Co to są cykle węglowe?

Cykle węglowe to ruchy przemieszczania elementu węglowego w różnych środowiskach

cykle węglowe

Edytowany i zmieniony rozmiar obrazu Mitchella Griesta, dostępny na Unsplash

Cykle węglowe to przemieszczenia pierwiastka węglowego w różnych środowiskach, w tym w skałach, glebach, oceanach i roślinach. Zapobiega to całkowitemu gromadzeniu się w atmosferze i stabilizuje temperaturę Ziemi. W przypadku geologii istnieją dwa rodzaje obiegu węgla: powolny, który występuje w ciągu setek tysięcy lat i szybki, który trwa od kilkudziesięciu do stu tysięcy lat.

Węgiel

Węgiel jest pierwiastkiem chemicznym występującym w dużych ilościach w skałach oraz, w mniejszym stopniu, w glebie, w oceanie, w roślinach, w atmosferze, w organizmach żywych i obiektach. Jest wykuty w gwiazdach, będąc czwartym najliczniej występującym pierwiastkiem we wszechświecie i niezbędnym do utrzymania życia na Ziemi, jakie znamy. Jest to jednak również jedna z przyczyn poważnego problemu: zmiany klimatu.

W bardzo długich skalach czasowych (od milionów do dziesiątek milionów lat) ruch płyt tektonicznych i zmiany w tempie, z jakim węgiel przenika do wnętrza Ziemi, mogą zmieniać globalną temperaturę. Ziemia przeszła tę zmianę w ciągu ostatnich 50 milionów lat, od ekstremalnie gorących klimatów kredowych (około 145 do 65 milionów lat temu) po plejstoceński klimat lodowcowy (około 1,8 miliona do 11500 lat temu).

Powolny cykl

W wyniku szeregu reakcji chemicznych i aktywności tektonicznej dwutlenek węgla potrzebuje od 100 do 200 milionów lat, aby przemieścić się między skałami, glebą, oceanem i atmosferą w powoli zachodzącym obiegu węgla. Średnio od dziesięciu do 100 milionów ton węgla przechodzi przez powolny cykl w ciągu jednego roku. Dla porównania, ludzkie emisje dwutlenku węgla do atmosfery są rzędu 10 miliardów ton, podczas gdy szybki obieg węgla zmienia się od 10 do 100 miliardów węgla rocznie.

Ruch węgla z atmosfery do litosfery (skał) zaczyna się wraz z deszczem. Węgiel atmosferyczny w połączeniu z wodą tworzy kwas węglowy, który odkłada się na powierzchni podczas deszczu. Kwas ten rozpuszcza skały w procesie zwanym wietrzeniem chemicznym, uwalniając jony wapnia, magnezu, potasu lub sodu. Jony te są transportowane do rzek iz rzek do oceanu.

  • Jakie jest pochodzenie plastiku, który zanieczyszcza oceany?
  • Zakwaszenie oceanów: poważny problem dla planety

W oceanie jony wapnia łączą się z jonami wodorowęglanowymi, tworząc węglan wapnia, aktywny składnik leków zobojętniających kwas. W oceanie większość węglanu wapnia jest wytwarzana przez organizmy budujące muszle (zwapniałe) (takie jak koralowce) i plankton (takie jak coccolithophores i foraminifera). Po śmierci tych organizmów opadają na dno morskie. Z biegiem czasu warstwy muszli i osadów ulegają zagęszczeniu i zamieniają się w skały magazynujące węgiel, co prowadzi do powstania skał osadowych, takich jak wapień.

W ten sposób powstaje około 80% skał węglanowych. Pozostałe 20% zawiera węgiel z rozłożonych istot żywych (węgiel organiczny). Ciepło i ciśnienie kompresują bogaty w węgiel materiał organiczny przez miliony lat, tworząc skały osadowe, takie jak łupki. W szczególnych przypadkach, gdy materia organiczna w martwych roślinach gromadzi się szybko, bez czasu na rozkład, warstwy węgla organicznego stają się ropą, węglem lub gazem ziemnym, zamiast skał osadowych, takich jak łupki.

