همه عناصر روی زمین، از جمله کربن در چرخه، به عنوان بخشی از یک سیستم بسته حرکت می کنند. هیچ از دست دادن یا ورودی کربن از فضا وجود ندارد. نمودار چرخه کربن مراحل مختلف بازیافت کربن را در قرن بیست و یکم نشان می دهد.
نمودار
نمودار کربن جهانی توسط دانشگاه نیوهمسفایر، استخرها و شارهایی را نشان می‌دهد که چرخه کربن را تشکیل می‌دهند. استخرهای کربنی مقادیر زیادی کربن را برای مدت طولانی ذخیره می کنند و به رنگ آبی هستند. شارها فرآیندهایی هستند که کربن را از یک استخر به حوض دیگر منتقل می کنند و به رنگ قرمز هستند.فلاکس ها دو بخش دارند: یکی که کربن را از هوا خارج می کند و دیگری که کربن ثابت را به صورت CO2 در جو آزاد می کند.
استخرهای کربن
مقادیر کربن ذخیره استخرها در پتاگرام کربن (PgC) ذکر شده است. یک Pg برابر با یک میلیارد تن است و گیگاتون (Gt) نیز نامیده می شود.
- سنگ:بیشتر کربن به صورت سنگ‌های رسوبی قفل شده است.
- بستر اقیانوس: دومین استخر بزرگ کربن در زیر اقیانوس ها به شکل دی اکسید کربن (CO2) محلول در آب است.
- سوخت‌های فسیلی:سومین استخر بزرگ کربن، سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ، زغال سنگ، گاز طبیعی و نفت هستند که از بقایای گیاهان خشکی و دریایی به وجود می‌آیند. و حیوانات تحت دما و فشار خاص.
- سطح اقیانوس: کربن برای مدت کوتاهی در آبهای سطحی به صورت CO2 محلول در آب یا در بدن گیاهان و جانوران دریایی زنده ذخیره می شود.
- استخرهای زمینی: تمام کربنی که در درختان و خاک انباشته می شود، استخر کوتاه مدت دیگری را تشکیل می دهد و پس از چند دهه یا چند قرن مثلاً با قطع درختان آزاد می شود. یا بمیر.
- دی اکسید کربن: کربن موجود در هوا به شکل گازی آن، CO2، به گرم نگه داشتن زمین کمک می کند. بدون این زندگی آنگونه که وجود دارد، روی زمین امکان پذیر نخواهد بود. افزودن و جذب دائمی از این استخر کربن وجود دارد.
حذف کربن در شار
مقادیر کربنی که هر سال جابجا می شود به صورت PgC در سال در نمودار نشان داده شده است. CO2 از هوا حذف می شود و با فرآیندهای سریع روزانه ثابت می شود. تشکیل مواد آلی و مخازن کربن کندتر است و نیاز به زمان دارد.
- فتوسنتز - گیاهان سبز در فرآیندی به نام فتوسنتز از CO2 به همراه آب و انرژی خورشید استفاده می کنند تا قندهای ساده و سپس مواد مغذی مورد نیاز گیاهان را تشکیل دهند.
- جذب اقیانوس ها - CO2 اتمسفر جذب شده و برای فتوسنتز در اقیانوس ها نیز استفاده می شود. در اینجا فیتوپلانکتون ها معادل گیاهانی هستند که تمام حیات در اقیانوس ها به آنها بستگی دارد. علاوه بر این، CO2 محلول در آب به کربنات کلسیم تبدیل می شود و در پوسته و اسکلت حیوانات دریایی استفاده می شود.
- زنجیره غذایی - وقتی گیاهخواران گیاهان را می خورند، یا گوشتخواران و همه چیزخواران حیوانات دیگر را می خورند، این کربن در امتداد زنجیره غذایی برای کمک به رشد، زندگی و تکثیر حیوانات منتقل می شود.
- افزودن مواد آلی و بستر - وقتی گیاهان و حیوانات می میرند، توسط میکروب ها تجزیه می شوند و هوموس یا مواد آلی تشکیل می دهند که بخشی از خاک می شود. بستری که هر ساله با ریختن شاخه ها و برگ درختان و بازیافت کربن به طور مداوم به خاک ایجاد می شود. این تا حدی برای رشد گیاهان استفاده می شود و کربن را در گردش نگه می دارد، در حالی که بقیه کربن خاک را تشکیل می دهد.
تشکیل استخرهای کربن
مقدار CO2 مورد استفاده و مدت زمانی که آنها به عنوان کربن ثابت ذخیره می شوند با ارگانیسم ها و فرآیندهای مختلف متفاوت است.
- از آنجایی که درختان عمر طولانی دارند و کربن را در ساقه، برگ و ریشه خود انباشته می کنند، به عنوان غرق کربن عمل می کنند.
- خاک‌ها کربن را به عنوان مواد آلی و ریشه‌های مرده جمع می‌کنند که مدت‌ها پس از مرگ گیاه یا درخت در خاک باقی می‌مانند. مقادیر بسیار زیادی زیست توده به شکل رشد ریشه های زنده درختان و علفزارها در خاک وجود دارد. خاک ها یک مخزن کربن مهم دیگر را تشکیل می دهند.
