碳循環(huán)是什么?人類活動(dòng)是如何影響碳循環(huán)的? 碳循環(huán)是生物、地面、海洋和天空之間碳原子交換的方式，或者分別是生物圈、地圈、水圈和大氣圈。地球上大約有1000000億噸碳，其中大部分被鎖在沉積巖中，永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)地表，碳不斷地進(jìn)行消費(fèi)和生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)交換。這種主動(dòng)交換...
碳循環(huán)是生物、地面、海洋和天空之間碳原子交換的方式，或者分別是生物圈、地圈、水圈和大氣圈。地球上大約有1000000億噸碳，其中大部分被鎖在沉積巖中，永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)地表，碳不斷地進(jìn)行消費(fèi)和生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)交換。這種主動(dòng)交換被稱為碳循環(huán)。碳在光合作用過程中不斷被吸收，而光合作用利用二氧化碳產(chǎn)生碳水化合物。大氣中含有大約7500億噸的碳，主要以二氧化碳(CO2)的形式存在。在碳循環(huán)的消耗端，二氧化碳不斷地被排出：1)光合作用的過程，利用二氧化碳產(chǎn)生碳水化合物;2)海洋中較冷的部分，能夠吸收二氧化碳。在碳循環(huán)的生產(chǎn)端，大氣中的碳不斷地被以下過程補(bǔ)充：動(dòng)植物的呼吸作用及其腐爛;化石燃料的燃燒;石灰石的反應(yīng);海洋溫暖地區(qū)釋放二氧化碳;火山爆發(fā)預(yù)算失衡，導(dǎo)致大氣中二氧化碳含量增加地球上大部分的碳都被鎖在沉積巖中，而這些巖石從未到達(dá)地表。生物圈中大約含有6億噸碳，代表著地球上最濃縮的碳庫(kù)。通過碳循環(huán)，當(dāng)動(dòng)植物呼吸、排泄、死亡和進(jìn)行光合作用時(shí)，碳在生物圈內(nèi)外循環(huán)。植物和動(dòng)物死亡后形成的有機(jī)物形式的土壤含有約1500億噸碳碳在地球深處沉入沉積巖中，再也不會(huì)浮出水面。其中一些到達(dá)海洋并溶解。深海中含有大量的碳，約38000億噸。 碳循環(huán)，是指碳元素在地球上的生物圈、巖石圈、水圈及大氣圈中交換，并隨地球的運(yùn)動(dòng)循環(huán)不止的現(xiàn)象。生物圈中的碳循環(huán)主要表現(xiàn)在綠色植物從大氣中吸收二氧化碳，在水的參與下經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖并釋放出氧氣，有機(jī)體再利用葡萄糖合成其他有機(jī)化合物。有機(jī)化合物經(jīng)食物鏈傳遞，又成為動(dòng)物和細(xì)菌等其他生物體的一部分。生物體內(nèi)的碳水化合物一部分作為有機(jī)體代謝的能源經(jīng)呼吸作用被氧化為二氧化碳和水，并釋放出其中儲(chǔ)存量。
2、碳循環(huán)過程，大氣中的二氧化碳大約20年可完全更新一次。自然界中絕大多數(shù)的碳儲(chǔ)存于地殼巖石中，巖石中的碳因自然和人為的各種化學(xué)作用分解后進(jìn)入大氣和海洋，同時(shí)死亡生物體以及其他各種含碳物質(zhì)又不停地以沉積物的形式返回地殼中，由此構(gòu)成了全球碳循環(huán)的一部分。碳的地球生物化學(xué)循環(huán)控制了碳在地表或近地表的沉積物和大氣、生物圈及海洋之間的遷移。
人類活動(dòng)是如何影響碳循環(huán)的?
人類活動(dòng)對(duì)碳循環(huán)的影響最大。工業(yè)革命以來, 通過化石燃料燃燒和土地利用等途徑, 人類已經(jīng)向大氣中排放了大量的碳，使碳釋放量大于碳固定量，這樣就破壞了自然界原有的碳平衡,導(dǎo)致全球碳循環(huán)失衡，造成大氣 CO2 濃度顯著升高。由此引發(fā)全球氣候變暖等問題, 直接影響到目前及未來人類自身的生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
3、碳循環(huán)與氣候變化的相互影響
全球碳循環(huán)失衡是導(dǎo)致氣候變化的根本原因, 其長(zhǎng)期演變決定了氣候變化的速度和程度。反過來，氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)也有著巨大的影響，具體表現(xiàn)在氣溫和降水兩個(gè)方面：一方面，全球氣溫升高，通過影響植物的蒸騰作用和呼吸作用，促進(jìn)植物對(duì)CO2的固定能力，使碳循環(huán)速度加快;另一方面，降雨過多或過少都會(huì)影響植物生產(chǎn)力，甚至造成樹木死亡，進(jìn)而影響碳循環(huán)。
研究各國(guó)碳循環(huán)對(duì)氣候變化的影響，對(duì)于探索歷史責(zé)任歸因、制定“共同但有區(qū)別”的減緩政策和施行相應(yīng)的減排技術(shù)具有重要意義。準(zhǔn)確量化氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收的影響，既是維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳收支平衡的關(guān)鍵，也是應(yīng)對(duì)氣候變化的科學(xué)依據(jù)。
4、森林和海洋在碳循環(huán)中的作用
森林的光合和呼吸作用與大氣之間的年碳交換量占到陸地生態(tài)系統(tǒng)總量的70%，主導(dǎo)著全球陸地碳循環(huán)的動(dòng)態(tài)。陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳是減緩大氣CO2 濃度升高最經(jīng)濟(jì)可行的途徑，中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)在過去幾十年中一直扮演著重要的碳匯角色，2001~2010 年間，陸地生態(tài)系統(tǒng)年均固碳2.01×1011千克，相當(dāng)于抵消了同期中國(guó)化石燃料碳排放量的14.1%。其中，中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)是固碳的主體，貢獻(xiàn)了約80% 的固碳量，農(nóng)田和灌叢生態(tài)系統(tǒng)分別貢獻(xiàn)了12% 和8%，草地生態(tài)系統(tǒng)的碳收支基本處于平衡?？茖W(xué)研究表明，人類的有效干預(yù)能提高陸地生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力。例如，我國(guó)的重大生態(tài)工程(天然林保護(hù)工程、退耕還林工程、退耕還草工程、長(zhǎng)江和珠江防護(hù)林工程等)和秸稈還田的農(nóng)田管理措施，分別貢獻(xiàn)了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳總量的36.8%(7.4×1010千克)和9.9%(2.0×1010 千克)。
海洋覆蓋了地球表面的70.8%，是地球上最重要的“碳匯”聚集地。海洋通過波浪涌動(dòng)溶解大氣中CO2，生物量巨大的海藻，其光合功能亦能吸收大量CO2，海洋中的可溶性鈣鹽與碳酸結(jié)合，可以在海底形成大面積的碳沉積。
據(jù)測(cè)算，地球上每年化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2，約13% 為陸地植被吸收，35% 為海洋所吸收，其余部分暫存于大氣中，海洋的固碳能力約為4×1015 千克，年新增儲(chǔ)存能力(5~6)×1015 千克。所以，森林與海洋是大氣CO2 的兩個(gè)重要調(diào)節(jié)器。