Svi elementi na zemlji, uključujući ugljik, kreću se u ciklusima, kao dio zatvorenog sustava. Nema gubitka niti unosa ugljika iz svemira. Dijagram ciklusa ugljika prikazuje različite korake u recikliranju ugljika u 21. stoljeću.
Dijagram
Globalni dijagram ugljika Sveučilišta New Hamsphire prikazuje bazene i tokove koji čine ciklus ugljika. Bazeni ugljika pohranjuju velike količine ugljika na dulje vrijeme i označeni su plavom bojom. Tokovi su procesi koji premještaju ugljik iz jednog bazena u drugi i označeni su crvenom bojom. Protoci imaju dva dijela: jedan koji uklanja ugljik iz zraka i jedan koji otpušta fiksni ugljik natrag kao CO2 u atmosferu.
Carbon Pools
Količina ugljika koju bazeni pohranjuju navedena je u Petagramu ugljika (PgC). Jedan Pg jednak je jednoj milijardi tona i također se naziva gigaton (Gt).
- Stijene:Većina ugljika je zaključana kao sedimentno kamenje.
- Oceansko dno: Drugi najveći bazen ugljika nalazi se ispod oceana u obliku ugljičnog dioksida (CO2) otopljenog u vodi.
- Fosilna goriva: Treća najveća baza ugljika su fosilna goriva, poput ugljena, lignita, prirodnog plina i nafte, koja nastaju od ostataka kopnenih i morskih biljaka i životinje pod posebnom temperaturom i pritiskom.
- Površina oceana: Ugljik se kratko vrijeme skladišti u površinskim vodama kao CO2 otopljen u vodi ili u tijelima živih morskih biljaka i životinja.
- Zemaljski bazeni: sav ugljik koji se akumulira u drveću i tlu formira još jedan kratkoročni bazen i oslobađa se nakon nekoliko desetljeća ili stoljeća, na primjer, kada se drveće posječe ili umri.
- Ugljični dioksid: Ugljik prisutan u zraku u svom plinovitom obliku, CO2, pomaže u održavanju topline Zemlje. Bez ovoga život kakav postoji ne bi bio moguć na zemlji. Postoji stalno dodavanje i preuzimanje iz ovog skladišta ugljika.
Uklanjanje ugljika u tokovima
Količina ugljika koja se premjesti svake godine prikazana je kao PgC po godini u dijagramu. CO2 se uklanja iz zraka i fiksira brzim dnevnim procesima. Stvaranje organske tvari i ponori ugljika su sporiji i zahtijevaju vrijeme.
- Fotosinteza - Zelene biljke koriste CO2, zajedno s vodom i energijom sunca u procesu koji se naziva fotosinteza za stvaranje jednostavnih šećera, a potom i hranjivih tvari potrebnih biljkama.
- Upijanje u oceanima - Atmosferski CO2 se uzima i koristi za fotosintezu iu oceanima. Ovdje su fitoplanktoni ekvivalenti biljaka, o kojima ovisi sav život u oceanima. Osim toga, CO2 otopljen u vodi pretvara se u kalcijev karbonat i koristi u školjkama i kosturima morskih životinja.
- Lanac ishrane - Kada biljojedi jedu biljke, ili mesojedi i svejedi jedu druge životinje, ovaj ugljik se prenosi duž lanca ishrane kako bi pomogao životinjama da rastu, žive i razmnožavaju se.
- Dodavanje organske tvari i stelje - Kada biljke i životinje umru, mikrobi ih razgrađuju kako bi formirali humus ili organsku tvar koja postaje dio tla. Smeće koje nastaje svake godine kada drveće odbacuje grančice i lišće te stalno reciklira ugljik u tlo. To se dijelom koristi za rast biljaka i održava ugljik u cirkulaciji, dok ostatak tvori ugljik u tlu.
Formiranje bazena ugljika
Količine CO2 koje se koriste i vrijeme u kojem ostaju pohranjeni kao fiksni ugljik variraju s različitim organizmima i procesima.
- Budući da je drveće dugovječno i akumulira ugljik u svojoj stabljici, lišću i korijenju, djeluje kao ponor ugljika.