W wolnym cyklu węgiel powraca do atmosfery w wyniku aktywności wulkanicznej. Dzieje się tak, ponieważ gdy zderzają się powierzchnie ziemskiej i oceanicznej skorupy ziemskiej, jedna tonie pod drugą, a skała, którą niesie, topi się pod wpływem ekstremalnego ciepła i ciśnienia. Ogrzana skała rekombinuje w minerałach krzemianowych, uwalniając dwutlenek węgla.

  • Dwutlenek węgla: co to jest CO2?

Kiedy wybuchają wulkany, wyrzucają gaz do atmosfery i pokrywają ziemię krzemionkowymi skałami, rozpoczynając ponownie cykl. Wulkany emitują od 130 do 380 milionów ton metrycznych dwutlenku węgla rocznie. Dla porównania, ludzie emitują około 30 miliardów ton dwutlenku węgla rocznie - 100 do 300 razy więcej niż wulkany - spalając paliwa kopalne.

  • Alkohol czy benzyna?

Jeśli dwutlenek węgla wzrośnie w atmosferze z powodu zwiększonej aktywności wulkanicznej, na przykład temperatura wzrośnie, co prowadzi do większej ilości opadów, które rozpuszczają więcej skał, tworząc więcej jonów, które ostatecznie osadzają więcej węgla na dnie oceanu. Przywrócenie równowagi powolnemu obiegowi węgla zajmuje kilkaset tysięcy lat.

Jednak powolny cykl zawiera również nieco szybszy składnik: ocean. Na powierzchni, gdzie powietrze styka się z wodą, dwutlenek węgla rozpuszcza się i wydostaje się z oceanu w ciągłej wymianie z atmosferą. W oceanie gazowy dwutlenek węgla reaguje z cząsteczkami wody, uwalniając wodór, powodując, że ocean jest bardziej kwaśny. Wodór reaguje z węglanem podczas wietrzenia skał, tworząc jony wodorowęglanowe.

Przed erą przemysłową ocean wyrzucał dwutlenek węgla do atmosfery w równowadze z węglem, który ocean otrzymał podczas zużywania się skał. Jednak wraz ze wzrostem stężenia węgla w atmosferze ocean usuwa teraz więcej węgla z atmosfery niż uwalnia. Przez tysiąclecia ocean pochłonie do 85% dodatkowego węgla, który ludzie wprowadzają do atmosfery poprzez spalanie paliw kopalnych, ale proces ten jest powolny, ponieważ jest powiązany z ruchem wody z powierzchni oceanu do jego głębin.

Tymczasem wiatry, prądy i temperatura kontrolują szybkość, z jaką ocean usuwa dwutlenek węgla z atmosfery. (Zobacz Bilans węgla w oceanie w Earth Observatory). Zmiany temperatur i prądów oceanicznych prawdopodobnie pomogły w usuwaniu węgla i przywracaniu węgla do atmosfery w ciągu kilku tysięcy lat, od których zaczęły się i kończyły epoki lodowcowe. .

Szybki obieg węgla

Czas potrzebny na przejście węgla przez szybki cykl węgla jest mierzony w całym okresie życia. Szybki obieg węgla to w zasadzie ruch węgla przez formy życia na Ziemi lub w biosferze. Każdego roku przez szybki cykl węglowy przechodzi około tysiąc do 100 miliardów ton metrycznych węgla.

Węgiel odgrywa istotną rolę w biologii ze względu na jego zdolność do tworzenia wielu wiązań - do czterech na atom - w pozornie nieskończonej różnorodności złożonych cząsteczek organicznych. Wiele cząsteczek organicznych zawiera atomy węgla, które utworzyły silne wiązania z innymi atomami węgla, łącząc się w długie łańcuchy i pierścienie. Takie łańcuchy i pierścienie węglowe są podstawą żywych komórek. Na przykład DNA składa się z dwóch przeplecionych cząsteczek zbudowanych wokół łańcucha węglowego.

Wiązania w długich łańcuchach węglowych zawierają dużo energii. Kiedy prądy rozdzielają się, zmagazynowana energia zostaje uwolniona. Ta energia sprawia, że ​​cząsteczki węgla są doskonałym źródłem paliwa dla wszystkich żywych istot.

