הבנת מעגל הפחמן: מערכת רגולציה טבעית של כדור הארץ

מבוא

מחזור הפחמן הוא התרמנטיות הטבעיות של כדור הארץ - מערכת מורכבת ומכוונן היטב שמשרתתרת את התנועה של פחמן בין האווירה, האוקיינוסים, היבשה והאורגניזמים החיים של כדור הארץ הוא יסודי בקביעת הטמפרטורות הגלובליות, הכימיה באוקיינוס, והפרודוקטיביות של מערכות אקולוגיות.ללא תפקוד פחמן כראוי, כדור הארץ יכול להפוך לעולם קפוא בלתי פתיר או חממה מחממת, כמו גם את החיים הכימיים של מחזורי החממה, דרך מחזורי הסביבה שונה.

הבנת מחזור הפחמן חיוני לא רק כדי לתפוס את החיים על פני כדור הארץ הוא מתמשך, אלא גם לפרשנות ההשלכות של שינויי האקלים.פעילות אנושית במהלך שתי מאות השנים האחרונות שיפרה משמעותית את האיזון הטבעי הזה, שחרור כמויות חסרות תקדים של פחמן דו חמצני (CO2) וגזי חממה אחרים לתוך האווירה. שינויים אלה העצימו את אפקט החממה, הפעלת התחממות גלובלית ושינוי דפוסי האקלים ברחבי העולם.

יסודות מעגל הפחמן

מחזור הפחמן מתייחס לחילופים המתמשכים של אטומי פחמן בין המאגרים העיקריים של כדור הארץ: האווירה, האוקיינוסים, מערכות אקולוגיות ארציות (כולל אדמה וצמחייה), ופקדות דלק מאובנים עוברים דרך המאגרים האלה באמצעות משחק מורכב של תהליכים ביולוגיים, גיאולוגיים וכימיקליים.המחזור פועל בשני מדדי זמן נפרדים:

• (FLT:0) מחזור הפחמן המהיר: 1FLT) כולל חילופי פחמן מהירים בין אורגניזמים חיים לבין האווירה באמצעות תהליכים כמו פוטוסינתזה ונשימה, בדרך כלל על פני זמן ימים עד עשורים.
• (FLT:0) מחזור הפחמן האטי: 1.10LT:1 ,Acompassing תהליכים גיאולוגיים כגון מזג אוויר סלע, סימנטציה, היווצרות דלק מאובנים, ויציאה געשית, אשר פועלים מעל מיליוני שנים.

מחזורים כפולים אלה פועלים יחד כדי לשמור על ריכוזי CO2 אטמוספריים בטווח הנוקד לחיים.אכזבות לאיזון זה, במיוחד מפעילות אנושית המזרזת את שחרור הפחמן, יכולות להיות השלכות חמורות ביותר.

• (FLT:0)Atmosphere: 1FLT: האווירה מכילה כ-860 גיגהאטים של פחמן (GtC), בעיקר כ- CO2.It הוא מאגר הפחמן הדינמי ביותר, החלפת פחמן במהירות עם האוקיינוסים והמערכות האקולוגיות של כדור הארץ.
• (FLT:0)Oceans:FLT:1 מאגר הפחמן הפעיל הגדול ביותר, המכיל כ 38,000 גט.אוקינוס סופגים CO2 מהאווירה ומשחררים אותו באמצעות מנגנונים פיזיים ו ביולוגיים.
• (FLT:0) סויל ובעלי חיים מכילים כ- 560 GtC.
• (FLT:0) דלקים של Fossil: FLT:1 פקדים של פחם, שמן וגז טבעי מייצגים פחמן שנצברו מעל מאות מיליוני שנים, מוערך בכ-4,000 דלקים מאובנים הבוערים מעביר את הפחמן הזה במהירות לתוך האווירה, משבש את המחזור הטבעי.

