Tất cả các nguyên tố trên trái đất, bao gồm cả cacbon, đều chuyển động theo chu kỳ, như một phần của một hệ thống khép kín. Không có sự mất mát hoặc đầu vào của carbon từ không gian. Sơ đồ chu trình carbon cho thấy các bước khác nhau trong quá trình tái chế carbon trong thế kỷ 21.
Sơ đồ
Biểu đồ carbon toàn cầu của Đại học New Hamsphire mô tả các bể và dòng tạo nên chu trình carbon. Các bể chứa carbon lưu trữ một lượng lớn carbon trong thời gian dài và có màu xanh lam. Dòng chảy là các quá trình di chuyển carbon từ bể này sang bể khác và có màu đỏ. Chất trợ dung có hai phần: một phần loại bỏ carbon khỏi không khí và một phần giải phóng carbon cố định trở lại dưới dạng CO2 vào khí quyển.
Hồ chứa Carbon
Lượng carbon mà hồ lưu trữ được đề cập trong Petagram carbon (PGC). Một PG bằng một tỷ tấn và còn được gọi là Gigaton (Gt).
- Đá:Hầu hết carbon bị giữ lại dưới dạng đá trầm tích.
- Lớp đại dương: Bể chứa carbon lớn thứ hai nằm dưới đại dương dưới dạng carbon dioxide (CO2) hòa tan trong nước.
- Nhiên liệu hóa thạch: Bể chứa carbon lớn thứ ba là nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như than đá, than non, khí tự nhiên và dầu, được hình thành từ tàn tích của đất liền và thực vật biển và động vật ở nhiệt độ và áp suất đặc biệt.
- Bề mặt đại dương: Carbon được lưu trữ trong một thời gian ngắn trong nước bề mặt dưới dạng CO2 hòa tan trong nước hoặc trong cơ thể của thực vật và động vật biển sống.
- hồ trên mặt đất: Tất cả carbon tích tụ trong cây và đất tạo thành một bể ngắn hạn khác và được giải phóng sau vài thập kỷ hoặc thế kỷ, chẳng hạn như khi cây bị chặt hoặc là chết.
- Carbon dioxide: Carbon có trong không khí ở dạng khí, CO2, giúp giữ ấm trái đất. Nếu không có sự sống này như nó đang tồn tại thì sẽ không thể tồn tại trên trái đất. Có sự bổ sung và hấp thụ liên tục từ bể chứa carbon này.
Loại bỏ cacbon trong dòng chảy
Lượng carbon được di chuyển hàng năm được hiển thị dưới dạng PGC mỗi năm trong biểu đồ. CO2 được loại bỏ khỏi không khí và được cố định bằng các quy trình nhanh chóng hàng ngày. Sự hình thành chất hữu cơ và bể chứa carbon chậm hơn và cần thời gian.
- Photosynthesis - Cây xanh sử dụng CO2, cùng với nước và năng lượng từ mặt trời trong một quá trình gọi là quang hợp để tạo thành đường đơn giản và sau đó là các chất dinh dưỡng mà cây cần.
- Sự hấp thụ của đại dương - CO2 trong khí quyển cũng được hấp thụ và sử dụng cho quá trình quang hợp ở các đại dương. Ở đây, thực vật phù du tương đương với thực vật mà mọi sự sống trong đại dương phụ thuộc vào chúng. Ngoài ra, CO2 hòa tan trong nước được chuyển hóa thành canxi cacbonat và được sử dụng trong vỏ và bộ xương của động vật biển.
- Chuỗi thức ăn - Khi động vật ăn cỏ ăn thực vật, hoặc động vật ăn thịt và động vật ăn tạp ăn động vật khác, carbon này được truyền dọc theo chuỗi thức ăn để giúp động vật phát triển, sống và sinh sản.
- Bổ sung chất hữu cơ và rác thải - Khi thực vật và động vật chết, chúng bị vi khuẩn phân hủy tạo thành mùn hoặc chất hữu cơ trở thành một phần của đất. Rác được hình thành hàng năm khi cây rụng cành và lá và tái chế carbon liên tục vào đất. Chất này một phần được sử dụng cho sự phát triển của thực vật và giữ cho cacbon tuần hoàn, trong khi phần còn lại tạo thành cacbon trong đất.
Sự hình thành bể chứa carbon
Lượng CO2 được sử dụng và khoảng thời gian chúng được lưu trữ dưới dạng carbon cố định thay đổi tùy theo các sinh vật và quá trình khác nhau.
- Vì cây sống lâu và tích lũy cacbon trong thân, lá và rễ nên chúng hoạt động như các bể chứa cacbon.
