Všetky prvky na Zemi vrátane uhlíka sa pohybujú v cykloch ako súčasť uzavretého systému. Nedochádza k stratám ani prísunu uhlíka z vesmíru. Diagram uhlíkového cyklu ukazuje rôzne kroky v recyklácii uhlíka v 21. storočí.
Schéma
Globálny uhlíkový diagram University of New Hamsphire zobrazuje bazény a toky, ktoré tvoria uhlíkový cyklus. Uhlíkové bazény uchovávajú veľké množstvo uhlíka na dlhú dobu a sú modré. Toky sú procesy, ktoré presúvajú uhlík z jedného zásobníka do druhého a sú označené červenou farbou. Tavivá majú dve časti: jednu, ktorá odstraňuje uhlík zo vzduchu a druhú, ktorá uvoľňuje fixovaný uhlík späť ako CO2 do atmosféry.
Carbon Pools
Množstvá uhlíka v bazénoch sú uvedené v Petagrame uhlíka (PgC). Jedna Pg sa rovná jednej miliarde ton a nazýva sa aj Gigatony (Gt).
- Kamene:Väčšina uhlíka je uzavretá ako sedimentárne horniny.
- Oceánske dno: Druhá najväčšia zásobáreň uhlíka je pod oceánmi vo forme oxidu uhličitého (CO2) rozpusteného vo vode.
- Fosílne palivá: Treťou najväčšou zásobárňou uhlíka sú fosílne palivá, ako je uhlie, lignit, zemný plyn a ropa, ktoré vznikajú zo zvyškov pôdy a morských rastlín a zvieratá pod špeciálnou teplotou a tlakom.
- Povrch oceánu: Uhlík je uložený na krátky čas v povrchovej vode ako CO2 rozpustený vo vode alebo v telách živých morských rastlín a živočíchov.
- Pozemné bazény: Všetok uhlík, ktorý sa hromadí v stromoch a pôde, tvorí ďalšiu krátkodobú zásobáreň a uvoľňuje sa po niekoľkých desaťročiach alebo storočiach, napríklad pri výrube stromov alebo zomrieť.
- Oxid uhličitý: Uhlík prítomný vo vzduchu vo svojej plynnej forme, CO2, pomáha udržiavať Zem v teple. Bez tohto života, aký existuje, by na Zemi nebol možný. Z tohto zásobníka uhlíka sa neustále pridáva a prijíma.
Odstraňovanie uhlíka v tokoch
Množstvá uhlíka, ktoré sa každý rok presunú, sú v diagrame znázornené ako PgC za rok. CO2 sa odstraňuje zo vzduchu a fixuje sa rýchlymi dennými procesmi. Tvorba organickej hmoty a zachytávače uhlíka sú pomalšie a vyžadujú si čas.
- Fotosyntéza - Zelené rastliny využívajú CO2 spolu s vodou a energiou zo slnka v procese nazývanom fotosyntéza na tvorbu jednoduchých cukrov a následne na živiny, ktoré rastliny potrebujú.
- Vychytávanie oceánmi - Atmosférický CO2 sa prijíma a využíva na fotosyntézu aj v oceánoch. Fytoplanktóny sú tu ekvivalenty rastlín, od ktorých závisí všetok život v oceánoch. Okrem toho sa CO2 rozpustený vo vode premieňa na uhličitan vápenatý a používa sa v lastúrach a kostrách morských živočíchov.
- Potravinový reťazec - Keď bylinožravce jedia rastliny alebo mäsožravce a všežravce jedia iné zvieratá, tento uhlík prechádza potravinovým reťazcom a pomáha zvieratám rásť, žiť a množiť sa.
- Pridávanie organickej hmoty a podstielky - Keď rastliny a zvieratá uhynú, sú rozložené mikróbmi za vzniku humusu alebo organickej hmoty, ktorá sa stáva súčasťou pôdy. Odpad, ktorý sa tvorí každý rok, keď stromy zhadzujú vetvičky a listy a neustále recyklujú uhlík do pôdy. Ten sa čiastočne využíva na rast rastlín a udržiava uhlík v obehu, zatiaľ čo zvyšok tvorí pôdny uhlík.
Tvorba uhlíkových rezerv
Množstvá CO2, ktoré sa používajú, a čas, počas ktorého zostávajú uložené ako fixný uhlík, sa líšia v závislosti od rôznych organizmov a procesov.
- Keďže stromy sú dlhoveké a hromadia uhlík v stonke, listoch a koreňoch, fungujú ako zachytávače uhlíka.
