Углеродный цикл является неотъемлемой частью жизни на Земле. Около половины сухого веса большинства живых организмов составляет углерод . [ необходима цитата ] Он играет важную роль в структуре , биохимии и питании всех живых клеток . Живая биомасса содержит около 550 гигатонн углерода, [1] большая часть которого состоит из наземных растений (древесины), в то время как около 1200 гигатонн углерода хранятся в наземной биосфере в виде мертвой биомассы . [2]
Углерод циркулирует в земной биосфере с различной скоростью, в зависимости от того, в какой форме он хранится и при каких обстоятельствах. [3] Наиболее быстро он обменивается с атмосферой, хотя небольшое количество углерода покидает земную биосферу и попадает в океаны в виде растворенного органического углерода (DOC).
Движение углерода в земной биосфере [ править ]
Большая часть углерода в земной биосфере хранится в лесах: они содержат 86% наземного углерода планеты, а лесные почвы также содержат 73% углерода почвы. [4] Углерод, хранящийся внутри растений, может передаваться другим организмам во время потребления растений. Когда животные едят растения, например, органический углерод, хранящийся в растениях, превращается в другие формы и используется внутри животных. То же самое и с бактериями и другими гетеротрофами . Мертвый растительный материал в почве или над ней остается там некоторое время, прежде чем его вдохнут гетеротрофы. Таким образом, углерод передается на каждом этапе пищевой цепи от одного организма к другому.
Обмен углерода между земной биосферой и другими системами [ править ]
| Часть серии о |
| Цикл углерода |
|---|
 |
Атмосфера [ править ]
Автотрофы , такие как деревья и другие зеленые растения, используют фотосинтез для преобразования углекислого газа во время первичного производства , выделяя при этом кислород . Этот процесс быстрее всего происходит в экосистемах с высоким уровнем роста, например, в молодых лесах. Поскольку углерод потребляется в процессе автотрофного роста, весной и летом в дневное время потребляется больше углерода, чем зимой и ночью, когда у большинства растений больше не происходит фотосинтеза. На накопление углерода в биосфере влияет ряд процессов в разных временных масштабах: в то время как поглощение углерода в результате автотрофного дыхания происходит в течение суток. и сезонный цикл, углерод может накапливаться в земной биосфере до нескольких столетий, например, в древесине или почве.
Большая часть углерода покидает земную биосферу посредством дыхания . Когда присутствует кислород, происходит аэробное дыхание с образованием углекислого газа. Если кислорода нет, например, как в случае болот или пищеварительного тракта животных , может возникнуть анаэробное дыхание , в результате которого образуется метан. Около половины валовой первичной продукции вырабатывается растениями непосредственно обратно в атмосферу. Часть чистой первичной продукции или оставшийся углерод, поглощенный биосферой, выбрасывается обратно в атмосферу в результате пожаров и гетеротрофного дыхания . Остальное превращается в органический углерод почвы, который выделяется медленнее, или в «инертный» растворенный углерод., которые могут оставаться в биосфере неизвестное время. [3]
Геосфера [ править ]
Углерод земной биосферы попадает в геосферу только посредством узкоспециализированных процессов. Когда при анаэробном разложении органический материал превращается в материалы, богатые углеводородами, а затем осаждается в виде осадка , углерод может попасть в геосферу через тектонические процессы и оставаться там в течение нескольких миллионов лет. Этот процесс может привести к созданию ископаемого топлива .
Антропогенные влияния [ править ]
из земли в атмосферу усиливается за счет: (а) высокого поступления почвенного CO 2 в ручьи и малые реки
(б) дифференциального переноса богатых органическими веществами почв в ручьи и реки
(в) высокой турбулентности в ручьях и реках, что способствует быстрому уходу газа в атмосферу.
Человеческая деятельность оказывает большое влияние на земную биосферу, изменяя то, как она действует как резервуар углерода. Антропогенные пожары выделяют большое количество углерода в виде CO 2 непосредственно в атмосферу. Однако более существенно то, что люди изменяют земной покров. Изменение земного покрова значительно снижает поглощение углерода земной биосферой. Он изменяет местную экосистему, часто заменяя богатые углеродом леса сельскохозяйственным или городским землепользованием. Это высвобождает углерод, хранящийся в почвенном покрове прежнего типа, и одновременно снижает способность биосферы поглощать углерод из атмосферы.