מהירות מול מעגל פחמן איטי

ה-FLT:0 [FLT] אורך פחמן מהיר (FLT:1] כולל החלפת פחמן בין אורגניזמים חיים לבין האווירה. צמחים, אצות, ו-phytoplankton photoynthe size, לכידת CO2 אטמוספרי והופכת אותו לחומר אורגני.פחמן זה עובר דרך אתרי מזון כמו צמחים, אחד על ידי צמחים, מיקרובים CO2 חוזר למחזור אווירי פחמן זה הוא משחק מוקדם יותר.

לעומת זאת, מחזור הפחמן הדו-חמצני של פלס'ר 1 פועל מעל מיליוני שנים.זה כרוך בתהליכים גאולוגיים כגון מזג האוויר של סלעים, היווצרות של מינרלים פחמן דו-חמצני, משקעים של פחמן אורגני במשקעים באוקיינוס, ויצירת דלקים מאובנים.

מעבדים מרכזיים נוהגים ב- Carbon Cycle

כמה תהליכים ביולוגיים וגיאוכימיים שולטים בתנועת פחמן בין מאגרים.כל תהליך ממלא תפקיד קריטי בשמירה על מאזן מחזור הפחמן וקיום החיים על פני כדור הארץ.

תמונות

פוטוסינתזה היא אבן הפינה של מחזור פחמן מהיר. צמחים, אצות, cyanobacteria להשתמש אור השמש כדי להמיר פחמן דו2 מים לתוך גלוקוז וחמצן.תהליך זה מסיר בערך 120 GtC מהאווירה בכל שנה, חשבונאות עבור כ 15% של בריכת פחמן אטמוספרי. קוסמטיקה יערות הגשם, כגון אמזון, ו האוקיינוסic phytokton הם הגורם המשמעותי ביותר לתורמים גלובליים לתמונות גלובליות.

פוטוסינתזה לא רק של פחמן, אלא גם מהווה את הבסיס של אתרי מזון ארציים וימיים, תמיכה במגוון ביולוגי ושירותי מערכת אקולוגית.ריאציות בפעילות פוטוסינתזה עקב אקלים, זמינות תזונתית, ושימוש בקרקע האדם משפיע ישירות על דינמיקת הפחמן העולמית.

הנשימה

הנשימה היא התהליך שבו אורגניזמים חיים להמיר פחמן אורגני בחזרה לתוך CO2 כדי לשחרר אנרגיה עבור פונקציות ביולוגיות.זה קורה בצמחים, בעלי חיים ומיקרובים. על הקרקע, נשפים צמחים חשבונות עבור כמחצית פחמן חזר לאטמוספירה; מיקרובים קרקע ובעלי חיים לתרום את השאר. גלובלי, פיראטיות איזון בערך פיתולציות, שמירה על יציבות יחסית CO2 אטמוספריאלית על תקופות ארוכות.

עם זאת, שינויים בטמפרטורה ובבריאות המערכת האקולוגית יכולים לשנות את קצב הנשימה, המשפיעים על השאלה אם מערכות אקולוגיות פועלות כטביעות פחמן או מקורות.

המונחים

כאשר אורגניזמים מתים, שרידיהם נשברים על ידי decomposers כגון חיידקים, פטריות, ו unvertebrates. Decomposition משחרר פחמן בחזרה לתוך הקרקע כחומר אורגני לתוך האווירה כמו CO2. שיעור decomposition משתנה עם גורמים סביבתיים: זה מאיץ בתנאים חמים, לחות, וחמצן עשיר, תוך להאט בסביבות קר, יבש או חמצן.

דאגה מסוימת היא הדה-התערות של אדמה עשירה בפחמן באזורים הארקטיים.קרקעות אלה מאוחסנים כמויות גדולות של פחמן במשך אלפי שנים.כפי שטמפרטורות גלובליות עולות, מאיץ את הפירוק המיקרוביאלי, שחרור כמויות משמעותיות של CO2 ומתאן - גז חממה חזק זה מהווה שינוי חיובי מעצימה.

