Svi elementi na Zemlji, uključujući ugljenik, kreću se u ciklusima, kao dio zatvorenog sistema. Nema gubitka ili unosa ugljenika iz svemira. Dijagram ciklusa ugljika prikazuje različite korake u reciklaži ugljika u 21. vijeku.
Diagram
Globalni dijagram ugljenika Univerziteta New Hamsphire prikazuje bazene i tokove koji čine ciklus ugljenika. Ugljični bazeni pohranjuju velike količine ugljika na duge periode i plavo su. Tokovi su procesi koji pomiču ugljik iz jednog bazena u drugi i označeni su crvenom bojom. Tokovi se sastoje od dva dijela: jedan koji uklanja ugljik iz zraka i drugi koji otpušta fiksirani ugljik nazad kao CO2 u atmosferu.
Carbon Pools
Količine ugljika koje bazeni pohranjuju spominju se u Petagramu ugljika (PgC). Jedan Pg je jednak milijardu tona i naziva se i Gigatonima (Gt).
- Stjene:Većina ugljika je zaključana kao sedimentne stijene.
- Okeansko korito: Drugi najveći bazen ugljenika je ispod okeana u obliku ugljen-dioksida (CO2) rastvorenog u vodi.
- Fosilna goriva: Treći najveći bazen ugljika su fosilna goriva, kao što su ugalj, lignit, prirodni plin i nafta, koja nastaju iz ostataka kopnenih i morskih biljaka i životinje pod posebnom temperaturom i pritiskom.
- Površina okeana: Ugljik se pohranjuje kratko vrijeme u površinskoj vodi kao CO2 otopljen u vodi ili u tijelima živih morskih biljaka i životinja.
- Kopenski bazeni: Sav ugljik koji se akumulira u drveću i tlu formira još jedan kratkoročni bazen i oslobađa se nakon nekoliko decenija ili stoljeća, na primjer, kada se stabla sječe ili umri.
- Ugljen-dioksid: Ugljenik prisutan u vazduhu u svom gasovitom obliku, CO2, pomaže da zemlja bude toplo. Bez ovog života kakav postoji ne bi bilo moguće na zemlji. Postoji stalno dodavanje i unos iz ovog bazena ugljenika.
Uklanjanje ugljika u fluksovima
Količine ugljika koje se premeštaju svake godine prikazane su kao PgC godišnje na dijagramu. CO2 se uklanja iz zraka i fiksira brzim svakodnevnim procesima. Formiranje organske materije i ponori ugljika su sporiji i zahtijevaju vrijeme.
- Fotosinteza - Zelene biljke koriste CO2, zajedno sa vodom i energijom iz sunca u procesu koji se zove fotosinteza za formiranje jednostavnih šećera, a zatim i hranljivih materija koje su biljke potrebne.
- Usvajanje okeana - Atmosferski CO2 se uzima i koristi za fotosintezu iu okeanima. Ovdje su fitoplanktoni ekvivalenti biljaka od kojih ovisi sav život u oceanima. Osim toga, CO2 otopljen u vodi pretvara se u kalcijev karbonat i koristi se u školjkama i skeletima morskih životinja.
- Lanac ishrane - Kada biljojedi jedu biljke, ili mesožderi i svejedi jedu druge životinje, ovaj ugljenik se prenosi duž lanca ishrane kako bi pomogao životinjama da rastu, žive i razmnožavaju se.
- Dodavanje organske materije i smeća - Kada biljke i životinje uginu, mikrobi ih razlažu da bi formirali humus ili organsku materiju koja postaje dio tla. Stelja koja se formira svake godine kada drveće odbacuje granje i lišće i neprestano reciklira ugljik u tlo. Ovo se dijelom koristi za rast biljaka i održava cirkulaciju ugljika, dok ostatak formira ugljik u tlu.
Formiranje ugljeničnih bazena
Količine CO2 koje se koriste i dužina vremena koje ostaju uskladištene kao fiksirani ugljik variraju s različitim organizmima i procesima.
- Pošto je drveće dugovečno i akumulira ugljenik u svom stablu, lišću i korenu, ono deluje kao ponori ugljenika.