- برخی از پوسته ها و اسکلت های جانوران دریایی در کف اقیانوس ها جمع می شوند و سنگ آهک تولید می کنند.
سینک‌های کربن یک جریان یا فرآیند مهمی هستند که در نهایت منجر به ایجاد حوضچه‌های کربنی می‌شوند. در کوتاه مدت آنها استخرهای کربن زمینی و در بلندمدت سوخت های فسیلی و سنگ تولید می کنند.
جریان زمین به اقیانوس
هنگامی که رودخانه ها به اقیانوس ها می ریزند، رسوبات غنی از مواد آلی را با خود حمل می کنند. مرداب‌ها و سیل‌های جزر و مدی نیز هر سال کربن را به شکل مواد آلی به اقیانوس‌ها منتقل می‌کنند.
آزادسازی طبیعی دی اکسید کربن
در چرخه کربن طبیعی، کربن عمدتاً از طریق تنفس و تجزیه به جو باز می گردد.
- تنفس گیاهی - بیشتر موجودات زنده میکروب‌ها، گیاهان و حیوانات روی خشکی تنفس می‌کنند. آنها اکسیژن را تنفس می کنند و CO2 را با تجزیه غذایی که خورده اند خارج می کنند. این یکی از کوتاه ترین چرخه های کربن است.
- تجزیه و تنفس خاک - همه مواد پوسیده روی خشکی به مواد آلی تبدیل نمی شوند. مقداری از کربن مستقیماً به صورت CO2 در هوا آزاد می شود. میکروب ها و آمینال های کوچکی که در خاک زندگی می کنند نیز هر روز هنگام تنفس CO2 آزاد می کنند.
- از دست دادن اقیانوس - تنفس و پوسیدگی گیاهان و جانوران دریایی نیز CO2 را به استخر کربن موجود در جو آزاد می کند.
- آتشفشان ها - مقدار کمی کربن در اثر فعالیت های آتشفشانی وارد جو می شود.
فعالیت های انسانی آزاد کننده دی اکسید کربن
علاوه بر شارهای طبیعی، فعالیت های انسانی زیادی وجود دارد که کربن ثابت را به صورت CO2 به اتمسفر باز می گرداند.
- سوزاندن سوخت های فسیلی- احتراق کربن غرق چوب، زغال سنگ، گاز طبیعی، بنزین برای برق، گرمایش، پخت و پز یا حمل و نقل یکی از راه های اصلی انتشار کربن است. برگشت به هوا بسیاری از سوخت‌های فسیلی برای مقاصد صنعتی نیز استفاده می‌شوند و CO2 را به جو اضافه می‌کنند.
- تغییر کاربری زمین - جنگل زدایی، پاکسازی علفزارها برای ایجاد سکونتگاه، مزارع جایگزین رشد طبیعی، و استفاده از ماشین آلات که منجر به انتشار گازهای گلخانه ای می شود، عواقب بلندمدتی دارد. این منجر به افزودن CO2 به مخزن کربن اتمسفر می شود.
دیدگاه های متفاوت از نمودارهای اضافی
نمودارهای چرخه کربن انواع مختلفی دارند و اطلاعات متفاوتی در مورد این چرخه حیاتی ارائه می دهند.
- چرخه ساده: نمودار بی بی سی یک چرخه کربن ساده را به تصویر می کشد. چرخه کربن در دوران پیش از صنعت تا 150 سال پیش، زمانی که مقدار حرکت کربن مشکلی نداشت، به این شکل بود.
- تغییر آب و هوا: چرخه کربن توسط دانشگاه کلگری تحلیلی تصویری است از اینکه چگونه فعالیت‌های مدرن انسان تعادل ظریف در چرخه کربن را تغییر داده است.
- فرایندهای شیمیایی: چرخه کربن توسط بریتانیکا بر واکنش‌های شیمیایی مختلفی که بر شارها و استخرهای کربن تأثیر می‌گذارند، تمرکز می‌کند، نه بر مقدار بازیافت کربن. این چرخه برای افرادی جالب است که می خواهند بدانند کربن در چه اشکالی وجود دارد و چگونه تغییر می کند.
استفاده از چرخه کربن
به دلیل فعالیت های انسانی در ۱۵۰ سال گذشته، افزایش ۳۰ درصدی CO2 در جو وجود دارد.از آنجایی که CO2 موجود در هوا باعث گرم شدن هوا می شود، افزودن CO2 بیشتر به اتمسفر نیز اثر گرم شدن آن را افزایش می دهد. این امر منجر به گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی شده است. شناخت چرخه کربن، و چگونگی و مکان هایی که فعالیت های انسانی آن را تغییر می دهد، می تواند به یافتن راه ها و روش های کارآمد برای مقابله با مشکل تغییرات آب و هوایی کمک کند.
