دورة الكربون هي عملية حيوية أساسية للتوازن البيولوجي، وتحوّل وتخزين الكربون عبر مستودعات الأرض الرئيسية، الغلاف الجوي، المحيطات، الغلاف الحيوي الأرضي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي، الغلاف الجوي

ما هو "كربون سيكل"؟

(ب) إن دورة الكربون تُصف حركة ذرات الكربون عبر البيئة، فالكربونات توجد في أشكال كيميائية كثيرة، مثل ثاني أكسيد الكربون الغازي في الغلاف الجوي، والكربون غير العضوي المُحل في أجساد المياه، والكربون العضوي في الكائنات الحية والمميتة، والمعادن الكربونية في الصخور، والجولة مدفوعة بتركيب في العمليات البيولوجية والكيميائية والفيزيائية والجيولوجية.

العمليات الرئيسية في دورة الكربون السريعة

وتهيمن دورة الكربون السريعة على النشاط البيولوجي والتبادل المادي بين الغلاف الجوي والمحيطات وتشمل العمليات الرئيسية ما يلي:

  • Photosynthesis:] Plants, algae, and cyanobacteria use sunlight to convert atmospheric CO2 and water into glucose and oxygen. This process stores carbon in organic matter and is the primary entry point for carbon into the biosphere. Globally, terrestrial photosynthesis fixes approximately 120.
  • Respiration:] All living organisms release CO2 back into the atmosphere as a byproduct of cellular respiration. Plants respire both day and night, but net primary production (photosynthesis minus respiration) determines how much carbon remains in plant biomass. Soil respiration - from roots and microbes.
  • Decomposition:] When organisms die, decomposers such as bacteria and fungi break down organic matter, releasing CO2 and methane (CH4) into the atmosphere and returning nutrients to the soil and the rate of decomposition depends on temperature, moisture, and oxygen availability.
  • Combustion:] Wildfires and the burning of biomass (e.g., wood, crop residues) release stored carbon rapidly as CO2 and other gases. Similarly, the burning of fossil fuels is essentially a form of combustion that releases old carbon accumulated over millions of years.
  • Ocean-Atmosphere Exchange:] Oceans absorb CO2 from the atmosphere via diffusion. The solubility of CO2 is temperature-colder waters take up more gas. Phytoplankton also fix CO2 through photosynthesis, forming the base of the marine food web. Some organic carbon sinks to the deep ocean as century.

العمليات الرئيسية في دورة الكربون البطيئة

وتنظم دورة الكربون البطيئة تخزين الكربون في الأجل الطويل وتشمل مكوناتها الرئيسية ما يلي:

  • Weathering and Erosion:] Atmospheric CO2 dissolves in rainwater to form carbonic acid, which chemically weathers silicate and carbonate rocks. This process consumes CO2 and transports dissolved ions (e.g., calcium, bicarbonate) to the oceans precipitdi carbon se.
  • Sediment Burial and Lithification:] Over millions of years, calcium carbonate missiles and organic matter accumulate on the ocean floor. As sediments are buried and compressed, they form limestone and other carbonate rocks, locking carbon away for geological timescales.
  • volcanic Activity and Metamorphism:] Subduction of carbonate-rich sediments into the mantle leads to metamorphism and volcanic eruptions that release CO2 back into the atmosphere. This completes the slow cycle, returning carbon that was stored in rocks.
  • Fossil Fuel Formation:] In anaerobic conditions, partially decomposed organic matter from Old forests and plankton was buried and converted over millions of years into coal, oil, and natural gas. These fossil fuels represent a concentrated reservoir of carbon that humans now extract and burn at an unprecedented rate.

دور الكربون في النظم الإيكولوجية

فالكربون هو العمود الفقري الهيكلي لجميع الجزيئات العضوية، وهو يشكل أساس الكربوهيدرات، والهباء، والبروتين، والأحماض النواة - مركبات الحياة الأساسية، وفي النظم الإيكولوجية، تحفز تدفقات الكربون عبر الشبكات الغذائية، وتربط المنتجين الرئيسيين (النيتروف)، والمستهلكين (الكتروتروفورتروف)، والمستهلكين (الكائنات الحرارية)، وتؤثر كمية ومعدلات التقلبات البيئية تأثيرا مباشرا على إنتاجية الكربون)

صناديق الكربون وتخزينها

وتخزن الكربون في عدة مجمعات رئيسية، كل منها له أوقات إقامة مختلفة، ويساعد فهم هذه المجمعات في تقييم أثر الأنشطة البشرية واستراتيجيات التخفيف المحتملة.

