Všechny prvky na Zemi, včetně uhlíku, se pohybují v cyklech, jako součást uzavřeného systému. Nedochází k žádným ztrátám nebo přísunu uhlíku z vesmíru. Diagram uhlíkového cyklu ukazuje různé kroky v recyklaci uhlíku v 21. století.
Schéma
Globální uhlíkový diagram University of New Hamsphire zobrazuje bazény a toky, které tvoří uhlíkový cyklus. Uhlíkové bazény uchovávají velké množství uhlíku po dlouhou dobu a jsou modré. Toky jsou procesy, které přesouvají uhlík z jedné nádrže do druhé a jsou červeně. Tavidla mají dvě části: jednu, která odstraňuje uhlík ze vzduchu a druhou, která uvolňuje fixovaný uhlík zpět jako CO2 do atmosféry.
Carbon Pools
Množství uhlíku v bazénech je uvedeno v Petagramu uhlíku (PgC). Jedna Pg se rovná jedné miliardě tun a nazývá se také Gigatony (Gt).
- Kameny:Většina uhlíku je uzavřena jako sedimentární horniny.
- Oceánské dno: Druhá největší zásobárna uhlíku je pod oceány ve formě oxidu uhličitého (CO2) rozpuštěného ve vodě.
- Fosilní paliva: Třetí největší zásobárnou uhlíku jsou fosilní paliva, jako je uhlí, lignit, zemní plyn a ropa, která vznikají ze zbytků suchozemských a mořských rostlin a zvířata pod speciální teplotou a tlakem.
- Povrch oceánu: Uhlík je krátkodobě uložen v povrchové vodě jako CO2 rozpuštěný ve vodě nebo v tělech živých mořských rostlin a živočichů.
- Pozemní bazény: Veškerý uhlík, který se hromadí ve stromech a půdách, tvoří další krátkodobou zásobárnu a uvolňuje se po několika desetiletích nebo staletích, například při kácení stromů nebo zemři.
- Oxid uhličitý: Uhlík přítomný ve vzduchu ve své plynné formě, CO2, pomáhá udržovat Zemi teplo. Bez tohoto života by na Zemi nebyl možný. Z této zásoby uhlíku se neustále přidává a přijímá.
Odstranění uhlíku v tavidlech
Množství uhlíku, které se každý rok přesune, je v diagramu znázorněno jako PgC za rok. CO2 je odstraněn ze vzduchu a je fixován rychlými každodenními procesy. Tvorba organické hmoty a uhlíkové jímky jsou pomalejší a vyžadují čas.
- Fotosyntéza - Zelené rostliny využívají CO2 spolu s vodou a energií ze slunce v procesu zvaném fotosyntéza k vytvoření jednoduchých cukrů a následně živin, které rostliny potřebují.
- Absorpce oceány - Atmosférický CO2 je přijímán a využíván pro fotosyntézu také v oceánech. Fytoplanktony jsou zde ekvivalenty rostlin, na kterých závisí veškerý život v oceánech. Kromě toho se CO2 rozpuštěný ve vodě přeměňuje na uhličitan vápenatý a používá se na lastury a kostry mořských živočichů.
- Potravní řetězec - Když býložravci jedí rostliny nebo masožravci a všežravci jedí jiná zvířata, tento uhlík je předán potravním řetězcem, aby pomohl zvířatům růst, žít a množit se.
- Přidávání organické hmoty a steliva - Když rostliny a zvířata umírají, jsou rozkládáni mikroby za vzniku humusu nebo organické hmoty, která se stává součástí půdy. Stelivo, které se tvoří každý rok, když stromy shazují větvičky a listí a neustále recyklují uhlík do půdy. To se částečně využívá pro růst rostlin a udržuje uhlík v oběhu, zatímco zbytek tvoří půdní uhlík.
Tvorba uhlíkových rezerv
Množství CO2 používaného a doba, po kterou zůstávají uloženy jako fixní uhlík, se liší podle různých organismů a procesů.
- Vzhledem k tomu, že stromy jsou dlouhověké a hromadí uhlík ve svém stonku, listech a kořenech, fungují jako pohlcovače uhlíku.
