องค์ประกอบทั้งหมดบนโลก รวมถึงการเคลื่อนที่ของคาร์บอนเป็นวัฏจักร ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบปิด ไม่มีการสูญเสียหรือการป้อนคาร์บอนจากอวกาศ แผนภาพวัฏจักรคาร์บอนแสดงขั้นตอนต่างๆ ในการรีไซเคิลคาร์บอนในศตวรรษที่ 21
แผนภาพ
แผนภาพคาร์บอนทั่วโลกโดยมหาวิทยาลัยนิวแฮมสไฟร์ แสดงให้เห็นสระน้ำและฟลักซ์ที่ประกอบกันเป็นวัฏจักรคาร์บอน สระคาร์บอนกักเก็บคาร์บอนปริมาณมากเป็นเวลานานและเป็นสีน้ำเงิน ฟลักซ์เป็นกระบวนการที่ย้ายคาร์บอนจากสระหนึ่งไปยังอีกสระหนึ่งและเป็นสีแดงฟลักซ์มีสองส่วน ส่วนแรกกำจัดคาร์บอนออกจากอากาศ และอีกส่วนปล่อยคาร์บอนคงที่กลับเป็น CO2 สู่ชั้นบรรยากาศ
สระคาร์บอน
ปริมาณคาร์บอนที่สระว่ายน้ำกักเก็บระบุไว้ในเพตาแกรมของคาร์บอน (PgC) หนึ่ง Pg เท่ากับหนึ่งพันล้านตันและเรียกอีกอย่างว่า Gigatons (Gt)
- หิน:คาร์บอนส่วนใหญ่ถูกกักขังไว้เป็นหินตะกอน
- เตียงมหาสมุทร: สระคาร์บอนที่ใหญ่เป็นอันดับสองอยู่ใต้มหาสมุทรในรูปของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่ละลายในน้ำ
- เชื้อเพลิงฟอสซิล: แหล่งคาร์บอนที่ใหญ่เป็นอันดับสามคือเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน ลิกไนต์ ก๊าซธรรมชาติ และน้ำมัน ซึ่งเกิดขึ้นจากซากพืชบนบกและในทะเล และสัตว์ภายใต้อุณหภูมิและความกดดันพิเศษ
- พื้นผิวมหาสมุทร: คาร์บอนถูกเก็บไว้ในช่วงเวลาสั้นๆ ในน้ำผิวดิน เนื่องจาก CO2 ละลายในน้ำหรือในร่างกายของพืชและสัตว์ทะเลที่มีชีวิต
- แอ่งภาคพื้นดิน: คาร์บอนทั้งหมดที่สะสมอยู่ในต้นไม้และดินจะก่อตัวเป็นแอ่งระยะสั้นอีกแห่ง และจะถูกปล่อยออกมาหลังจากผ่านไปหลายทศวรรษหรือหลายศตวรรษ เช่น เมื่อต้นไม้ถูกตัด หรือไม่ก็ตาย
- คาร์บอนไดออกไซด์: คาร์บอนที่มีอยู่ในอากาศในรูปของก๊าซ CO2 ช่วยให้โลกอบอุ่น หากปราศจากชีวิตที่มีอยู่นี้คงเป็นไปไม่ได้บนโลกนี้ มีการบวกและการดูดซึมจากแหล่งคาร์บอนนี้อย่างต่อเนื่อง
การกำจัดคาร์บอนในฟลักซ์
ปริมาณคาร์บอนที่ถูกเคลื่อนย้ายทุกปีจะแสดงเป็น PgC ต่อปีในแผนภาพ CO2 จะถูกกำจัดออกจากอากาศและได้รับการแก้ไขโดยกระบวนการรายวันที่รวดเร็ว การก่อตัวของอินทรียวัตถุและแหล่งกักเก็บคาร์บอนจะช้าลงและต้องใช้เวลา
- การสังเคราะห์ด้วยแสง - พืชสีเขียวใช้คาร์บอนไดออกไซด์ร่วมกับน้ำและพลังงานจากดวงอาทิตย์ในกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อสร้างน้ำตาลเชิงเดี่ยว จากนั้นจึงเป็นสารอาหารที่พืชต้องการ
- การดูดซึมของมหาสมุทร - CO2 ในบรรยากาศจะถูกนำเข้าและนำไปใช้ในการสังเคราะห์แสงในมหาสมุทรเช่นกัน ในที่นี้แพลงก์ตอนพืชเปรียบได้กับพืชที่ทุกชีวิตในมหาสมุทรต้องพึ่งพา นอกจากนี้ CO2 ที่ละลายในน้ำจะถูกแปลงเป็นแคลเซียมคาร์บอเนตและใช้ในเปลือกหอยและโครงกระดูกของสัตว์ทะเล
