מהם מחזורי פחמן?

מחזורי פחמן הם תנועות העקירה של אלמנט הפחמן בסביבות שונות

תמונה ערוכה ושינוי גודל של מיטשל גריסט, זמינה ב- Unsplash

מחזורי פחמן הם תנועות העקירה של יסוד הפחמן בסביבות שונות, כולל סלעים, קרקעות, אוקיינוסים וצמחים. זה מונע את הצטברותו לחלוטין באטמוספירה ומייצב את טמפרטורת כדור הארץ. בגיאולוגיה ישנם שני סוגים של מחזור פחמן: האיטי, המתרחש במאות אלפי שנים, והמהיר, המתרחש מעשרות למאה אלף שנה.

הפחמן

פחמן הוא יסוד כימי המצוי בשפע בסלעים ובמידה פחותה בקרקע, באוקיאנוס, בצמחים, באטמוספירה, באורגניזם של יצורים חיים ובעצמים. הוא מזויף בכוכבים, היותו היסוד הרביעי בשפע ביקום וחיוני לקיום החיים על פני כדור הארץ כפי שאנו מכירים אותו. עם זאת, זהו גם אחד הגורמים לבעיה משמעותית: שינויי אקלים.

בקנה מידה ארוך מאוד (מיליוני עד עשרות מיליוני שנים), תנועת הלוחות הטקטוניים ושינויים בקצב חדירת הפחמן אל פנים כדור הארץ יכולים לשנות את הטמפרטורה העולמית. כדור הארץ עבר את השינוי הזה ב -50 מיליון השנים האחרונות, החל באקלים הקרטיקאי החם ביותר (לפני כ -145 עד 65 מיליון שנה) ועד לאקלים הקרחני של פליסטוקן (לפני כ -1.8 מיליון עד 11,500 שנה).

המחזור האיטי

באמצעות סדרה של תגובות כימיות ופעילות טקטונית, לוקח פחמן לנוע בין 100 ל -200 מיליון שנה בין סלעים, אדמה, אוקיינוס ​​ואטמוספירה במעגל הפחמן המתרחש באטיות. בממוצע, בין עשרה למאה מיליון טון פחמן עוברים את המחזור האיטי בשנה אחת. לשם השוואה, פליטת הפחמן האנושי לאטמוספרה הינה בסדר גודל של 10 מיליארד טון, ואילו מחזור הפחמן המהיר נע בין 10 ל -100 מיליארד פחמן בשנה.

תנועת הפחמן מהאטמוספירה לליטוספירה (סלעים) מתחילה בגשם. פחמן אטמוספרי, בשילוב עם מים, יוצר חומצה פחמנית, המופקדת על פני השטח באמצעות גשם. חומצה זו ממיסה את הסלעים בתהליך הנקרא בליה כימית, ומשחררת יוני סידן, מגנזיום, אשלגן או נתרן. יונים אלה מועברים לנהרות ומנהרות לאוקיאנוס.

• מה מקור הפלסטיק המזהם את האוקיאנוסים?
• החמצת האוקיאנוס: בעיה חמורה עבור כדור הארץ

באוקיינוס, יוני סידן משתלבים עם יוני ביקרבונט ליצירת סידן פחמתי, החומר הפעיל בנוגדי חומצה. באוקיאנוס, רוב הסידן פחמתי מיוצר על ידי אורגניזמים לבניית פגזים (כמו אלמוגים) ופלנקטון (כגון קוקוליתופורים ופורמיניפרה). לאחר שאורגניזמים אלה מתים הם שוקעים לקרקעית הים. עם הזמן נדחסות שכבות של קליפות ומשקעים והופכות לסלעים, המאחסנות פחמן, ומוליד סלעי משקע כמו אבן גיר.

