تتحرك جميع العناصر الموجودة على الأرض، بما في ذلك الكربون، في دورات، كجزء من نظام مغلق. لا يوجد فقدان أو مدخلات للكربون من الفضاء. يوضح مخطط دورة الكربون الخطوات المختلفة لإعادة تدوير الكربون في القرن الحادي والعشرين.
المخطط
يصور مخطط الكربون العالمي الذي أعدته جامعة نيو هامسفير المجمعات والتدفقات التي تشكل دورة الكربون. تخزن حمامات الكربون كميات كبيرة من الكربون لفترات طويلة من الزمن وتكون باللون الأزرق. التدفقات هي العمليات التي تنقل الكربون من تجمع إلى آخر وتكون باللون الأحمر.تتكون التدفقات من جزأين: جزء يزيل الكربون من الهواء والآخر يطلق الكربون الثابت مرة أخرى على شكل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
أحواض الكربون
كميات الكربون التي تخزنها المسابح مذكورة في بيتاجرام الكربون (PgC). الواحد Pg يساوي مليار طن ويسمى أيضًا Gigatons (Gt).
- الصخور:معظم الكربون محبوس على شكل صخور رسوبية.
- قاع المحيط: ثاني أكبر تجمع للكربون يوجد تحت المحيطات على شكل ثاني أكسيد الكربون (CO2) المذاب في الماء.
- الوقود الأحفوري: ثالث أكبر تجمع للكربون هو الوقود الأحفوري، مثل الفحم والليغنيت والغاز الطبيعي والنفط، والذي يتكون من بقايا النباتات البرية والبحرية والحيوانات تحت درجة حرارة وضغط خاصين.
- سطح المحيط: يتم تخزين الكربون لفترة قصيرة في المياه السطحية على شكل ثاني أكسيد الكربون المذاب في الماء أو في أجسام النباتات والحيوانات البحرية الحية.
- البرك الأرضية: كل الكربون الذي يتراكم في الأشجار والتربة يشكل تجمعاً آخر قصير الأمد، ويتم إطلاقه بعد بضعة عقود أو قرون، على سبيل المثال، عند قطع الأشجار أو أموت.
- ثاني أكسيد الكربون: يساعد الكربون الموجود في الهواء في شكله الغازي، ثاني أكسيد الكربون، في الحفاظ على دفء الأرض. وبدون هذه الحياة كما هي موجودة لن تكون ممكنة على الأرض. هناك إضافة وامتصاص مستمرين من مجمع الكربون هذا.
إزالة الكربون في التدفقات
تظهر كميات الكربون التي يتم نقلها كل عام على أنها PgC سنويًا في الرسم البياني. تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الهواء ويتم تثبيته من خلال عمليات يومية سريعة. تكون المواد العضوية ومصارف الكربون أبطأ وتتطلب وقتا.
- التمثيل الضوئي - تستخدم النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون، إلى جانب الماء والطاقة المستمدة من الشمس في عملية تسمى التمثيل الضوئي لتكوين سكريات بسيطة ومن ثم العناصر الغذائية التي تحتاجها النباتات.
- امتصاص المحيطات - يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي واستخدامه في عملية التمثيل الضوئي في المحيطات أيضًا. هنا العوالق النباتية هي المعادل للنباتات، والتي تعتمد عليها كل أشكال الحياة في المحيطات. بالإضافة إلى ذلك، يتحول ثاني أكسيد الكربون المذاب في الماء إلى كربونات الكالسيوم ويستخدم في أصداف وهياكل الحيوانات البحرية.
- السلسلة الغذائية - عندما تأكل الحيوانات العاشبة النباتات، أو عندما تأكل الحيوانات آكلة اللحوم والحيوانات آكلة اللحوم حيوانات أخرى، يتم تمرير هذا الكربون على طول السلسلة الغذائية لمساعدة الحيوانات على النمو والعيش والتكاثر.
- إضافة المواد العضوية والقمامة - عندما تموت النباتات والحيوانات، فإنها تتحلل بواسطة الميكروبات لتشكل الدبال أو المادة العضوية التي تصبح جزءًا من التربة. القمامة التي تتشكل كل عام عندما تتخلص الأشجار من الأغصان والأوراق، وتعيد تدوير الكربون باستمرار إلى التربة. ويستخدم هذا جزئيًا لنمو النباتات ويحافظ على دوران الكربون، بينما يشكل الباقي كربون التربة.
تكوين برك الكربون
تختلف كميات ثاني أكسيد الكربون المستخدمة ومدة بقائها مخزنة على شكل كربون ثابت باختلاف الكائنات والعمليات.
- بما أن الأشجار طويلة العمر وتتراكم الكربون في جذعها وأوراقها وجذورها، فإنها تعمل بمثابة أحواض للكربون.
- تتراكم التربة الكربون كمواد عضوية وجذور ميتة تبقى في التربة لفترة طويلة بعد موت النبات أو الشجرة؛ هناك كميات هائلة من الكتلة الحيوية في شكل الجذور الحية المتنامية للأشجار والمراعي في التربة. تشكل التربة مخزنًا مهمًا آخر للكربون.
