อ่างเก็บน้ำสองแห่งของคาร์บอนคืออะไร?

หากมีองค์ประกอบน้อยชิ้นที่อเนกประสงค์พอๆ กับคาร์บอน อะตอมของคาร์บอนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนสี่ตัว ซึ่งทำให้สามารถสร้างสารประกอบได้มากกว่าองค์ประกอบอื่นๆ และความจริงนั้นทำให้จำเป็นในการพัฒนาสิ่งมีชีวิต วัฏจักรองค์ประกอบที่หลากหลายและอุดมสมบูรณ์นี้หมุนเวียนอย่างสม่ำเสมอผ่านชั้นบรรยากาศ ไฮโดรสเฟียร์ จีโอสเฟียร์ และชีวมณฑล ซึ่งประกอบด้วยรายการแหล่งกักเก็บคาร์บอน

บรรยากาศมีความสำคัญอย่างยิ่งในวัฏจักรคาร์บอนเนื่องจากเป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซ และพืชสังเคราะห์แสงในชีวมณฑล ซึ่งประกอบด้วยแหล่งกักเก็บที่สำคัญอีกแหล่งหนึ่งในวัฏจักรคาร์บอน ขึ้นอยู่กับการหายใจ อย่างไรก็ตาม ไฮโดรสเฟียร์ซึ่งรวมถึงมหาสมุทรทั้งหมดในโลก อาจมีเนื้อหาส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญมากขึ้น เนื่องจากมหาสมุทรครอบคลุมพื้นที่ 70 เปอร์เซ็นต์ของพื้นผิวโลก ในส่วนของธรณีสเฟียร์จะกักคาร์บอนไว้ในโครงสร้างที่เป็นของแข็งซึ่งคงอยู่นานนับพันปีและปล่อยคาร์บอนออกจากภูเขาไฟ

การพยายามกำหนดว่าวัฏจักรคาร์บอนเริ่มต้นที่ใด ก็เหมือนกับการพยายามระบุว่าสิ่งใดเกิดก่อน ไก่หรือไข่ แต่มาเริ่มกันที่ธรณีสเฟียร์กันก่อน คาร์บอนที่ถูกกักขังไว้เป็นเวลานานในหินตะกอนจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศโดยภูเขาไฟในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ พืชบางชนิดใช้เพื่อการหายใจ และบางชนิดก็ละลายไปในมหาสมุทร บางส่วนก็กลับคืนสู่พื้นโลกในฐานะตะกอนที่ก่อตัวขึ้นหลายชั่วอายุคนจากการกัดเซาะและกระบวนการทางธรรมชาติอื่นๆ

สิ่งมีชีวิตที่ขับคาร์บอนไดออกไซด์เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการทางเดินหายใจจะช่วยรักษาความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ คาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายในน้ำทะเลส่วนใหญ่ (แต่ไม่ใช่ทั้งหมด) จะถูกดูดกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอีกครั้ง ด้วยวิธีนี้ คาร์บอนจะหมุนเวียนอย่างไม่หยุดยั้งผ่านระบบนิเวศของโลก

คาร์บอนไดออกไซด์คิดเป็นประมาณ 0.04 เปอร์เซ็นต์ของก๊าซในบรรยากาศเท่านั้น ในช่วง 800,000 ปีที่ผ่านมา ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ยังคงต่ำกว่า 300 ส่วนในล้านส่วน อย่างไรก็ตาม มันเริ่มขึ้นในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรม และในช่วง 50 ปีที่ผ่านมาได้เพิ่มขึ้นเฉลี่ย 0.6 ppm ในแต่ละปี ในปี 2018 นักวิทยาศาสตร์ที่หอดูดาว Mauna Loa ในฮาวายรายงานว่าความเข้มข้นอยู่ที่ 410.79 ppm (ดูข้อมูล) นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ากิจกรรมของมนุษย์เพิ่มขึ้น

การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้วัฏจักรคาร์บอนปั่นป่วน คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินบางส่วนถูกดูดซับลงสู่มหาสมุทรหรือใช้สำหรับการหายใจ แต่ส่วนใหญ่แล้ว ยังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศซึ่งรวมเข้ากับก๊าซอื่น ๆ เพื่อสร้างผลกระทบจากภาวะโลกร้อน ดาวเคราะห์ มันเป็นก๊าซเรือนกระจก และความเข้มข้นของบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้นักวิทยาศาสตร์กังวล

มหาสมุทรดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ สัตว์ทะเลสามารถเปลี่ยนเป็นเปลือกหอยสำหรับร่างของพวกมันซึ่งในที่สุดก็ตกลงสู่พื้นมหาสมุทรเป็นตะกอน นอกจากนี้ สาหร่ายและพืชทะเลอื่นๆ ที่สังเคราะห์แสงได้ใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในการหายใจโดยตรง

เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ละลายในน้ำทะเล จะทำให้เกิดกรดคาร์บอนิก ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นจึงทำให้เกิดกรดในมหาสมุทรเพิ่มขึ้น สิ่งนี้มีผลเสียต่อสัตว์ทะเล เพราะมันทำให้เปลือกของพวกมันอ่อนแอและเปราะมากขึ้น ที่แย่ไปกว่านั้น ในบางจุด มหาสมุทรจะกลายเป็นกรดเกินกว่าจะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศได้อีก นั่นอาจทำให้คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนเกินพิกัดและทำให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกสูงขึ้น