Круговорот углерода

Что такое углердный круговорот?

Углерод: четвертый по своему количеству элемент во вселенной и строительный кирпичик жизни на Земле. Углерод совершает кругооборот между Землей, атмосферой и океанами, влияя на наш климат.

Углерод перемещается всюду по Земле — между растениями и животными, землей, атмосферой и океанами, осадочной породой в непрерывном цикле.

Понимание того, как работает круговорот углерода очень важно с точки зрения предсказания климата на Земле в будущем.

Чтобы предсказать поведение климата Земли в будущем, мы должны понять функционирование углеродистой системы и предсказать развитие атмосферного углекислого газа.

В своей чистой форме углерод существует как алмаз или графит. Связанный с кислородом, водородом и другими углеродистыми атомами, углерод формирует жизненно важные составы: сахар и жиры, которые обеспечивают энергию для растений и животных; нефть, уголь и природный газ, которые являются основой деятельности человека; углекислый газ и метан — это атмосферные газы, которые задерживают высокую температуру от солнца и нагревают Землю.

Растения, морские водоросли и некоторые бактерии впитывают углекислый газ из атмосферы или океанов и преобразовывают его в сахар (углерод, связанный с другим углеродом, водородом и кислородными атомами), т.е. процесс, названный фотосинтезом. Животные едят сахар, источник энергии, и выдыхают углекислый газ (углерод, связанный с двумя кислородными атомами).

Животные и заводы умирают и остаются в земле, но их углеродный состав остается неповрежденным. Он является источником энергии для микробов, которые питаются их останками и производят углекислый газ и метан (углерод, связанный с четырьмя водородными атомами), часть из которых  остается в почве, а другая — уходит в атмосферу.

Иногда, останки растений и животных лежат в земле или в приёмниках сточных вод (напр. река, почва) и, тем самым, защищены от микробов. Сотни миллионов лет эти останки все больше и больше сжимались и спрессовывались глубже в землю. Ткани и кости уже давно разрушены, но углерод все еще остается, сформировав составы, названные углеводородами, длинными цепями углеродистых атомов, связанных друг с другом и с водородными атомами. Углеводороды — главный компонент угля и нефти — ископаемого топлива.

Люди используют ископаемое топливо, чтобы произвести тепло и электричество, и при этом углеводороды в ископаемом топливе преобразовываются в углекислый газ и выпускаются в атмосферу. Атмосферный углерод распадается в океанах или забирается растениями. И цикл продолжается.

Скальная порода в Земной коре состоит из углерода, сформированного за миллионы лет, смешанного с полезными ископаемыми. Углекислый газ распался в океане, сформировав бикарбонат, который объединился с кальцием — так появился известняк.

Разрушение и эрозии приводят к вымыванию углеродистых составов из Земной коры в океан. Углерод также вырабатывается и под Земной корой — это процесс, названный субдукцией. Вулканы, горячие источники и гейзеры извергают углекислый газ и метан назад в атмосферу.

Геологические компоненты углеродистого цикла — разрушение, эрозия, субдукция, формирование ископаемого топлива происходят в течение миллионов лет. Биологические компоненты углеродистого цикла — фотосинтез, дыхание, разложение микробами — происходят в интервале от нескольких дней до тысяч лет.

В среднем, количество углерода, который перемещается используя  биологические компоненты каждый год  в 1 000 раз больше чем количество углерода, который перемещается через геологические компоненты.

ГЛОБАЛЬНОЕ КОЛИЧЕСТВО УГЛЕРОДА

В настоящее время проблема состоит в том, что углеродистый цикл стал неравномерным и неуравновешенным. Чтобы изолировать углерод глубоко в земле и под дном океана Природе потребовались сотни миллионов лет. А люди выпустили большую часть этого углерода в атмосферу в течение прошлого столетия.

Кристин Гудэйл, лесной эколог в Корнелльском университете в штате Нью-Йорк, характеризует это как “освобождение углерода, который был спрятан от людей и выпуск его в намного более активную форму в атмосферу.”

Люди также разрушают леса, выпуская больше углекислого газа в атмосферу и сокращая количество растений, которые поглощают его из атмосферы.

Атмосфера переполняется углеродом, в значительной степени углекислым газом. Чаcть его поглощается океанами, часть — растениями и почвой, хотя то, как это происходит до сих пор не до конца изучено.

Углерод, который остается в атмосфере поглощает тепло, препятствуя его уходу в космос. Если не поймать в ловушку высокую температуру, Земля не была бы пригодна для жизни. То же самое относится к океанам, где повышенное содержание углерода изменяет химию морской воды, делая океаны непригодными для жизни.

Атмосферный углерод и хорош и плох, также как вода: Люди нуждаются в ней чтобы выжить, но если ее слишком много — Вы утонете.

Согласно отчету Межправительственной Группы по глобальному потеплению ООН 2007 года — “увеличенное на 50 процентов кол-во углекислого газа сможет быть удалено из атмосферы только в течение 30 лет, а еще 30 процентов будут удалены в течение нескольких столетий. Остающиеся 20 процентов могут сохраняться в атмосфере в течение многих многих тысяч лет.”

Земля и ее атмосфера — закрытая система, где углерод ни создается, ни разрушается. Общее количество углерода не изменяется — он может быть перераспределен из реки в реку, из атмосферы в океаны, из почвы в осадки, но не может быть добавлен или удален. Углерод в атмосфере, например, не может просто уйти в космос. Он обязательно должен проходить свои циклы на Земле: впитанный растениями или расстворенный в океанах.