- تتراكم بعض الأصداف والهياكل العظمية للحيوانات البحرية في قاع المحيطات لتنتج الحجر الجيري.
تعتبر أحواض الكربون بمثابة تدفق أو عملية مهمة تؤدي في النهاية إلى تجمعات الكربون. فهي تنتج على المدى القصير مجمعات الكربون الأرضية، وعلى المدى الطويل الوقود الأحفوري والصخور.
التدفق من الأرض إلى المحيط
عندما تتدفق الأنهار إلى المحيطات فإنها تحمل معها الرواسب الغنية بالمواد العضوية. تقوم المستنقعات وفيضانات المد والجزر أيضًا بنقل الكربون في شكل مادة عضوية إلى المحيطات كل عام.
الإطلاق الطبيعي لثاني أكسيد الكربون
في دورة الكربون الطبيعية، يتم إطلاق الكربون مرة أخرى إلى الغلاف الجوي بشكل رئيسي من خلال التنفس والتحلل.
- تنفس النبات - تتنفس معظم الكائنات الحية من الميكروبات والنباتات والحيوانات الموجودة على الأرض. إنهم يتنفسون الأكسجين، ويخرجون ثاني أكسيد الكربون، عن طريق تكسير الطعام الذي تناولوه. هذه واحدة من أقصر دورات الكربون.
- تحلل التربة والتنفس - جميع المواد المتحللة على الأرض لا تتحول إلى مادة عضوية. يتم إطلاق بعض الكربون مباشرة في الهواء على شكل ثاني أكسيد الكربون. كما أن الميكروبات والأمينات الصغيرة التي تعيش في التربة تطلق أيضًا ثاني أكسيد الكربون كل يوم عندما تتنفس.
- خسارة المحيطات - يؤدي التنفس وتحلل النباتات والحيوانات البحرية أيضًا إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون إلى مجمع الكربون الموجود في الغلاف الجوي.
- البراكين - تنطلق كمية صغيرة من الكربون إلى الغلاف الجوي بفعل النشاط البركاني.
الأنشطة البشرية تطلق ثاني أكسيد الكربون
بالإضافة إلى التدفقات الطبيعية، هناك العديد من الأنشطة البشرية التي تطلق الكربون الثابت مرة أخرى إلى الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون.
- حرق الوقود الأحفوري- يعد احتراق الخشب أو الفحم أو الغاز الطبيعي أو البنزين لتوليد الكهرباء أو التدفئة أو الطهي أو النقل إحدى الطرق الرئيسية التي يتم بها إطلاق الكربون العودة إلى الهواء. يتم أيضًا استخدام العديد من أنواع الوقود الأحفوري للأغراض الصناعية وتضيف ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي.
- تغيرات استخدام الأراضي - إزالة الغابات، وإزالة الأراضي العشبية لإنشاء المستوطنات، والمزارع التي تحل محل النمو الطبيعي، واستخدام الآلات التي تؤدي إلى الانبعاثات، لها عواقب طويلة المدى. يؤدي إلى إضافة ثاني أكسيد الكربون إلى تجمع الكربون في الغلاف الجوي.
وجهات نظر مختلفة من المخططات الإضافية
هناك أنواع عديدة من مخططات دورة الكربون وهي توفر معلومات مختلفة عن هذه الدورة الحيوية.
- دورة بسيطة: الرسم التخطيطي الذي أعدته هيئة الإذاعة البريطانية BBC يصور دورة كربون بسيطة. كان هذا هو شكل دورة الكربون في عصور ما قبل الصناعة، حتى قبل 150 عامًا، عندما لم تكن كميات حركة الكربون تمثل مشكلة.
- تغير المناخ: دورة الكربون التي أعدتها جامعة كالجاري هي تحليل تصويري لكيفية تغيير الأنشطة البشرية الحديثة للتوازن الدقيق في دورة الكربون.
- العمليات الكيميائية: تركز دورة الكربون من بريتانيكا على التفاعلات الكيميائية المختلفة التي تؤثر على تدفقات الكربون وتجمعاته، وليس على كميات إعادة تدوير الكربون. هذه الدورة مثيرة للاهتمام للأشخاص الذين يريدون معرفة الأشكال المختلفة التي يوجد بها الكربون وكيف يتغير.
استخدام دورة الكربون
هناك زيادة بنسبة 30% في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، بسبب الأنشطة البشرية خلال الـ 150 عامًا الماضية.وبما أن ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء يسبب الاحترار، فإن إضافة المزيد من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي يزيد أيضًا من تأثيره الاحترار. وقد أدى ذلك إلى ظاهرة الاحتباس الحراري وتغير المناخ. إن فهم دورة الكربون، وكيف وأين تغيرها الأنشطة البشرية، يمكن أن يساعد في إيجاد طرق وأساليب فعالة لمعالجة مشكلة تغير المناخ.
