ผลกระทบของกิจกรรมของมนุษย์ต่อวัฏจักรคาร์บอน

วัฏจักรคาร์บอนเป็นหนึ่งในวัฏจักรชีวภาพทางชีวเคมีหลายๆ วัฏจักรโดยที่สารประกอบต่างๆ ที่จำเป็นต่อชีวิต เช่น น้ำ ไนโตรเจน กำมะถัน คาร์บอน และฟอสฟอรัส ถูกนำกลับมาใช้ใหม่อย่างต่อเนื่องผ่านการเผาผลาญ ธรณีวิทยา และอุตุนิยมวิทยา กระบวนการ คาร์บอนมีอยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศและละลายในมหาสมุทร เช่นเดียวกับคาร์บอนอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต และเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุจากตะกอน เช่น แคลเซียมคาร์บอเนต โดยปกติ การเคลื่อนที่ของคาร์บอนระหว่างแหล่งกักเก็บที่แตกต่างกันเหล่านี้จะสมดุลกันอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้ปริมาณคาร์บอนในแต่ละแหล่งค่อนข้างคงที่หรือเปลี่ยนแปลงตลอดระยะเวลานับพันปีเท่านั้น อย่างไรก็ตาม นับตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรม มนุษย์ได้เผาผลาญเชื้อเพลิงฟอสซิลและปล่อยคาร์บอนจำนวนมหาศาลสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งอาจส่งผลกระทบในวงกว้างต่อสภาพอากาศและระบบนิเวศ

คาร์บอนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดสำหรับชีวิต และตามคำนิยามแล้ว คาร์บอนเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลอินทรีย์ทั้งหมด คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเปลี่ยนเป็นคาร์บอนอินทรีย์โดยพืชสังเคราะห์แสง สาหร่าย และแพลงก์ตอนพืช หรือที่เรียกว่า "ผู้ผลิต" สิ่งมีชีวิตอื่นๆ เกือบทั้งหมด รวมทั้งสัตว์ทั้งหมด ได้รับคาร์บอนจากผู้ผลิตเหล่านี้ในท้ายที่สุด สิ่งมีชีวิตทั้งหมด รวมถึงผู้ผลิต ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อันเป็นผลมาจากการหายใจของเซลล์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่เผาผลาญคาร์โบไฮเดรตเพื่อปลดปล่อยพลังงานที่จำเป็นสำหรับชีวิต ระหว่างผลกระทบของการสังเคราะห์แสงและการหายใจของเซลล์ วัฏจักรคาร์บอนระหว่างชั้นบรรยากาศและชีวมณฑล ข้อยกเว้นที่สำคัญที่สุดคือสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแพลงก์ตอนพืชและสัตว์อื่นๆ ที่มีเปลือกเป็นแคลเซียม คาร์บอเนตซึ่งถูกฝังอยู่ใต้ตะกอนที่ด้านล่างของมหาสมุทรก่อนที่คาร์บอนจะถูกปล่อยผ่าน การสลายตัว คาร์บอนนี้ถูกกำจัดอย่างมีประสิทธิภาพออกจากส่วนทางชีวภาพและชั้นบรรยากาศของวัฏจักรคาร์บอน ในที่สุดก็กลายเป็นหินปูนหรือภายใต้เงื่อนไขบางประการ น้ำมัน ถ่านหิน หรือก๊าซธรรมชาติ

ในเวลาเดียวกัน หินปูนและแร่ธาตุที่ประกอบด้วยคาร์บอนมากขึ้นจะก่อตัวขึ้นอย่างช้าๆ ตะกอนที่มีอยู่จะถูกกัดเซาะอย่างช้าๆ ด้วยพลังของลมและการตกตะกอน หินปูนและตะกอนอื่นๆ ละลายโดยน้ำฝน ปล่อยคาร์บอนกลับคืนสู่ชีวมณฑล การมุดตัวซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแผ่นเปลือกโลกหนึ่งถูกบังคับภายใต้อีกแผ่นหนึ่งเป็นส่วนสำคัญของวัฏจักรคาร์บอน ตะกอนที่มีคาร์บอนถูกผลักลงไปใต้พื้นผิวจนละลายจนปล่อยคาร์บอนออกมาในที่สุด คาร์บอนนี้ถูกปล่อยออกมาอย่างกะทันหัน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการปะทุของภูเขาไฟ และค่อยๆ รั่วไหลผ่านน้ำพุร้อน รอยแยก และช่องระบายอากาศ

ผลกระทบหลักของมนุษย์ต่อวัฏจักรคาร์บอนคือการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งปล่อยคาร์บอนที่ฝังไว้สู่ชั้นบรรยากาศ เชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งรวมถึงปิโตรเลียม ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ถูกนำมาใช้ในเกือบทุกด้านของเศรษฐกิจโลก รถยนต์เป็นตัวอย่างที่มองเห็นได้ชัดเจนที่สุด แต่จริงๆ แล้วมีการผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่าโดยโรงไฟฟ้าถ่านหินและก๊าซธรรมชาติ ซึ่งผลิตไฟฟ้าสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัย เกษตรกรรมเชิงอุตสาหกรรมยังใช้พลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลอีกด้วย ปุ๋ยเทียมทั้งหมดถูกสังเคราะห์โดยกระบวนการที่เผาผลาญเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งมักจะเป็นก๊าซธรรมชาติ การศึกษาต่างๆ ได้ติดตามการเปลี่ยนแปลงของคาร์บอนไดออกไซด์ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา การศึกษาที่ดำเนินมายาวนานที่สุดเริ่มต้นขึ้นในปี 1958 โดย Charles Keeling ในฮาวาย และแสดงให้เห็นว่าระดับคาร์บอนในบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หลักฐานจากแกนน้ำแข็งแสดงให้เห็นว่าระดับคาร์บอนสูงกว่าที่เคยเป็นมาในช่วงครึ่งล้านปี

การตัดไม้ทำลายป่าอย่างกว้างขวาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่เขตร้อน ทำให้เกิดการปล่อยคาร์บอนมากขึ้นผ่านการสลายตัว และคาร์บอนน้อยลงถูกกักตัวผ่านทาง การสังเคราะห์ด้วยแสง กระบวนการที่พืชและแบคทีเรียบางชนิดใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อสร้างคาร์โบไฮเดรตจากคาร์บอนไดออกไซด์จาก บรรยากาศ. แม้ว่าบางพื้นที่จะถูกจัดสรรไว้เป็นเขตสงวนพันธุ์สัตว์ป่า แต่ก็ยังมีความเสี่ยงที่จะถูกไฟไหม้และการตัดไม้อย่างชัดเจนเพื่อวัตถุประสงค์ในการเก็บเกี่ยวไม้และการเคลียร์พื้นที่เกษตรกรรม

ความกังวลหลักเกี่ยวกับการเพิ่มระดับคาร์บอนไดออกไซด์มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าคาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซเรือนกระจก มันดักจับรังสีอินฟราเรดจากพื้นผิวโลกซึ่งมิฉะนั้นจะหนีเข้าไปในอวกาศ ฉนวนดาวเคราะห์อย่างมีประสิทธิภาพและเพิ่มอุณหภูมิของมัน คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของสหประชาชาติ พร้อมด้วยผู้คนจำนวนมากในชุมชนวิทยาศาสตร์ เชื่อว่ามนุษย์กำลังทำให้วัฏจักรคาร์บอนไม่สบายใจมากพอ เปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกอย่างมาก ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อความหลากหลายทางชีวภาพ การเกษตร สภาพอากาศ และสุขภาพโดยรวมของทุกระบบนิเวศบน ดาวเคราะห์