Мало, якщо взагалі є, елементи настільки універсальні, як вуглець. Атом Карбону має чотири валентні електрони, що робить його здатним утворювати більше сполук, ніж будь-який інший елемент, і це робить його необхідним у розвитку живих організмів. Цей універсальний і рясний елемент регулярно кружляє по земній атмосфері, гідросфері, геосфері та біосфері, які, по суті, складають список вуглецевих резервуарів.
Атмосфера особливо важлива в кругообігу вуглецю, оскільки це резервуар вуглекислого газу. Вуглекислий газ - це газ, і фотосинтезуючі рослини в біосфері, які складають ще один важливий резервуар у кругообігу вуглецю, залежать від нього для дихання. Однак гідросфера, яка включає всі Світові океани, може мати більш значний вплив через те, що океани займають 70 відсотків поверхні планети. Геосфера, зі свого боку, фіксує вуглець у твердих структурах, що тривають тисячоліття, і виділяє його завдяки вулканічній діяльності.
Визначення вуглецевого циклу
Спроба визначити, з чого починається кругообіг вуглецю, подібна до спроби визначити, хто прийшов раніше - курка чи яйце, але давайте почнемо з геосфери. Вуглець, який віками замикався в осадових породах, викидається в атмосферу вулканами у вигляді вуглекислого газу. Частина його використовується рослинами для дихання, а частина розчиняється в океанах. Деякі також повертаються назад на землю як осад, що утворюється протягом еонів внаслідок ерозії та інших природних процесів.
Живі істоти, які виділяють вуглекислий газ як частину дихального процесу, допомагають підтримувати концентрацію вуглекислого газу в атмосфері. Крім того, більша частина - але не вся - вуглекислого газу, який розчиняється в морській воді, реабсорбується в атмосферу. Таким чином, вуглецеві цикли безперервно крутяться в земних екосистемах.
Атмосфера як резервуар у вуглецевому циклі
На вуглекислий газ припадає лише 0,04 відсотка газів в атмосфері. За останні 800 000 років концентрація вуглекислого газу залишалася нижче 300 частин на мільйон. Однак він почав зростати під час Промислової революції, і за останні 50 років щорічно зростав на 0,6 проміле. У 2018 році вчені з обсерваторії Мауна-Лоа на Гаваях повідомили, що концентрація склала 410,79 ppm (див. Ресурси). Вчені пов’язують підйом з діяльністю людини.
Швидкий підйом порушує кругообіг вуглецю. Частина надлишкового вуглекислого газу поглинається океанами або використовується для дихання, але більша його частина залишається в атмосфері, де поєднується з іншими слідовими газами, створюючи зігріваючий ефект на планети. Це парниковий газ, і швидке зростання його атмосферної концентрації стурбовано вчених.
Океани - ще одне ключове резервуар вуглекислого газу
Світовий океан поглинає близько 25 відсотків атмосферного вуглекислого газу. Морські істоти здатні перетворити його в оболонки для своїх тіл, які з часом падають на дно океану у вигляді осаду. Більше того, водорості та інші фотосинтезуючі морські флори використовують вуглекислий газ безпосередньо для дихання.
Коли вуглекислий газ розчиняється в морській воді, він утворює вугільну кислоту. Таким чином, зростаюча кількість атмосферного вуглекислого газу призводить до відповідного збільшення закислення океану. Це шкідливо впливає на морських мешканців, оскільки робить їх черепашки слабшими і крихкими. Ще гірше, що в якийсь момент океани стануть занадто кислими, щоб поглинати більше вуглекислого газу з атмосфери. Це може спричинити прискорене підвищення атмосферного вуглекислого газу до надмірної швидкості і спричинити метеорне підвищення температури поверхні Землі.