- Food chain - เมื่อสัตว์กินพืชกินพืช หรือสัตว์กินเนื้อและสัตว์กินพืชทุกชนิดกินสัตว์อื่น คาร์บอนนี้จะถูกส่งไปตามห่วงโซ่อาหารเพื่อช่วยให้สัตว์เติบโต มีชีวิต และมีความหลากหลาย
- การเติมอินทรียวัตถุและขยะ - เมื่อพืชและสัตว์ตาย จุลินทรีย์จะสลายตัวเพื่อสร้างฮิวมัสหรืออินทรียวัตถุที่กลายเป็นส่วนหนึ่งของดิน ขยะที่ก่อตัวขึ้นทุกปีเมื่อต้นไม้ผลัดกิ่งและใบ และรีไซเคิลคาร์บอนลงสู่ดินอย่างต่อเนื่อง ส่วนหนึ่งใช้สำหรับการเจริญเติบโตของพืชและช่วยให้คาร์บอนหมุนเวียน ในขณะที่ส่วนที่เหลือก่อให้เกิดคาร์บอนในดิน
การก่อตัวของสระคาร์บอน
ปริมาณ CO2 ที่ใช้และระยะเวลาที่ยังคงเก็บไว้เนื่องจากคาร์บอนคงที่จะแตกต่างกันไปตามสิ่งมีชีวิตและกระบวนการต่างๆ
- เนื่องจากต้นไม้มีอายุยืนยาวและสะสมคาร์บอนไว้ที่ลำต้น ใบ และราก ต้นไม้จึงทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอน
- ดินสะสมคาร์บอนเป็นอินทรียวัตถุและรากที่ตายแล้วซึ่งยังคงอยู่ในดินเป็นเวลานานหลังจากที่พืชหรือต้นไม้ตาย มีชีวมวลจำนวนมหาศาลในรูปของรากที่มีชีวิตของต้นไม้และทุ่งหญ้าในดิน ดินก่อให้เกิดแหล่งกักเก็บคาร์บอนที่สำคัญอีกแห่งหนึ่ง
- เปลือกหอยและโครงกระดูกของสัตว์ทะเลบางชนิดสะสมอยู่ที่ก้นมหาสมุทรเพื่อผลิตหินปูน
อ่างล้างคาร์บอนเป็นฟลักซ์หรือกระบวนการที่สำคัญซึ่งท้ายที่สุดจะส่งผลให้เกิดแหล่งรวมคาร์บอน ในระยะสั้นพวกมันจะก่อให้เกิดแหล่งรวมคาร์บอนบนบก และทำให้เกิดเชื้อเพลิงฟอสซิลและหินในระยะยาว
จากแผ่นดินสู่มหาสมุทร
เมื่อแม่น้ำไหลลงสู่มหาสมุทร จะมีตะกอนที่อุดมไปด้วยอินทรียวัตถุติดตัวไปด้วย บึงและน้ำท่วมยังช่วยเคลื่อนย้ายคาร์บอนในรูปของอินทรียวัตถุลงสู่มหาสมุทรในแต่ละปี
การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ตามธรรมชาติ
ในวัฏจักรคาร์บอนตามธรรมชาติ คาร์บอนจะถูกปล่อยกลับสู่ชั้นบรรยากาศเป็นหลักโดยการหายใจและการสลายตัว
- การหายใจของพืช - สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ จุลินทรีย์ พืช และสัตว์บนบกหายใจ พวกเขาหายใจเอาออกซิเจนและหายใจออก CO2 โดยการสลายตัวของอาหารที่กินเข้าไป นี่เป็นการปั่นจักรยานคาร์บอนที่สั้นที่สุดครั้งหนึ่ง
- ดินการสลายตัวและการหายใจ - สารที่เน่าเปื่อยทั้งหมดบนพื้นดินจะไม่ถูกแปลงเป็นอินทรียวัตถุ คาร์บอนบางส่วนถูกปล่อยออกสู่อากาศโดยตรงในรูปของ CO2 จุลินทรีย์และเอมินัลขนาดเล็กที่อาศัยอยู่ในดินยังปล่อย CO2 ออกมาทุกวันเมื่อหายใจเข้าไป
- การสูญเสียมหาสมุทร - การหายใจและการเน่าเปื่อยของพืชและสัตว์ทะเลยังปล่อย CO2 สู่แหล่งรวมคาร์บอนในชั้นบรรยากาศ
- ภูเขาไฟ - คาร์บอนจำนวนเล็กน้อยถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศจากการปะทุของภูเขาไฟ
