. Ker se od količine ogljika, ki ga vnesemo v ekosistem, odštejemo, koliko ogljika rastline popravijo ali odstranijo, bi bil najboljši rezultat negativna vrednost. Na primer, podatki od leta 1992 do 2000 so pokazali, da so gozdovi na vzhodu ZDA imeli neto izmenjavo ekosistemov od -84 do -740. To pomeni, da se odstrani več ogljika kot sprosti. Če se ogljika ne odstrani učinkovito, bo kakovost zraka - in življenje - v ekosistemu prizadeta. Drugi dejavniki, ki jih je treba upoštevati pri ravnovesju ogljika v ekosistemu, so onesnaževanje tovarn in vozil, oceani pa tudi odstranjujejo ogljik iz ozračja.