- Đất tích tụ carbon dưới dạng chất hữu cơ và rễ chết tồn tại trong đất rất lâu sau khi cây hoặc cây chết; có một lượng lớn sinh khối ở dạng rễ sống đang phát triển của cây cối và đồng cỏ trong đất. Đất tạo thành một bể chứa cacbon quan trọng khác.
- Một số vỏ và bộ xương của động vật biển tích tụ dưới đáy đại dương để tạo ra đá vôi.
Bồn chứa cacbon là một dòng hoặc quá trình quan trọng mà cuối cùng tạo ra các bể chứa cacbon. Trong thời gian ngắn, chúng tạo ra các bể chứa carbon trên mặt đất, và về lâu dài, chúng tạo ra nhiên liệu hóa thạch và đá.
Dòng chảy từ đất liền ra biển
Khi sông chảy vào đại dương, chúng mang theo trầm tích giàu chất hữu cơ. Đầm lầy và lũ thủy triều cũng di chuyển carbon dưới dạng chất hữu cơ vào đại dương mỗi năm.
Sự giải phóng tự nhiên của Carbon Dioxide
Trong chu trình cacbon tự nhiên, cacbon được thải trở lại khí quyển chủ yếu thông qua quá trình hô hấp và phân hủy.
- Hô hấp thực vật - Hầu hết các vi khuẩn, thực vật và động vật trên cạn đều hô hấp. Chúng hít oxy và thở ra CO2 bằng cách phân hủy thức ăn chúng đã ăn. Đây là một trong những chu trình cacbon ngắn nhất.
- Sự phân hủy và hô hấp của đất - Tất cả vật chất phân hủy trên đất không được chuyển hóa thành chất hữu cơ. Một phần cacbon được thải trực tiếp vào không khí dưới dạng CO2. Các vi khuẩn và các aminal nhỏ sống trong đất cũng thải ra CO2 mỗi ngày khi chúng hô hấp.
- Mất đi đại dương - Quá trình hô hấp và phân hủy của thực vật và động vật biển cũng giải phóng CO2 vào bể chứa carbon trong khí quyển.
- Núi lửa - Một lượng nhỏ carbon được thải vào khí quyển do hoạt động của núi lửa.
Hoạt động của con người thải ra CO2
Ngoài các dòng tự nhiên, còn có nhiều hoạt động của con người giải phóng carbon cố định trở lại khí quyển dưới dạng CO2.
- Đốt nhiên liệu hóa thạch- Đốt carbon chìm gỗ, than, khí tự nhiên, xăng để lấy điện, sưởi ấm, nấu ăn hoặc vận chuyển là một trong những cách chính mà carbon được giải phóng trở lại không khí. Nhiều nhiên liệu hóa thạch cũng được sử dụng cho mục đích công nghiệp và làm tăng thêm CO2 vào khí quyển.
- Thay đổi việc sử dụng đất - Phá rừng, phá bỏ đồng cỏ để tạo khu định cư, trang trại thay thế tăng trưởng tự nhiên và sử dụng máy móc dẫn đến phát thải, gây ra hậu quả lâu dài. Nó dẫn đến việc bổ sung CO2 vào bể chứa carbon trong khí quyển.
Các góc nhìn khác nhau từ các sơ đồ bổ sung
Có nhiều loại sơ đồ chu trình carbon và chúng cung cấp những thông tin khác nhau về chu trình quan trọng này.
- Chu trình đơn giản: Sơ đồ của BBC mô tả một chu trình cacbon đơn giản. Đây chính là chu trình cacbon trong thời kỳ tiền công nghiệp, cho đến 150 năm trước, khi lượng cacbon di chuyển không phải là vấn đề.
- Biến đổi khí hậu: Chu trình cacbon của Đại học Calgary là một phân tích bằng hình ảnh về cách các hoạt động hiện đại của con người đã thay đổi sự cân bằng mong manh trong chu trình cacbon.
- Quy trình hóa học: Chu trình carbon của Britannica tập trung vào các phản ứng hóa học khác nhau ảnh hưởng đến dòng và bể chứa carbon chứ không phải số lượng tái chế carbon. Chu trình này rất thú vị đối với những người muốn biết các dạng khác nhau của carbon tồn tại và nó thay đổi như thế nào.
Sử dụng chu trình cacbon
Lượng CO2 trong khí quyển tăng 30% do hoạt động của con người trong 150 năm qua. Vì CO2 trong không khí gây ra hiện tượng nóng lên nên việc bổ sung thêm CO2 vào khí quyển cũng làm tăng hiệu ứng nóng lên của nó. Điều này đã dẫn đến sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Hiểu được chu trình carbon cũng như cách thức và nơi các hoạt động của con người làm thay đổi nó có thể giúp tìm ra những cách thức và phương pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu.
