27.8: Obieg węgla

Węgiel jest podstawą całej materii organicznej na Ziemi i jest poddawany recyklingowi przez ekosystem w dwóch podstawowych procesach: jeden, w którym węgiel jest wymieniany między żywymi organizmami, i drugi, w którym węgiel jest cyklicznie przesyłany przez długie okresy czasu przez skamieniałe szczątki organiczne, wietrzenie skał i aktywność wulkaniczną. Działalność człowieka, w tym intensyfikacja praktyk rolniczych i spalanie paliw kopalnych, w znacznym stopniu wpłynęła na równowagę naturalnego obiegu węgla.

Biologiczny obieg węgla

Wszystkie żywe istoty składają się z cząsteczek organicznych, które zawierają atomy pierwiastka węgla. Węgiel występuje w atmosferze jako gazowy dwutlenek węgla, który reaguje z wodą, tworząc wodorowęglan. Podczas fotosyntezy pierwotni producenci (lub autotrofy) przekształcają dwutlenek węgla i wodorowęglan w związki organiczne zawierające węgiel, takie jak glukoza, aby zapewnić energię do wzrostu, utrzymania i innych procesów.

Heterotrofy otrzymują węgiel organiczny do wzrostu i utrzymania poprzez spożywanie autotrofów. W procesie oddychania komórkowego te cząsteczki organiczne są rozkładane, aby uwolnić zmagazynowaną w nich energię. Produktami ubocznymi tego procesu są woda i dwutlenek węgla, który jest uwalniany do atmosfery w procesie oddychania, kontynuując cykl.

Węgiel może również powrócić do środowiska w postaci odpadów zwierzęcych lub materiału rozkładającego się z martwych organizmów. Substancje rozkładające, takie jak bakterie i grzyby, rozkładają te materiały na dwutlenek węgla i związki organiczne.

Długoterminowa jazda na rowerze geologicznym

Węgiel jest magazynowany przez dłuższy czas w atmosferze, dużych zbiornikach wodnych, osadach oceanicznych, glebie, skamieniałych szczątkach zwierząt i wnętrzu Ziemi. Dwutlenek węgla z atmosfery rozpuszcza się w wodzie oceanicznej, reaguje z cząsteczkami wody i przekształca się w węglany. W połączeniu z jonami wapnia węglany te tworzą skorupy węglanu wapnia wielu organizmów morskich, takich jak koralowce i ostrygi. Kiedy organizmy te umierają, ich szczątki są rozkładane i mogą opaść na dno oceanu i stopniowo stać się częścią osadu. Osad ten ostatecznie tworzy wapień, który stanowi największy rezerwuar węgla na Ziemi.

Duże, długowieczne drzewa mogą również magazynować węgiel w swoich ciałach przez stulecia. Jako znacznie długoterminowy pochłaniacz (rezerwuar węgla), szczątki organizmów magazynują węgiel w postaci paliw kopalnych – takich jak węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny – głęboko w ziemi przez miliony lat. Węgiel zmagazynowany głęboko pod powierzchnią Ziemi może powrócić na powierzchnię i do atmosfery podczas erupcji wulkanicznych.

Wpływ człowieka na obieg węgla

Spalanie paliw kopalnych i drewna uwalnia znaczne ilości dwutlenku węgla do atmosfery, zmieniając globalny klimat. Ponadto wylesianie i coraz częstsze praktyki rolnicze wpływają na naturalny obieg węgla poprzez zmniejszenie ilości materii organicznej w glebie, zmniejszenie magazynowania węgla i zwiększenie poziomu gazów cieplarnianych, takich jak metan, w atmosferze.