  • Atmospheric Pool:] Currently about 880 Giatons of carbon (GtC) as CO2, with an annual increase of roughly 4-5 GtC from human emissions. This pool is the most dynamic and directly influences climate.
  • ]Terrestrial Biosphere:] Living vegetation holds approximately 450 GtC, while soils and dead organic matter store about 1,700 GtC - more than twice the amount in the atmosphere. Tropical forests are the largest terrestrial carbon store, but peatlands and permafrost soils also hold vast amounts vulnerable to thawing.
  • Ocean Pool:] The ocean holds about 38,000 GtC, mostly as dissolved inorganic carbon (bicarbonate and carbonate ions) Surface water exchange CO2 rapidly with the atmosphere, while the deep ocean stores carbon for hundreds to thousands of years. Marine biomass (phytoplankton, fish, 3 etc.) accounts for only about very
  • Geological Reservoirs:] Fossil fuels (coal, oil, gas) contain roughly 1,500 GtC, but this is a non-renewable stock that is being rapidly tapped. Carbonate rocks (limestone) form the largest long-term reservoir, holding over 60 million GtC, though these cycles operate

الأثر البشري على دورة الكربون

وقد حولت الأنشطة البشرية دورة الكربون من التوازن الذي كانت عليه قبل الثورة الصناعية، ومنذ الثورة الصناعية، ارتفعت تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من حوالي 280 جزءاً لكل مليون (صفر) إلى أكثر من 420 جزءاً من المليون في عام 2024، وهو ما يمثل زيادة تزيد على 50 في المائة، وهذا الارتفاع يُعزى إلى نشاطين هما: حرق الوقود الأحفوري وتغيير استخدام الأراضي، ولا سيما إزالة الغابات.

Fuel Combustion

وتنتج عمليات احتراق الفحم والزيوت والغاز الطبيعي لتوليد الطاقة والنقل والتدفئة والعمليات الصناعية ثاني أكسيد الكربون التي خُزِّنت تحت الأرض لملايين السنين، وتناهز الانبعاثات السنوية من الوقود الأحفوري وإنتاج الإسمنت 10 جيتيك (أو 36 جي تي ثاني أكسيد الكربون) سنويا، وهذا المعدل أعلى بنحو 10 أضعاف صافي انبعاثات الكربون الطبيعية من النشاط البركاني، والكربون المستخرج من الوقود الأحفوري هو في الأساس إضافة جديدة إلى البواليع.

إزالة الغابات وتغيير استخدام الأراضي

كما أن إزالة الغابات غالبا ما تنطوي على حرق الكتلة الأحيائية أو التخلص منها بسرعة، وإطلاق الكربون المخزن، ويسهم تغير استخدام الأراضي حاليا بنحو 1.1 غات كل سنة، مع كون إزالة الغابات المدارية أكبر عنصر، كما أن بلدانا مثل البرازيل وإندونيسيا وجمهورية الكونغو الديمقراطية قد شهدت خسائر كبيرة في الغابات، مما يقلل من قدرة البواليع الكربونية العالمية.

Loss of Agriculture and Soil Carbon

وتخفف الممارسات الزراعية - التكتل، والتكتل، والرعي المفرط، وتصريف الأراضي الخماسية - ترسيب المادة العضوية للتربة، وتخليص ثاني أكسيد الكربون وأكسيد النيتروز إلى الغلاف الجوي، وتخفض التربة التي كانت غنية بالكربون بعد أن تصبح مسببة صافية للكربون، بالإضافة إلى أن استخدام الأسمدة النيتروجينية يزيد من النشاط المجهري ونسبة الانبعاثات من النظم الإيكولوجية الخفية - ٢.

عمليات إعادة التغذية للمحيطات والبرومفروست

ولا تؤدي الانبعاثات البشرية إلى زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي فحسب، بل تؤدي أيضاً إلى ظهور حلقات تفاعلية تزيد من سرعة تغير المناخ، وقد امتصت المحيطات نحو 30 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية، مما تسبب في زيادة حموضة المحيط السطحي منذ الثورة الصناعية بنسبة 30 في المائة، وتخفض حمض المحيطات قدرة الكائنات البحرية مثل المرجان، والسمك المسيل، والخنادق على بناء قذائف الكربون الكالسيومية، وتعطل شبكات الأغذية البحرية.

آثار دورة الكربون المعطلة

إن تعطيل دورة الكربون له عواقب عميقة بعيدة المدى على مناخ الكوكب، والنظم الإيكولوجية، والمجتمعات البشرية، الآليات معقدة ومتشابكة، ولكن النتائج الأولية واضحة:

Global Warming and Climate Change

وقد تزيد درجة الحرارة في ارتفاع متوسط الحرارة العالمية من جراء ارتفاع مستوى الحرارة في الغلاف الجوي ثاني أكسيد الكربون وغيره من غازات الدفيئة، مما يؤدي إلى ارتفاع متوسط الحرارة العالمية، مما يؤدي إلى ارتفاع مستوى سطح البحر من خلال التوسع الحراري وذوبان الجليد وصحائف الجليد، وإلى تغيير أنماط التهطال، وإلى زيادة تواتر وشدة الأحداث الجوية الشديدة (الجوفاءات، والجفاف، والفيضانات)، وإلى تعطيل النظم الزراعية.