Rośliny i fitoplankton są głównymi składnikami szybkiego obiegu węgla. Fitoplankton (mikroskopijne organizmy w oceanie) i rośliny usuwają dwutlenek węgla z atmosfery, wchłaniając go do swoich komórek. Wykorzystując energię słoneczną, rośliny i plankton łączą dwutlenek węgla (CO2) i wodę, tworząc cukier (CH2O) i tlen. Reakcja chemiczna wygląda następująco:

CO2 + H2O + energia = CH2O + O2

Może się zdarzyć, że węgiel przemieszcza się z rośliny i wraca do atmosfery, ale we wszystkich tych przypadkach zachodzi ta sama reakcja chemiczna. Rośliny rozkładają cukier, aby uzyskać energię potrzebną do wzrostu. Zwierzęta (w tym ludzie) jedzą rośliny lub plankton i rozkładają cukier roślinny na energię. Rośliny i plankton giną i gniją (są konsumowane przez bakterie) lub są trawione przez ogień. We wszystkich przypadkach tlen łączy się z cukrem, uwalniając wodę, dwutlenek węgla i energię. Podstawowa reakcja chemiczna wygląda następująco:

CH2O + O2 = CO2 + H2O + energia

W tych czterech procesach dwutlenek węgla uwolniony podczas reakcji zwykle trafia do atmosfery. Szybki obieg węgla jest tak ściśle powiązany z życiem roślin, że sezon wegetacyjny można rozpoznać po sposobie, w jaki dwutlenek węgla unosi się w atmosferze. Zimą na półkuli północnej, kiedy rośnie niewiele roślin lądowych, a wiele z nich ulega rozkładowi, wzrasta stężenie dwutlenku węgla w atmosferze. Wiosną, gdy rośliny zaczynają ponownie rosnąć, stężenia spadają. To tak, jakby Ziemia oddychała.

Zmiany w obiegu węgla

Pozostawione niezakłócone, szybkie i powolne cykle węgla utrzymują względnie stałą koncentrację węgla w atmosferze, lądzie, roślinach i oceanie. Ale kiedy cokolwiek zmienia ilość węgla w jednym zbiorniku, efekt faluje w innych.

W przeszłości na Ziemi cykl węgla zmieniał się w odpowiedzi na zmiany klimatyczne. Zmiany orbity Ziemi zmieniają ilość energii, jaką Ziemia otrzymuje od Słońca i prowadzą do cyklu epok lodowcowych i okresów gorących, takich jak obecny klimat na Ziemi. (Zobacz Milutin Milankovitch) Epoki lodowcowe rozwinęły się, gdy lata na półkuli północnej ostygły, a na ziemi gromadził się lód, co z kolei spowolniło cykl węglowy. Tymczasem kilka czynników, w tym niższe temperatury i zwiększony wzrost fitoplanktonu, mogło zwiększyć ilość węgla, którą ocean usunął z atmosfery. Spadek atmosferycznego węgla spowodował dalsze ochłodzenie. Podobnie, pod koniec ostatniej epoki lodowcowej, 10000 lat temu, poziom dwutlenku węgla w atmosferze gwałtownie wzrósł wraz z ociepleniem.

Zmiany orbity Ziemi zachodzą nieustannie, w przewidywalnych cyklach. Za około 30 000 lat orbita Ziemi zmieni się na tyle, aby zmniejszyć ilość światła słonecznego na półkuli północnej do poziomów, które doprowadziły do ​​ostatniej epoki lodowcowej.

Obecnie zmiany w obiegu węgla następują z powodu ludzi. Zakłócamy obieg węgla spalając paliwa kopalne i wylesiając.

Wylesianie uwalnia węgiel zmagazynowany w pniach, łodygach i liściach - biomasę. Usuwając las, eliminuje się rośliny, które w innym przypadku usuwałyby węgiel z atmosfery podczas wzrostu. Na całym świecie istnieje tendencja do zastępowania lasów monokulturą i pastwiskami, które magazynują mniej dwutlenku węgla. Odsłaniamy również glebę, która wydala węgiel z rozkładającej się materii roślinnej do atmosfery. Obecnie ludzie emitują do atmosfery prawie miliard ton węgla każdego roku w wyniku zmian w użytkowaniu gruntów.

