Вплив людської діяльності на вуглецевий цикл

Кругообіг вуглецю - це один із декількох біогеохімічних циклів, завдяки якому різні сполуки, необхідні для життя, такі як вода, азот, сірка, вуглець і фосфор постійно переробляються через метаболічні, геологічні та метеорологічні процесів. Вуглець існує як вуглекислий газ в атмосфері і розчиняється в океанах, як органічний вуглець у живих організмах і як частина мінеральних відкладень, таких як карбонат кальцію. Зазвичай переміщення вуглецю між цими різними колекторами ефективно врівноважується так, що кількість вуглецю в кожному з них є відносно постійним або змінюється лише протягом тисячоліть. Однак з часів промислової революції люди спалюють викопне паливо та викидають в атмосферу величезну кількість вуглецю, що може мати далекосяжний вплив на клімат та екосистеми.

Вуглець є одним з найважливіших елементів для життя і за визначенням є частиною всіх органічних молекул. Вуглекислий газ в атмосфері перетворюється на органічний вуглець рослинами фотосинтезу, водоростями та фітопланктоном, також відомими як "продуценти". Майже всі інші організми, включаючи всіх тварин, в кінцевому підсумку отримують вуглець від цих виробників. Усі організми, включаючи виробників, вивільняють вуглекислий газ в результаті клітинного дихання, в процесі якого вуглеводи метаболізуються для виділення енергії, необхідної для життя. Між ефектами фотосинтезу та клітинним диханням, кругообіг вуглецю між атмосферою та біосферою. Найважливішими винятками є ті організми, в основному фітопланктон та інші тварини з панцирами з кальцію карбонати, які поховані під осадом на дні океану, перш ніж їх вуглець зможе виділитися розкладання. Цей вуглець ефективно видаляється з біологічної та атмосферної частин кругообігу вуглецю, з часом приймаючи форму вапняку або, за певних умов, нафти, вугілля або природного газу.

У той же час, коли більше повільно утворюється вапняк та вуглецеві мінерали, існуючі відкладення повільно розмиваються силами вітру та опадів. Вапняк та інші відкладення розчиняються дощовою водою, виділяючи вуглець назад у біосферу. Субдукція, яка виникає, коли одна тектонічна плита стискається під іншу, також є важливою частиною кругообігу вуглецю. Осади, що містять вуглець, виштовхуються під поверхню досить далеко, щоб вони плавилися, з часом виділяючи їх вуглець. Цей вуглець виділяється раптово, як частина вивержень вулканів, і поступово, витікаючи через гарячі джерела, тріщини та вентиляційні отвори.

Основний вплив людини на кругообіг вуглецю відбувається через спалення викопного палива, яке викидає вуглець, який інакше заглиблюється в атмосферу. Викопне паливо, яке включає нафту, природний газ та вугілля, використовується майже у всіх аспектах світової економіки. Автомобілі - найпомітніший приклад, але більше вуглекислого газу фактично виробляється вугільними та природними газами, які виробляють електроенергію як для промислового, так і для побутового використання. Промислове сільське господарство також працює на енергії викопного палива. Всі штучні добрива синтезуються в результаті процесу спалення викопного палива - зазвичай природного газу. Різні дослідження відстежували зміни в діоксиді вуглецю за останні півстоліття. Найтриваліше дослідження було розпочате в 1958 році Чарльзом Кілінгом на Гаваях, і воно демонструє швидке підвищення рівня вуглецю в атмосфері. Дані з крижаних ядер свідчать про те, що рівень вуглецю вищий, ніж був за півмільйона років

Широке вирубування лісів, особливо в тропічних районах, призводить до вивільнення більше вуглецю при розкладанні та зменшення вуглецю через фотосинтез, процес, за допомогою якого рослини та деякі бактерії використовують енергію сонячного світла для утворення вуглеводів з вуглекислого газу з атмосфера. Незважаючи на те, що деякі території були відведені під охорону дикої природи, набагато більше вразливі до спалення та вирубки для цілей заготівлі деревини та розчищення сільськогосподарських угідь.

Основне занепокоєння щодо збільшення рівня вуглекислого газу походить від того, що вуглекислий газ - парниковий газ. Він затримує інфрачервоне випромінювання з поверхні Землі, яке інакше могло б вийти в космос, ефективно ізолюючи планету і підвищуючи її температуру. Міжнародна група ООН зі зміни клімату разом із багатьма науковими співтовариствами вважає, що люди порушують вуглецевий цикл настільки, щоб кардинально змінити глобальний клімат, що може мати величезні наслідки для біорізноманіття, сільського господарства, погоди та загального стану здоров'я кожної екосистеми на планети.