- Pôdy akumulujú uhlík ako organickú hmotu a odumreté korene, ktoré zostávajú v pôde dlho po tom, čo rastlina alebo strom odumrú; V pôde je obrovské množstvo biomasy vo forme rastúcich živých koreňov stromov a trávnatých plôch. Pôdy tvoria ďalší dôležitý zásobník uhlíka.
- Niektoré lastúry a kostry morských živočíchov sa hromadia na dne oceánov a produkujú vápenec.
Uhlíkové zachytávače sú dôležitým tokom alebo procesom, ktorého výsledkom sú nakoniec zásoby uhlíka. Krátkodobo produkujú pozemské zásoby uhlíka a dlhodobo fosílne palivá a horniny.
Flow Land to Ocean
Keď sa rieky vlievajú do oceánov, nesú so sebou sedimenty bohaté na organickú hmotu. Močiare a prílivové záplavy tiež každoročne presúvajú uhlík vo forme organickej hmoty do oceánov.
Prirodzené uvoľňovanie oxidu uhličitého
V prirodzenom cykle uhlíka sa uhlík uvoľňuje späť do atmosféry hlavne dýchaním a rozkladom.
- Dýchanie rastlín - Väčšina živých bytostí mikróbov, rastlín a živočíchov na súši dýcha. Vdychujú kyslík a vydychujú CO2 rozkladom jedla, ktoré zjedli. Toto je jeden z najkratších cyklov uhlíka.
- Rozklad pôdy a dýchanie - Všetka rozkladajúca sa hmota na súši sa nepremieňa na organickú hmotu. Časť uhlíka sa uvoľňuje priamo do ovzdušia ako CO2. Mikróby a malé aminály žijúce v pôde tiež uvoľňujú CO2 každý deň, keď dýchajú.
- Strata oceánu - Dýchanie a rozklad morských rastlín a živočíchov tiež uvoľňuje CO2 do uhlíkových zásob v atmosfére.
- Vulkány - Sopečnou činnosťou sa do atmosféry uvoľňuje malé množstvo uhlíka.
Ľudské činnosti uvoľňujúce oxid uhličitý
Okrem prírodných tokov existuje mnoho ľudských činností, ktoré uvoľňujú fixovaný uhlík späť do atmosféry ako CO2.
- Spaľovanie fosílnych palív- Spaľovanie uhlíka pohlcuje drevo, uhlie, zemný plyn, benzín na elektrinu, kúrenie, varenie alebo dopravu je jedným z hlavných spôsobov uvoľňovania uhlíka späť do vzduchu. Mnohé z fosílnych palív sa využívajú aj na priemyselné účely a ďalej pridávajú CO2 do atmosféry.
- Zmeny vo využívaní pôdy - Odlesňovanie, klčovanie trávnatých plôch na vytváranie osád, farmy nahrádzajúce prirodzený rast a používanie strojov, ktoré vedie k emisiám, má dlhodobé následky. Vedie k pridávaniu CO2 do atmosferického uhlíka.
Odlišné perspektívy z ďalších diagramov
Je veľa typov diagramov uhlíkového cyklu a poskytujú rôzne informácie o tomto životne dôležitom cykle.
- Jednoduchý cyklus: Diagram od BBC znázorňuje jednoduchý uhlíkový cyklus. Takto vyzeral uhlíkový cyklus v predindustriálnych časoch, až do obdobia pred 150 rokmi, keď množstvo pohybu uhlíka nebolo problémom.
- Zmena klímy: Uhlíkový cyklus Univerzity v Calgary je obrazovou analýzou toho, ako moderné ľudské činnosti zmenili krehkú rovnováhu v uhlíkovom cykle.
- Chemické procesy: Cyklus uhlíka od spoločnosti Britannica sa zameriava na rôzne chemické reakcie, ktoré ovplyvňujú toky uhlíka a zásoby uhlíka, a nie na množstvo recyklovaného uhlíka. Tento cyklus je zaujímavý pre ľudí, ktorí chcú poznať rôzne formy, v ktorých uhlík existuje a ako sa mení.
Používanie uhlíkového cyklu
V atmosfére došlo k 30% nárastu CO2 v dôsledku ľudskej činnosti za posledných 150 rokov. Keďže CO2 vo vzduchu spôsobuje otepľovanie, pridávanie väčšieho množstva CO2 do atmosféry tiež zvyšuje jeho otepľovací účinok. To malo za následok globálne otepľovanie a klimatické zmeny. Pochopenie uhlíkového cyklu a toho, ako a kde ho ľudské aktivity menia, môže pomôcť pri hľadaní účinných spôsobov a metód na riešenie problému zmeny klímy.