Bez ingerencji człowieka węgiel z paliw kopalnych powoli wyciekałby do atmosfery w wyniku aktywności wulkanicznej przez miliony lat w powolnym obiegu węgla. Spalając węgiel, ropę i gaz ziemny przyspieszamy ten proces, uwalniając co roku do atmosfery ogromne ilości węgla (węgla, którego nagromadzenie trwało miliony lat). Robiąc to, przenosimy węgiel z cyklu wolnego do szybkiego. W 2009 r. Ludzie wypuścili do atmosfery około 8,4 miliarda ton węgla, spalając paliwa kopalne.

Od początku rewolucji przemysłowej, kiedy ludzie zaczęli spalać paliwa kopalne, stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wzrosło z około 280 części na milion do 387 części na milion, co oznacza wzrost o 39%. Oznacza to, że na każdy milion cząsteczek w atmosferze 387 z nich to obecnie dwutlenek węgla - najwyższe stężenie od dwóch milionów lat. Stężenia metanu wzrosły z 715 części na miliard w 1750 roku do 1774 części na miliard w 2005 roku, najwyższe stężenie od co najmniej 650 000 lat.

Skutki zmiany obiegu węgla

cykle węglowe

Zdjęcie: Carbon Cycles - NASA

Cały ten dodatkowy węgiel musi gdzieś iść. Jak dotąd rośliny lądowe i oceaniczne pochłonęły 55% dodatkowego węgla z atmosfery, podczas gdy około 45% pozostaje w atmosferze. Ostatecznie gleba i oceany pochłaniają większość dodatkowego dwutlenku węgla, ale do 20% może pozostać w atmosferze przez wiele tysięcy lat.

Nadmiar węgla w atmosferze ogrzewa planetę i wspomaga wzrost roślin lądowych. Nadmiar węgla w oceanie powoduje, że woda jest bardziej kwaśna, co zagraża życiu morskiemu. Więcej na ten temat przeczytasz w artykule: „Zakwaszenie oceanów: poważny problem dla planety”.

Atmosfera

Istotne jest, że tak dużo dwutlenku węgla pozostaje w atmosferze, ponieważ CO2 jest najważniejszym gazem kontrolującym temperaturę Ziemi. Dwutlenek węgla, metan i fluorowcowęglowodory to gazy cieplarniane, które pochłaniają szeroki zakres energii - w tym energię podczerwoną (ciepło) emitowaną przez Ziemię - a następnie ponownie ją emitują. Ponownie wyemitowana energia przemieszcza się we wszystkich kierunkach, ale część z nich powraca na Ziemię, ogrzewając powierzchnię. Bez gazów cieplarnianych Ziemia zamarzłaby w temperaturze -18ºC. Z wieloma gazami cieplarnianymi Ziemia byłaby jak Wenus, gdzie atmosfera utrzymuje temperaturę około 400 ° C.

Ponieważ naukowcy wiedzą, jakie długości fal energii pochłania każdy gaz cieplarniany i jakie stężenie gazów w atmosferze, mogą obliczyć, w jakim stopniu każdy gaz przyczynia się do ocieplenia planety. Dwutlenek węgla powoduje około 20% efektu cieplarnianego Ziemi; para wodna odpowiada za około 50%; a chmury stanowią 25%. Reszta jest spowodowana przez małe cząsteczki (aerozole) i mniejsze gazy cieplarniane, takie jak metan.

  • Czy puszki z aerozolem nadają się do recyklingu?

Stężenie pary wodnej w powietrzu jest kontrolowane przez temperaturę Ziemi. Wyższe temperatury wyparowują więcej wody z oceanów, rozszerzają masy powietrza i prowadzą do większej wilgotności. Chłodzenie powoduje kondensację pary wodnej i opadanie jak deszcz, grad lub śnieg.

Z drugiej strony dwutlenek węgla pozostaje gazem w szerszym zakresie temperatur atmosferycznych niż woda. Cząsteczki dwutlenku węgla zapewniają wstępne ogrzewanie wymagane do utrzymania stężenia pary wodnej. Gdy stężenie dwutlenku węgla spada, Ziemia ochładza się, z atmosfery wypada trochę pary wodnej i spada nagrzewanie szklarni spowodowane parą wodną. Podobnie, gdy wzrasta stężenie dwutlenku węgla, wzrasta temperatura powietrza i więcej pary wodnej wyparowuje do atmosfery - co wzmacnia nagrzewanie się szklarni.