التصحيح المحيطي

ومع حل ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر، فإنه يشكل حمض الكربون، ويخفض كمية مياه المحيط من الماء، ويزداد معدل الحمض الحالي أسرع من أي وقت في السنوات الـ 55 الأخيرة، مما يهدد حساب الكائنات الحية - الأورام، والثدييات، والتبريد، التي تشكل قاعدة العديد من شبكات الأغذية البحرية.

Loss of Biodiversity and Ecosystem Services

إن تغير المناخ من تعطيل دورة الكربون هو المحرك الرئيسي لفقدان التنوع البيولوجي، إذ أن التحول في المناطق المناخية يرغم الأنواع على الهجرة أو التكيف، ولكن الكثير منها لا يمكن أن يواكبه، فالأنواع المدارية، ولا سيما تلك الموجودة في النظم الإيكولوجية المعزولة (الجبال، الجزر)، تواجه الانقراض، إذ أن الموئلات مثل الغابات الغليان، والأراضي الرطبة، وغابات المانغروف الساحلية تتقلص أو تتحول، مما يخلق قدرتها على تخزين الكربون، ويوفر خدمات مثل تكيف المياه، والفيضانات.

Mitigating Human Impact on the Carbon Cycle

وتهدف استراتيجيات التخفيف إلى الحد من تدفق الكربون إلى الغلاف الجوي وتعزيز مصارف الكربون الطبيعية والاصطناعية، وتصنف هذه الجهود في فئات خفض الانبعاثات، وتعزيز البواليع، وتكنولوجيات إزالة الكربون، ومن الضروري الجمع بين ثلاث منها لتثبيت المناخ وإعادة دورة الكربون إلى التوازن.

تخفيض انبعاثات الوقود الفوسيئي

ويتمثل النهج الأكثر مباشرة في التخلص التدريجي من احتراق الوقود الأحفوري، إذ أن الانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والريحية والحرارية الأرضية والطاقة الكهرمائية يمكن أن يقلل من البصمة الكربونية لتوليد الكهرباء، كما أن كهرباء النقل (مركبات كهربائية) والصناعة (هيدروجين) والتدفئة (مضخات الحرارة) يؤدي دوراً حاسماً في تحسين كفاءة الطاقة في المباني والأجهزة والعمليات الصناعية.

تعزيز سندات الكربون الطبيعية

ويمكن أن تزيد حماية الغابات والأراضي الرطبة والأعشاب والنظم الإيكولوجية الساحلية (الكربون الأسود) وإعادة استصلاحها، كما أن مشاريع إعادة التحريج والتحريج يمكن أن تروج على نطاق واسع، وإن كان يجب القيام بها بعناية لتجنب تشتيت إنتاج الأغذية أو الحد من التنوع البيولوجي، وفي الزراعة، يمكن أن تؤدي ممارسات مثل الزراعة غير المزروعة، إلى زراعة المحاصيل، والحراجة الزراعية، وإعادة بناء التربة العضوية.

Carbon Capture and Storage (CCS)

وبالنسبة للقطاعات التي يصعب فيها القضاء على الانبعاثات، مثل الأسمنت، والفولاذ، وتكنولوجيات التخزين والتخزين الكيميائية - الكربون، يمكن أن تحصر ثاني أكسيد الكربون في مصدر نقطة معينة وتحقنه في تشكيلات جيولوجية عميقة للتخزين الدائم، وقد ثبت أن ثاني أكسيد الكربون وتخزينه على نطاق واسع ولكنه يواجه تحديات في التكلفة، واحتياجات الطاقة، والقبول العام، كما أن التقاط الهواء المباشر هو تكنولوجيا ناشئة تسحب ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء المحيط.

التدابير المجتمعية والسياساتية

فالأعمال الفردية وحدها غير كافية؛ والتغير المنهجي مطلوب، ويمكن للحكومات أن تنفذ أنظمة تحد من إزالة الغابات، وتشجع الاستخدام المستدام للأراضي، وتحدد أهدافاً للانبعاثات الصافية من النفط الصفري، وتوفر الاتفاقات الدولية، مثل اتفاق باريس، أطراً للعمل الجماعي، كما أن الالتزامات المؤسسية بحياد الكربون، وإزالة سلاسل الإمداد، والاستثمار في التكنولوجيات النظيفة آخذة في التسارع، كما أن حملات التثقيف والتوعية يمكن أن تحول سلوك المستهلك نحو استهلاك أقل من أنماط الحياة - وهو استهلاك من اللحوم الكربون، وتخفف من المنتجات الغذائية إلى أدنى حد ممكن.

خاتمة

دورة الكربون هي الديموقراطية الطبيعية للكوكب ونظام دعم الحياة، وهي تدمج الغلاف الجوي والمحيطات والأرض والكائنات الحية في توازن دقيق يحافظ على ظروف طبيعية لملايين السنين، والأنشطة البشرية قد تخلت عن التوازن عن طريق نقل كميات كبيرة من الكربون الأحفوري إلى المجمع النشط بمعدل يتجاوز بكثير العمليات الطبيعية، وتعيد حرق المحيطات، وتزيد من سوء الفهم

External Resources for Further Reading:]