Ocean-Atmosphere Exchange

האוקיינוס ממלא תפקיד קריטי במחזור הפחמן העולמי, הפועל כמאגרי פחמן הפעילים הגדולים ביותר. CO2 מהאווירה מתמוסס למים על פני השטח, שם הוא משמש על ידי אורגניזמים ימיים עבור פוטוסינתזה או מומר למושגים פחמן דו-קרבונטיים באמצעות תגובות כימיות.האוקיינוס של האוקיינוס: שואבת פחמן של מאה שנים:0biological שואבת 1 היא מנגנון חיוני: phytokton לתקן CO2, באמצעות אורגניזמים עמוקים, כאשר הם מתים כמה אלפי שנים, כאשר הם מתים לאורגניזמים אורגנים, 000, 000, 000, 000, 000, 000.

למרות יכולת זו, ספיגה CO2 מוגברת הובילה לחומצה האוקיינוס - הפחתת ה- pH באוקיינוס - אשר משבשת מערכות אקולוגיות ימיות. Acidification פוגעת באורגניזמים מחלחלים כגון אלמוגים, mollusks, וכמה מינים של פלאקטון, מאיים על המגוון הביולוגי והדגים.כרגע, האוקיינוס סופג כ-25% מפליטת פחמן דו2 אנתרוגני, עוזר להאט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אט אטמוספרימוספריים אך אקולוגית.

קומוניזם ווולקניות

הבעירה משחררת פחמן מאוחסן בחומר אורגני בחזרה לתוך האווירה כמו CO2. שריפות טבע, שריפת חקלאות, ובעירה דלק מאובנים תורמים לשטף זה. בעוד שריפות טבע הן חלק ממחזור הפחמן המהיר, שריפות הנגרמות על ידי אדם, במיוחד בבלוטות אדמה וביערות טרופיות, הגבירו את פליטות באופן משמעותי.

פעילות וולקנית פולטת CO2 באמצעות התפרצויות ודה-גזינג.עם זאת, פליטות וולקניות הן קטנות יחסית - כ-0.0 עד 0.3 GtC מדי שנה - בהשוואה לפליטת בני אדם מדלקים מאובנים, אשר עולה על 10 GtC לשנה. לכן, בעוד ו-Volcanism הוא מקור טבעי של פחמן אטמוספרימוספרי, השפעתו על שינויי האקלים הנוכחיים היא מינימלית למקורות אנתרוגניים.

פחמן ריבור ו-Fluxes: תקציב עולמי

מדענים לכמת את מחזור הפחמן באמצעות תקציב פחמן גלובלי, אשר עוקב אחר מקורות פחמן ושקולות כדי להבין את האיזון הנקי.על פי ה-FLT:0-ממשלתי על שינויי אקלים (IPCC) irFLT:1, פעילויות אנושיות פולטות כיום סביב 11 GtC מדי שנה (שווה ערך לכ-40 GtCO2) של זה, בערך חצי נשאר באווירה, בעוד השאר נספג על ידי אוקיינוסים וכדורי-מערכת אקולוגית.

• עלייה אטמוספירית:0 (FLT:1) מאז התקופה שלפני-תעשייתית, ריכוזי CO2 אטמוספריים עלו מ-280 חלקים למיליון (ppm) ליותר מ-420 ppm כיום - עלייה של 50% המעצימה את אפקט החממה.
• (FLT:0) עלייתו של אוצ'אן: 1FLT:1, האוקיינוסים קלטו כ-30% מכלל פליטות הפחמן הדו-חמצני האנתרופוסופיות מאז המהפכה התעשייתית, מה שמוביל לעלייה של 30% בחומצה באוקיינוס והשפעה על החיים הימיים.
• (FLT:0 Land הכיור:EsFLT:1 Forests, אדמה, ומערכות אקולוגיות אחרות של כדור הארץ סופגות סביב 3 GtC מדי שנה, יכולת שנמצאת כיום תחת איום מפני השמדה, השפלה קרקעית ומדגישי אקלים.