Tak więc, chociaż dwutlenek węgla w mniejszym stopniu przyczynia się do efektu cieplarnianego niż para wodna, naukowcy odkryli, że dwutlenek węgla jest gazem determinującym temperaturę. Dwutlenek węgla kontroluje ilość pary wodnej w atmosferze, a tym samym wielkość efektu cieplarnianego.

Rosnące stężenia dwutlenku węgla już teraz powodują ocieplenie planety. W tym samym czasie, gdy gazy cieplarniane rosną, średnie globalne temperatury wzrosły o 0,8 stopnia Celsjusza (1,4 stopnia Fahrenheita) od 1880 roku.

Ten wzrost temperatury to nie wszystko ocieplenie, które zobaczymy na podstawie obecnych stężeń dwutlenku węgla. Ogrzewanie szklarni nie następuje natychmiast, ponieważ ocean pochłania ciepło. Oznacza to, że temperatura Ziemi wzrośnie o co najmniej 0,6 stopnia Celsjusza (1 stopień Fahrenheita) z powodu dwutlenku węgla znajdującego się już w atmosferze. Stopień dalszego wzrostu temperatury zależy częściowo od tego, o ile w przyszłości ludzie uwolnią do atmosfery więcej węgla.

Ocean

Około 30% dwutlenku węgla, który ludzie wprowadzają do atmosfery, jest rozpraszane do oceanu w drodze bezpośredniej wymiany chemicznej. Rozpuszczenie dwutlenku węgla w oceanie powoduje powstanie kwasu węglowego, który zwiększa kwasowość wody. A raczej lekko zasadowy ocean staje się nieco mniej zasadowy. Od 1750 r. PH powierzchni oceanu spadło o 0,1, co oznacza 30% zmianę kwasowości.

Zakwaszenie oceanów wpływa na organizmy morskie na dwa sposoby. Najpierw kwas węglowy reaguje z jonami węglanowymi w wodzie, tworząc wodorowęglan. Jednak te same jony węglanowe są tym, czego zwierzęta budujące muszle, takie jak koralowce, potrzebują do tworzenia skorup węglanu wapnia. Mając mniej dostępnego węglanu, zwierzęta potrzebują więcej energii, aby zbudować swoje muszle. W rezultacie muszle stają się cieńsze i bardziej kruche.

Po drugie, im więcej wody jest kwaśne, tym lepiej rozpuszcza węglan wapnia. W dłuższej perspektywie reakcja ta pozwoli oceanom wchłonąć nadmiar dwutlenku węgla, ponieważ bardziej kwaśna woda rozpuści więcej skał, uwolni więcej jonów węglanowych i zwiększy zdolność oceanów do wchłaniania dwutlenku węgla. W międzyczasie jednak bardziej kwaśna woda rozpuści węglanowe skorupy organizmów morskich, sprawiając, że są one pozbawione wżerów i słabe.

Cieplejsze oceany - produkt efektu cieplarnianego - mogą również zmniejszyć liczebność fitoplanktonu, który najlepiej rośnie w zimnych wodach bogatych w składniki odżywcze. Może to ograniczyć zdolność oceanów do wydobywania węgla z atmosfery poprzez szybki obieg węgla.

Z drugiej strony dwutlenek węgla jest niezbędny do wzrostu roślin i fitoplanktonu. Wzrost poziomu dwutlenku węgla może przyspieszyć wzrost poprzez nawożenie tych kilku gatunków fitoplanktonu i roślin oceanicznych (takich jak trawa morska), które usuwają dwutlenek węgla bezpośrednio z wody. Większości gatunków nie pomaga jednak zwiększona dostępność dwutlenku węgla.