กิจกรรมของมนุษย์ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
นอกเหนือจากฟลักซ์ตามธรรมชาติแล้ว ยังมีกิจกรรมมากมายของมนุษย์ที่ปล่อยคาร์บอนคงที่กลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศในรูปของ CO2
- การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล- การเผาไหม้ของคาร์บอนทำให้ไม้ ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ น้ำมันเบนซินเป็นไฟฟ้า เครื่องทำความร้อน การปรุงอาหาร หรือการขนส่ง เป็นหนึ่งในวิธีการหลักในการปล่อยคาร์บอน กลับไปสู่อากาศ เชื้อเพลิงฟอสซิลจำนวนมากยังใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมและเพิ่ม CO2 สู่ชั้นบรรยากาศอีกด้วย
- การเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน - การตัดไม้ทำลายป่า เคลียร์ทุ่งหญ้าเพื่อสร้างการตั้งถิ่นฐาน ฟาร์มแทนที่การเติบโตตามธรรมชาติ และการใช้เครื่องจักรที่นำไปสู่การปล่อยก๊าซเรือนกระจก มีผลกระทบระยะยาว มันนำไปสู่การเพิ่ม CO2 สู่แหล่งรวมคาร์บอนในชั้นบรรยากาศ
มุมมองที่แตกต่างจากไดอะแกรมเพิ่มเติม
แผนภาพวัฏจักรคาร์บอนมีหลายประเภท และให้ข้อมูลที่แตกต่างกันเกี่ยวกับวัฏจักรสำคัญนี้
- วงจรแบบง่าย: แผนภาพโดย BBC แสดงให้เห็นวัฏจักรคาร์บอนอย่างง่าย วัฏจักรคาร์บอนมีลักษณะเช่นนี้ในยุคก่อนอุตสาหกรรม จนกระทั่งเมื่อ 150 ปีที่แล้ว ซึ่งเป็นช่วงที่ปริมาณการเคลื่อนย้ายคาร์บอนไม่ใช่ปัญหา
- Climate change: The Carbon Cycle โดย University of Calgary เป็นการวิเคราะห์ด้วยภาพว่ากิจกรรมของมนุษย์ยุคใหม่ได้เปลี่ยนแปลงสมดุลอันละเอียดอ่อนในวัฏจักรคาร์บอนอย่างไร
- กระบวนการทางเคมี: วัฏจักรคาร์บอนของ Britannica มุ่งเน้นไปที่ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ที่มีอิทธิพลต่อการไหลของคาร์บอนและแหล่งน้ำ ไม่ใช่ปริมาณของการรีไซเคิลคาร์บอน วัฏจักรนี้น่าสนใจสำหรับผู้ที่ต้องการทราบรูปแบบต่างๆ ของคาร์บอนที่มีอยู่และการเปลี่ยนแปลง
การใช้วัฏจักรคาร์บอน
คาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้น 30% เนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์ในช่วง 150 ปีที่ผ่านมาเนื่องจาก CO2 ในอากาศทำให้เกิดภาวะโลกร้อน การเพิ่ม CO2 ให้กับบรรยากาศจึงเพิ่มผลกระทบจากภาวะโลกร้อนด้วย ส่งผลให้เกิดภาวะโลกร้อนและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การทำความเข้าใจเกี่ยวกับวัฏจักรคาร์บอน รวมถึงกิจกรรมของมนุษย์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรและที่ไหน สามารถช่วยในการค้นหาวิธีและวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการจัดการกับปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