- Tlo akumulira ugljik kao organsku tvar i mrtvo korijenje koje ostaje u tlu dugo nakon što biljka ili stablo umre; u tlu postoje ogromne količine biomase u obliku rastućeg živog korijenja drveća i travnjaka. Tlo čini još jedan važan ponor ugljika.
- Neke školjke i kosturi morskih životinja nakupljaju se na dnu oceana i proizvode vapnenac.
Ponori ugljika važan su tok ili proces koji na kraju rezultira nakupinama ugljika. Kratkoročno proizvode zemaljske bazene ugljika, a dugoročno fosilna goriva i kamenje.
Tok kopna u ocean
Kada rijeke teku u oceane, sa sobom nose sedimente bogate organskom tvari. Močvare i plimne poplave također premještaju ugljik u obliku organske tvari u oceane svake godine.
Prirodno otpuštanje ugljičnog dioksida
U prirodnom ciklusu ugljika, ugljik se oslobađa natrag u atmosferu uglavnom kroz disanje i razgradnju.
- Disanje biljaka - Većina živih bića, mikroba, biljaka i životinja na kopnu diše. Oni udišu kisik, a izdišu CO2 razlažući hranu koju su pojeli. Ovo je jedan od najkraćih ciklusa ugljika.
- Raspadanje tla i disanje - Sva tvar koja se raspada na kopnu ne pretvara se u organsku tvar. Dio ugljika ispušta se izravno u zrak kao CO2. Mikrobi i mali aminali koji žive u tlu također oslobađaju CO2 svaki dan kada dišu.
- Gubitak oceana - Disanje i propadanje morskih biljaka i životinja također ispušta CO2 u zalihu ugljika u atmosferi.
- Vulkani - Mala količina ugljika ispušta se u atmosferu vulkanskom aktivnošću.
Ljudske aktivnosti koje oslobađaju ugljični dioksid
Osim prirodnih tokova, postoje mnoge ljudske aktivnosti koje oslobađaju vezani ugljik natrag u atmosferu kao CO2.
- Spaljivanje fosilnih goriva- Izgaranje ugljika odvodi drvo, ugljen, prirodni plin, benzin za struju, grijanje, kuhanje ili transport jedan je od glavnih načina oslobađanja ugljika natrag u zrak. Mnoga se fosilna goriva također koriste u industrijske svrhe i dodaju CO2 u atmosferu.
- Promjene u korištenju zemljišta - Krčenje šuma, krčenje travnjaka radi stvaranja naselja, farme koje zamjenjuju prirodni rast i korištenje strojeva koje dovodi do emisija, imaju dugoročne posljedice. To dovodi do dodavanja CO2 u atmosferski sklad ugljika.
Različite perspektive iz dodatnih dijagrama
Postoje mnoge vrste dijagrama ciklusa ugljika i oni pružaju različite informacije o ovom vitalnom ciklusu.
- Jednostavan ciklus: dijagram BBC-ja prikazuje jednostavan ciklus ugljika. Ovako je izgledao ciklus ugljika u predindustrijsko doba, do prije 150 godina, kada količine kretanja ugljika nisu bile problem.
- Klimatske promjene: Ciklus ugljika Sveučilišta u Calgaryju slikovita je analiza načina na koji su moderne ljudske aktivnosti promijenile osjetljivu ravnotežu u ciklusu ugljika.
- Kemijski procesi: Ciklus ugljika Britannice usredotočen je na različite kemijske reakcije koje utječu na tokove i skladišta ugljika, a ne na količine recikliranog ugljika. Ovaj ciklus je zanimljiv za ljude koji žele znati različite oblike u kojima ugljik postoji i kako se mijenja.
Korištenje ciklusa ugljika
Postoji povećanje CO2 u atmosferi za 30% zbog ljudskih aktivnosti u posljednjih 150 godina. Budući da CO2 u zraku uzrokuje zagrijavanje, dodavanje više CO2 u atmosferu također povećava njezin učinak zagrijavanja. To je rezultiralo globalnim zagrijavanjem i klimatskim promjenama. Razumijevanje ciklusa ugljika, te kako i gdje ga ljudske aktivnosti mijenjaju, može pomoći u pronalaženju učinkovitih načina i metoda za rješavanje problema klimatskih promjena.