Ziemia

Rośliny na lądzie pochłonęły około 25% dwutlenku węgla, który ludzie wprowadzili do atmosfery. Ilość węgla, który wchłaniają rośliny, różni się znacznie z roku na rok, ale generalnie rośliny na świecie zwiększają ilość pochłanianego dwutlenku węgla od 1960 r. Tylko część tego wzrostu jest bezpośrednim skutkiem emisji paliw kopalnych.

Dzięki większej ilości atmosferycznego dwutlenku węgla, który może przekształcić się w materię roślinną w procesie fotosyntezy, rośliny mogły rosnąć w większym stopniu. Ten wzrost wzrostu jest znany jako nawożenie węglem. Modele przewidują, że rośliny mogą urosnąć o 12 do 76% więcej, jeśli atmosferyczny dwutlenek węgla podwoi się, o ile nic innego, na przykład niedobór wody, nie ogranicza ich wzrostu. Jednak naukowcy nie wiedzą, ile dwutlenku węgla zwiększa wzrost roślin w prawdziwym świecie, ponieważ rośliny potrzebują więcej niż dwutlenku węgla do wzrostu.

Rośliny potrzebują również wody, światła słonecznego i składników odżywczych, zwłaszcza azotu. Jeśli roślina nie ma jednej z tych rzeczy, nie będzie rosnąć, niezależnie od tego, jak obfite są inne potrzeby. Istnieją ograniczenia co do ilości roślin węglowych, które mogą usunąć z atmosfery, i to ograniczenie różni się w zależności od regionu. Jak dotąd wydaje się, że nawożenie dwutlenkiem węgla zwiększa wzrost roślin, aż roślina osiągnie limit ilości dostępnej wody lub azotu.

Niektóre zmiany w absorpcji dwutlenku węgla są wynikiem decyzji dotyczących użytkowania gruntów. Rolnictwo stało się znacznie bardziej intensywne, dzięki czemu możemy uprawiać więcej żywności na mniejszej powierzchni. Na dużych i średnich szerokościach geograficznych opuszczone tereny zamieniają się w lasy, a lasy te magazynują znacznie więcej węgla, zarówno w drewnie, jak iw glebie, niż w uprawach. W wielu miejscach zapobiegamy przedostawaniu się węgla roślinnego do atmosfery poprzez gaszenie pożarów. Pozwala to na gromadzenie się materiału drzewnego (który przechowuje węgiel). Wszystkie te decyzje dotyczące użytkowania gruntów pomagają roślinom wchłaniać węgiel uwalniany przez człowieka na półkuli północnej.

Jednak w tropikach lasy są wycinane, często w drodze pożarów, a to uwalnia dwutlenek węgla. W 2008 r. Wylesianie stanowiło około 12% wszystkich emisji dwutlenku węgla przez człowieka.

Największe zmiany w ziemskim obiegu węgla prawdopodobnie nastąpią z powodu zmian klimatycznych. Dwutlenek węgla podnosi temperaturę, wydłużając sezon wegetacyjny i zwiększając wilgotność. Oba czynniki doprowadziły do ​​dodatkowego wzrostu rośliny. Jednak cieplejsze temperatury również stresują rośliny. Przy dłuższym, cieplejszym okresie wegetacji rośliny potrzebują więcej wody, aby przeżyć. Naukowcy już dostrzegają dowody na to, że rośliny na półkuli północnej wolno rosną latem z powodu wysokich temperatur i niedoboru wody.

Rośliny suszone i zestresowane wodą są również bardziej podatne na ogień i owady, gdy okresy wegetacyjne się wydłużają. Na dalekiej północy, gdzie wzrost temperatury ma największy wpływ, lasy już zaczęły się bardziej palić, uwalniając do atmosfery węgiel z roślin i gleby. Lasy tropikalne mogą być również wyjątkowo podatne na wysychanie. Przy mniejszej ilości wody drzewa tropikalne spowalniają wzrost i pochłaniają mniej węgla lub giną i uwalniają węgiel zmagazynowany w atmosferze.

Ocieplenie spowodowane wzrostem gazów cieplarnianych może również „wypalić” glebę, przyspieszając tempo odprowadzania węgla w niektórych miejscach. Jest to szczególnie niepokojące na dalekiej północy, gdzie topnieje zamarznięta gleba - wieczna zmarzlina. Wieczna zmarzlina zawiera bogate złoża węgla w materii roślinnej, które gromadziły się od tysięcy lat, ponieważ zimno zmniejsza próchnicę. Gdy gleba się nagrzewa, materia organiczna ulega rozkładowi, a węgiel - w postaci metanu i dwutlenku węgla - przenika do atmosfery.