הבנת השטף הזה היא קריטית לחיזוי שינויי האקלים העתידיים ולפיתוח אסטרטגיות להפחתה שמגבירות את שוק הפחמן הטבעי ולהפחית את פליטות.

תפקיד הפחמן במערכות ביולוגיות

פחמן הוא האלמנט הרביעי בשפע ביקום ואת בלוק הבניין הבסיסי של כל החיים הידועים.הוא יוצר עמוד השדרה של מולקולות אורגניות חיוניות לחיים, כולל פחמימות, חלבונים, לימפואידים וחומצות נוקליות.מולקולות אלה מאחסנות אנרגיה ונושאים מידע גנטי, המאפשר צמיחה, רבייה, חילוף החומרים.

בתוך מערכות אקולוגיות, מחזורי פחמן באמצעות רשתות מזון.יצרנים ראשוניים כגון צמחים ואצה להמיר פחמן אורגני לתוך צורות אורגניות באמצעות פוטוסינתזה. צרכנים להאכיל על יצרנים אלה ואחד את השני, העברת פחמן דרך רמות גביע. Decomposers לשבור חומר אורגני מת, חזרה פחמן לאדמה ואטמוספירה, להשלים את המחזור.

סויה עשיר פחמן אורגני לשפר את מבנה הקרקע, להגדיל את שימור המים, ולשפר את זמינות תזונתית.מאגרי פחמן בריאים להגדיל עמידות לבצורת ושחיקה, תמיכה בפריון חקלאי ומגוון ביולוגי. Forest Ecosystems לאחסן כמויות גדולות של פחמן הן בביומסה חיה והן באדמה, תוך שבריר משמעותית של פליטות פחמן גלובליות.

הפרעת המין האנושי של מעגל הפחמן

מאז תחילת המהפכה התעשייתית, פעילות אנושית שינתה באופן דרסטי את מחזור הפחמן, מה שהוביל לעלייה חסרת תקדים ב- CO2 אטמוספרי ובגזי חממה אחרים.הנהגים העיקריים של ההפרעה הזו כוללים:

• (FLT:0) דלק בעירה: ⁇ 1) שריפת פחם, שמן וגז טבעי משחרר פחמן שננעל מתחת לאדמה במשך מיליוני שנים.זה מוסיף בערך 9.5 GtC מדי שנה למעגל הפחמן המהיר, תהליכי ספיגה טבעיים עצומים.
• (FLT:0) עידוד ושימוש בקרקע משתנה: קיד 1) יערות ברורים לחקלאות, פיתוח עירוני ושימושים אחרים מפחיתים את יכולת המערכות האקולוגיות הארציות לספוג CO2. Burning או decomposition של צמחייה מנקה משחררת פחמן נוסף.
• ייצור:0 (Cement הפקה:FLT:1 ייצור מלט כרוך calcination, תהליך המשחרר CO2 מאבן גיר (calcium Carbonate) Cement הפקה עבור כ-0.5 פליטות GtC מדי שנה.
• חקלאות אינטנסיבית:0 (FLT:1 Practices כגון עד לחשוף אדמה אורגני פחמן חמצן, עלייה בירידה ושחרור CO2. Overgrazing ו monocultureping יכול לפוצץ אדמה, להפוך אותם מכוני פחמן למקורות.

השפעות משולבות אלה דחפו את רמות ה-CO2 האטמוספריות לגבוהות ביותר ב-800,000 שנה, עם שיעור העלייה הנוכחי של 100 פעמים מהר יותר מאשר בסוף עידן הקרח האחרון. ניטור רציף, כגון זה שנערך על ידי FLT:0 לאומי Oceanic ו- Aאטמוספירה Administration (NOAA)FLT:1 במצפה מונה לואה, מספק נתונים קריטיים למעקב אחר שינויים אלה והשפעותיהם.

