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27.8: 碳循环
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碳循环
 

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27.8: 碳循环

碳是地球上所有有机物质的基础,并通过生态系统在两个主要过程中循环利用:一个在生物体之间交换碳,另一个碳在长时间内通过化石有机残留物循环,风化岩石和火山活动。人类活动,包括增加的农业实践和燃烧化石燃料,极大地影响了自然碳循环的平衡。

生物碳循环

所有的生物都是由含有碳原子的有机分子组成的。碳在大气中作为二氧化碳气体存在,二氧化碳与水反应形成碳酸氢盐。在光合作用中,初级生产者(或自养生物)将二氧化碳和碳酸氢盐转化为含碳的有机化合物,如葡萄糖,为生长、维护和其他过程提供能量。

异养生物通过消耗自养生物获得生长和维持所需的有机碳。通过细胞呼吸过程,这些有机分子被分解,释放其中储存的能量。这个过程的副产物是水和二氧化碳,通过呼吸释放到大气中,继续循环。

碳也可以作为动物排泄物或从死生物体中腐烂的物质返回到环境中。分解物,如细菌和真菌,将这些物质分解成二氧化碳和有机化合物。

长期地质循环

碳在大气、大型水体、海洋沉积物、土壤、动物化石和地球内部长期储存。大气中的二氧化碳溶解在海洋中,与水分子发生反应,转化为碳酸盐。这些碳酸盐与钙离子结合,构成许多海洋生物(如珊瑚和牡蛎)的碳酸钙壳。当这些生物死亡时,它们的残骸被分解,可能沉入海底,并逐渐成为沉积物的一部分。这些沉积物最终形成石灰岩,它构成了地球上最大的碳库。

大而长寿的树木也能在其体内储存数个世纪的碳。作为一个更长期的碳汇(碳库),生物的残骸以化石燃料的形式储存碳,如煤炭、石油和天然气,它们在地球深处储存了数百万年。在火山爆发期间,深埋在地球表面下的碳会返回地表和大气。

人类对碳循环的影响

化石燃料和木材的燃烧将大量的二氧化碳释放到大气中,改变了全球气候。此外,森林砍伐和农业活动的增加正通过减少土壤中有机质的数量、减少碳储存和增加大气中甲烷等温室气体的含量,影响着自然碳循环。


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