- Půdy akumulují uhlík jako organickou hmotu a odumřelé kořeny, které zůstávají v půdě dlouho poté, co rostlina nebo strom zemře; v půdě je obrovské množství biomasy v podobě rostoucích živých kořenů stromů a pastvin. Půdy tvoří další důležitou zásobárnu uhlíku.
- Některé lastury a kostry mořských živočichů se hromadí na dně oceánů a produkují vápenec.
Uhlíkové propady jsou důležitým tokem nebo procesem, jehož výsledkem jsou nakonec zásoby uhlíku. Krátkodobě produkují pozemské zásoby uhlíku a dlouhodobě fosilní paliva a horniny.
Flow od země k oceánu
Když řeky proudí do oceánů, nesou s sebou sedimenty bohaté na organickou hmotu. Bažiny a přílivové záplavy také každoročně přesouvají uhlík ve formě organické hmoty do oceánů.
Přirozené uvolňování oxidu uhličitého
V přirozeném uhlíkovém cyklu se uhlík uvolňuje zpět do atmosféry hlavně dýcháním a rozkladem.
- Dýchání rostlin - Většina živých bytostí mikrobů, rostlin a zvířat na souši dýchá. Dýchají kyslík a vydechují CO2 rozkládáním potravy, kterou snědli. Toto je jedna z nejkratších cyklů uhlíku.
- Rozklad půdy a dýchání - Veškerá rozpadající se hmota na souši se nepřeměňuje na organickou hmotu. Část uhlíku se uvolňuje přímo do vzduchu jako CO2. Mikrobi a malí aminálové žijící v půdě také uvolňují CO2 každý den, když dýchají.
- Ztráta oceánu - Dýchání a rozklad mořských rostlin a živočichů také uvolňuje CO2 do uhlíkové nádrže v atmosféře.
- Vulkány - Malé množství uhlíku se uvolňuje do atmosféry vulkanickou činností.
Lidské činnosti uvolňující oxid uhličitý
Kromě přírodních toků existuje mnoho lidských činností, které uvolňují fixovaný uhlík zpět do atmosféry jako CO2.
- Spalování fosilních paliv- Spalování uhlíku pohlcuje dřevo, uhlí, zemní plyn, benzín pro elektřinu, vytápění, vaření nebo dopravu je jedním z hlavních způsobů uvolňování uhlíku zpět do vzduchu. Mnoho z fosilních paliv se také používá pro průmyslové účely a dále přidávají CO2 do atmosféry.
- Změny ve využívání půdy - Odlesňování, odklízení pastvin za účelem vytváření sídel, farmy nahrazující přirozený růst a používání strojů, které vede k emisím, má dlouhodobé důsledky. Vede k přidávání CO2 do atmosférického uhlíkového rezervoáru.
Odlišné perspektivy z dalších diagramů
Je mnoho typů diagramů uhlíkového cyklu a poskytují různé informace o tomto životně důležitém cyklu.
- Jednoduchý cyklus: Diagram od BBC znázorňuje jednoduchý uhlíkový cyklus. Takto vypadal uhlíkový cyklus v předindustriálních dobách, až do doby před 150 lety, kdy množství pohybu uhlíku nebylo problémem.
- Změna klimatu: Uhlíkový cyklus Univerzity v Calgary je obrazovou analýzou toho, jak moderní lidské činnosti změnily křehkou rovnováhu v uhlíkovém cyklu.
- Chemické procesy: Cyklus uhlíku společnosti Britannica se zaměřuje na různé chemické reakce, které ovlivňují toky a zásoby uhlíku, a ne na množství uhlíku recyklovaného. Tento cyklus je zajímavý pro lidi, kteří chtějí znát různé formy, ve kterých uhlík existuje a jak se mění.
Použití uhlíkového cyklu
Došlo k 30% nárůstu CO2 v atmosféře v důsledku lidské činnosti za posledních 150 let. Protože CO2 ve vzduchu způsobuje oteplování, přidávání více CO2 do atmosféry také zvyšuje jeho oteplovací účinek. To mělo za následek globální oteplování a změnu klimatu. Pochopení uhlíkového cyklu a toho, jak a kde ho lidská činnost mění, může pomoci při hledání účinných způsobů a metod, jak se vypořádat s problémem změny klimatu.