Aktualne badania szacują, że wieczna zmarzlina na półkuli północnej zawiera 1672 miliardy ton (petagramów) węgla organicznego. Gdyby tylko 10% tej wiecznej zmarzliny roztopiło się, mogłaby uwolnić wystarczającą ilość dodatkowego dwutlenku węgla do atmosfery, aby podnieść temperaturę o 0,7 stopnia Celsjusza (1,3 stopnia Fahrenheita) w 2100 roku.

Badanie obiegu węgla

Wiele pytań, na które naukowcy wciąż muszą odpowiedzieć na temat obiegu węgla, dotyczy tego, jak się on zmienia. Atmosfera zawiera teraz więcej węgla niż kiedykolwiek w ciągu co najmniej dwóch milionów lat. Każdy rezerwuar w cyklu zmieni się, gdy ten węgiel przechodzi przez cykl.

Jak będą wyglądały te zmiany? Co stanie się z roślinami w miarę wzrostu temperatury i zmiany klimatu? Czy usuną więcej węgla z atmosfery niż zawrócą? Czy staną się mniej produktywni? Ile dodatkowego węgla stopi się wieczna zmarzlina w atmosferze i jak bardzo wzmocni ocieplenie? Czy cyrkulacja oceanów lub ocieplenie zmieniają tempo, w jakim ocean pochłania węgiel? Czy życie w oceanie stanie się mniej produktywne? Ile zakwasza ocean i jakie będzie to miało skutki?

Rola NASA w odpowiadaniu na te pytania polega na dostarczaniu globalnych obserwacji satelitarnych i powiązanych obserwacji terenowych. Na początku 2011 r. Dwa rodzaje instrumentów satelitarnych zbierały informacje dotyczące cyklu węgla.

Instrumenty spektroradiometru obrazu o umiarkowanej rozdzielczości (MODIS), latające na satelitach NASA Terra i Aqua, mierzą ilość roślin węglowych i fitoplanktonu zmieniających się w materię w miarę wzrostu, co jest miarą zwaną pierwotną produktywnością netto. Czujniki MODIS mierzą również, ile pożarów występuje i gdzie się palą.

Dwa satelity Landsat zapewniają szczegółowy widok raf oceanicznych, tego, co rośnie na lądzie i jak zmienia się pokrycie terenu. Możesz zobaczyć rozwój miasta lub transformację z lasu w gospodarstwo. Informacje te są kluczowe, ponieważ użytkowanie gruntów jest odpowiedzialne za jedną trzecią wszystkich emisji dwutlenku węgla przez człowieka.

Przyszłe satelity NASA będą kontynuować te obserwacje, a także zmierzyć poziom dwutlenku węgla i metanu w atmosferze, wysokość i strukturę roślinności.

Wszystkie te środki pomogą nam zobaczyć, jak globalny obieg węgla zmienia się w czasie. Pomogą nam ocenić wpływ, jaki wywieramy na obieg węgla, uwalniając węgiel do atmosfery lub znajdując sposoby na jego przechowywanie w innym miejscu. Pokażą nam, jak zmiany klimatyczne wpływają na obieg węgla i jak zmiana cyklu zmienia klimat.

Większość z nas będzie jednak obserwować zmiany w obiegu węgla w bardziej osobisty sposób. Dla nas cykl węglowy to żywność, którą jemy, energia elektryczna w naszych domach, gaz w naszych samochodach i pogoda. Ponieważ jesteśmy częścią cyklu węglowego, nasze decyzje dotyczące tego, jak żyjemy, rozprzestrzeniają się na cały cykl. Podobnie zmiany w obiegu węgla wpłyną na nasz styl życia. Kiedy każdy z nas zaczyna rozumieć swoją rolę w obiegu węgla, wiedza umożliwia nam kontrolowanie naszego osobistego wpływu i zrozumienie zmian, jakie obserwujemy w otaczającym nas świecie.