Косвенно антропогенные изменения глобального климата вызывают широкомасштабные изменения функции земной экосистемы в углеродном цикле. По мере изменения местного климата места, которые долгое время были благоприятными для одного типа экосистемы, могут стать более благоприятными для других типов экосистем. Например, потепление в Арктике вызвало стресс в Северной Америке бореальных лесов , [5] , таким образом , уменьшая первичное производство и поглощение углерода, тогда как те же самые температуры теплее, привели к увеличению роста кустарников в тех же местах, [6] производит обратный эффект . Изменения погодных условий также могут повлиять на животных. Например, изменение погодных условий может создать благоприятные условия для сосновых жуков, что приведет к их массовым вспышкам и уничтожению лесов.[7] Измененные режимы выпадения осадков также могут привести к засухам или экстремальным осадкам, вызывая дополнительный стресс для экосистем и усиление эрозии. Такие воздействия на наземную экосистему не только изменяют ее углеродный обмен с атмосферой - они также могут привести к усиленному вымыванию углерода в океаны из-за переноса органического материала в реки. Эти широко распространенные измененияземногопокрова также вызывают изменения планетарного альбедо , вызывая сложные обратные связи в планетарном радиационном балансе Земли.
Более высокие уровни CO 2 в атмосфере могут вызвать более эффективный фотосинтез, тем самым увеличивая рост растений и первичную продукцию. Это может привести к тому, что биосфера будет извлекать из атмосферы больше углекислого газа. Однако неясно, как долго этот углерод будет улавливаться в земной биосфере, прежде чем будет повторно выпущен в атмосферу, и вполне вероятно, что другие ограничивающие факторы (например, доступность азота, влажность и т. Д.) Будут препятствовать тому, чтобы удобрение CO 2 значительно увеличило первичную продукцию. .
Ссылки [ править ]
- ↑ Bar-On YM, Phillips R, Milo R (июнь 2018 г.). «Распределение биомассы на Земле» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (25): 6506–6511. DOI : 10.1073 / pnas.1711842115 . PMC 6016768 . PMID 29784790 .
- ^ Фальковски Р, Шоулза RJ, Бойл Е, Canadell Дж, Канфилд D, Элзер Дж, Грубер Н, Хиббард К, Hogberg Р, Линдер S, Маккензи Ф.Т., Мур В, Педерсен Т, Розенталь Y, Зейтингер S, Smetacek В, Штеффен W (октябрь 2000 г.). «Глобальный углеродный цикл: проверка наших знаний о Земле как системе». Наука . 290 (5490): 291–6. Bibcode : 2000Sci ... 290..291F . DOI : 10.1126 / science.290.5490.291 . PMID 11030643 .
- ^ а б Прентис, IC (2001). «Круговорот углерода и углекислый газ в атмосфере» . Изменение климата 2001: научная основа: вклад Рабочей группы I в третьем докладе об оценке в Intergouvernmental группы экспертов по изменению климата / Houghton, JT [редактировать] . Проверено 31 May +2012 .
- ^ Седжо, Роджер (октябрь 1993). «Углеродный цикл и глобальная лесная экосистема». Загрязнение воды, воздуха и почвы . 70 : 295–307. DOI : 10.1007 / BF01105003 .
- ^ Verbyla, D. (2011). «Браун бореальных лесов западной части Северной Америки» . Письма об экологических исследованиях . 6 (4): 041003. Bibcode : 2011ERL ..... 6d1003V . DOI : 10.1088 / 1748-9326 / 6/4/041003 .
- ^ Loranty MM, Гетц SJ (2012). «Распространение кустарников и обратные связи климата в арктической тундре» . Письма об экологических исследованиях . 7 (1): 011005. Bibcode : 2012ERL ..... 7a1005L . DOI : 10.1088 / 1748-9326 / 7/1/011005 .
- ^ Sambaraju KR, Кэрролл Л., Чжу J, K Stahl, Moore RD, Aukema BH (2012). «Изменение климата может повлиять на распространение вспышек горных сосновых жуков в западной Канаде». Экография . 35 (3): 211–223. DOI : 10.1111 / j.1600-0587.2011.06847.x .
См. Также [ править ]
Глубокая углеродная обсерватория