- Tlo akumulira ugljenik kao organsku materiju i mrtvo korenje koje ostaje u zemljištu dugo nakon što biljka ili drvo odumre; postoje ogromne količine biomase u obliku rastućeg živog korijenja drveća i travnjaka u tlu. Tlo formira još jedan važan ponor ugljika.
- Neke školjke i skeleti morskih životinja akumuliraju se na dnu okeana kako bi proizveli krečnjak.
Ugljični sudoperi su važan tok ili proces koji na kraju rezultira nakupinama ugljika. Kratkoročno proizvode kopnene bazene ugljenika, a dugoročno fosilna goriva i kamenje.
Protok od zemlje do okeana
Kada se rijeke ulivaju u okeane, sa sobom nose sedimente bogate organskom tvari. Močvare i plime i oseke takođe svake godine prenose ugljenik u obliku organske materije u okeane.
Prirodno oslobađanje ugljičnog dioksida
U prirodnom ciklusu ugljika, ugljik se vraća u atmosferu uglavnom disanjem i razgradnjom.
- Disanje biljaka - Većina živih bića mikroba, biljaka i životinja na kopnu diše. Oni udišu kiseonik i izdišu CO2, razlažući hranu koju su pojeli. Ovo je jedan od najkraćih ciklusa ugljika.
- Raspadanje tla i disanje - Sva raspadajuća materija na kopnu ne pretvara se u organsku materiju. Dio ugljika se oslobađa direktno u zrak kao CO2. Mikrobi i mali aminali koji žive u zemljištu takođe oslobađaju CO2 svaki dan kada dišu.
- Gubitak okeana - Respiracija i propadanje morskih biljaka i životinja takođe oslobađaju CO2 u ugljenični bazen u atmosferi.
- Vulkani - Mala količina ugljenika se oslobađa u atmosferu vulkanskom aktivnošću.
Ljudske aktivnosti oslobađaju ugljični dioksid
Pored prirodnih tokova, postoje mnoge ljudske aktivnosti koje otpuštaju fiksni ugljik nazad u atmosferu kao CO2.
- Sagorevanje fosilnih goriva- Sagorevanje ugljika potopi drvo, ugalj, prirodni gas, benzin za struju, grejanje, kuvanje ili transport je jedan od glavnih načina na koji se ugljik oslobađa nazad u vazduh. Mnoga fosilna goriva se također koriste u industrijske svrhe i dodatno dodaju CO2 u atmosferu.
- Promjene u korištenju zemljišta - Krčenje šuma, čišćenje travnjaka radi stvaranja naselja, farme koje zamjenjuju prirodni rast i korištenje mašina koje dovodi do emisija, imaju dugoročne posljedice. To dovodi do dodavanja CO2 u atmosferski bazen ugljika.
Različite perspektive iz dodatnih dijagrama
Postoji mnogo tipova dijagrama ciklusa ugljenika i oni pružaju različite informacije o ovom vitalnom ciklusu.
- Jednostavan ciklus: BBC-jev dijagram prikazuje jednostavan ciklus ugljenika. Ovako je izgledao ciklus ugljika u predindustrijskim vremenima, sve do prije 150 godina, kada količine kretanja ugljika nisu bile problem.
- Klimatske promjene: Ciklus ugljika Univerziteta u Calgaryju je slikovita analiza o tome kako su moderne ljudske aktivnosti promijenile delikatnu ravnotežu u ciklusu ugljika.
- Hemijski procesi: Britanički ciklus ugljenika fokusira se na različite hemijske reakcije koje utiču na tokove i nakupine ugljenika, a ne na količine recikliranog ugljenika. Ovaj ciklus je zanimljiv za ljude koji žele znati različite oblike u kojima postoji ugljik i kako se mijenja.
Using Carbon Cycle
Postoji povećanje CO2 u atmosferi za 30%, zbog ljudskih aktivnosti u posljednjih 150 godina. Pošto CO2 u vazduhu izaziva zagrevanje, dodavanje više CO2 u atmosferu takođe povećava njen efekat zagrevanja. To je rezultiralo globalnim zagrijavanjem i klimatskim promjenama. Razumijevanje ciklusa ugljika, te kako i gdje ga ljudske aktivnosti mijenjaju, može pomoći u pronalaženju efikasnih načina i metoda za rješavanje problema klimatskih promjena.