השלכות לשינוי האקלים

הריכוז המוגבר של CO2 אטמוספירי משפר את אפקט החממה, מסלק יותר חום ומניעה של עליית הטמפרטורה העולמית.התחממות זו גורמת לסדרת מנגנוני משוב בתוך מחזור הפחמן שיכול להגביר את שינויי האקלים:

• (FLT:0) Permafrost thaw:FearLT:1 , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) למותbackmia: FLT:1 בצורת מושרה, שריפות בר מוגברת, התפרצויות מזיקים יכול להחליש יערות, צמצום יכולתם לפחמן פליטה ופוטנציאל להפוך אותם למקורות פחמן נטו.
• (FLT:0) אספקת האוקיינוס: FLT:1 טמפרטורות האוקיינוס Warmer להפחית את ה- CO2 פלופילות, הגבלת היכולת של האוקיינוס לספוג פחמן.בנוסף, שינויים במחזור האוקיינוס וזמינות תזונתית יכולים להאט את צמיחת פיטולטון, החלשת המשאבה הביולוגית.
• (FLT:0) מיטן מתייבשות: 1 פקדים גדולים של מתאן לכודים במשקעים באוקיינוס (מתיטים מיין) עלולים להיות מרוסנים התחממות, שחרור מתאן - גז חממה חזק יותר מ- CO2 - למרות שזה סיכון ארוך טווח עם תזמון לא ברור.

משובים אלה מגבירים את הסיכון לשינוי האקלים "מרוץ", שבו תהליכים טבעיים להחמיר את ההתחממות הנגרמת על ידי בני אדם מעבר לתחזיות הנוכחיות.הימנעות מתרחישים כאלה דורשות הפחתה מהירה ומשמעותית בפליטת גזי חממה בשילוב עם אסטרטגיות לשיפור פליטת הפחמן.

אסטרטגיות ניהול וניהול

אחסון איזון למעגל הפחמן ושינוי האקלים המעודד כרוך בתיק אסטרטגיות שמטרתו להפחית את פליטות ושיפור כיור הפחמן הטבעי.

• (ב) [ה]:0] ,ההתמדה וההתמדה: [ה]: [ה]: [ה] [ה] [ה] [ה] [ה]][ה]] [ההההתעלל] עצים על אדמות מרדודות או מחוסמות, יכולים להגדיל באופן משמעותי את פליטות הפחמן.
• מעבר אנרגיה מתחדשת:0 (FLT:103) העברת ייצור אנרגיה מדלקים מאובנים למקורות מתחדשים כגון שמש, רוח, הידרואלקטרי וכוח גרעיני מפחית פליטות פחמן במקורם.
• (FLT:0) קרבון ללכוד ולאחסון (CCS): ibph:1 Technologies שלוכדת פליטות CO2 ישירות מתהליכים תעשייתיים או מהאווירה ולאחסן אותה תת-קרקעית בתצורות גיאולוגיות יכולה לעזור להפחית את פליטות המגזרים שקשה להפיגום, כגון מלט ייצור פלדה.
• (FLT:0) לכידת פחמן סוליל: 1 מנהגים חקלאיים כגון חקלאות ללא תשלום, כיסוי יבול, גידול, וניהול משופר של תחריט יכול להגדיל את מלאי הפחמן האורגני הקרקע, שיפור בריאות הקרקע וצמצום פחמן דו-חמצני אטמוספרי, ניהול הקרקע בר קיימא לא רק מקטין את שינויי האקלים אלא גם משפר את הבריאות ואת חוסן המערכת האקולוגית.
• (FLT:0) גרימת מחיקה וקידום השימוש הקרקע בר-קיימא:FLT ( 1:1) הגנה על יערות קיימים ושיקום אדמות מוזנחות הם חיוניים לשמירה על שוקי פחמן ארציים.

מעבר לאסטרטגיות אלה, שיתוף פעולה בינלאומי, מדיניות אקלים חזקה, ומעורבות ציבורית חיונית ליישום ניהול פחמן יעיל בקנה מידה עולמי. השקעות במחקר ו ניטור עוד לשפר את ההבנה שלנו ואת היכולת להגיב באופן הסתגלות לשינויים במחזור הפחמן.