כ 80% מסלעי הפחמתי נוצרים בדרך זו. 20% הנותרים מכילים פחמן מיצורים חיים מפורקים (פחמן אורגני). חום ולחץ דוחס חומר אורגני עשיר בפחמן לאורך מיליוני שנים, ויוצר סלעי משקע, כגון פצלי. במקרים מיוחדים, כאשר החומר האורגני בצמחים מתים מצטבר במהירות, ללא זמן להתפרקות, שכבות הפחמן האורגני הופכות לשמן, פחם או גז טבעי, במקום סלעי משקע כמו פצלי.

במחזור האיטי, פחמן חוזר לאטמוספירה באמצעות פעילות וולקנית. הסיבה לכך היא שכאשר משטחי הקרום הארצי והאוקיאני של כדור הארץ מתנגשים, אחד שוקע מתחת לשני והסלע שהוא נושא נמס תחת חום ולחץ קיצוניים. הסלע המחומם משלב מחדש במינרלים סיליקטיים, ומשחרר פחמן דו חמצני.

• פחמן דו חמצני: מהו CO2?

כאשר הרי געש מתפרצים, הם מוציאים גז לאטמוספירה ומכסים את האדמה בסלעים סיליקיים, ומתחילים את המחזור מחדש. הרי געש פולטים בין 130 ל -380 מיליון טון פחמן דו חמצני בשנה. לשם השוואה, בני אדם פולטים כ- 30 מיליארד טון פחמן דו חמצני בשנה - פי 100 עד 300 מרי געש - בוערים דלקים מאובנים.

• אלכוהול או בנזין?

אם פחמן דו חמצני עולה באטמוספירה בגלל פעילות וולקנית מוגברת, למשל, הטמפרטורות עולות, מה שמוביל ליותר גשם, שממיס יותר סלעים, ויוצר יותר יונים שבסופו של דבר מפקידים יותר פחמן על קרקעית האוקיינוס. לוקח כמה מאות אלפי שנים לאזן מחדש את מחזור הפחמן האיטי.

עם זאת, המחזור האיטי מכיל גם רכיב מעט מהיר יותר: האוקיאנוס. על פני השטח, שם האוויר פוגש את המים, גז הפחמן הדו חמצני מתמוסס ומתאוורר מחוץ לאוקיאנוס בתמורה מתמדת עם האטמוספירה. ברגע שנמצא באוקיאנוס, גז פחמן דו חמצני מגיב עם מולקולות מים כדי לשחרר מימן, מה שהופך את האוקיאנוס לחומצי יותר. מימן מגיב עם הפחמתי בבליה של סלעים כדי לייצר יוני ביקרבונט.

לפני העידן התעשייתי, האוקיאנוס הוציא פחמן דו חמצני לאטמוספירה בשיווי משקל עם הפחמן שקיבל האוקיאנוס במהלך שחיקת הסלעים. עם זאת, כאשר ריכוזי הפחמן באטמוספירה גדלו, האוקיאנוס מוציא כעת יותר פחמן מהאטמוספרה ממה שהוא משחרר. לאורך אלפי שנים, האוקיאנוס יספוג עד 85% מהפחמן הנוסף שאנשים מכניסים לאטמוספירה על ידי שריפת דלקים מאובנים, אך התהליך איטי מכיוון שהוא קשור לתנועת המים מעל פני האוקיאנוס אל מעמקיו.

בינתיים, רוחות, זרמים וטמפרטורה שולטים בקצב בו האוקיאנוס מוציא פחמן דו חמצני מהאטמוספרה. (ראה איזון פחמן באוקיאנוס במצפה הכדור הארץ.) שינויים בטמפרטורות וזרמי האוקיאנוס עשויים לסייע בהוצאת פחמן ובהחזרת הפחמן לאטמוספרה בכמה אלפי השנים שחלפו ותסתיימו תקופות הקרח. .

מחזור הפחמן המהיר

הזמן שלוקח לפחמן לעבור במחזור הפחמן המהיר נמדד לאורך כל החיים. מחזור הפחמן המהיר הוא בעצם תנועת הפחמן דרך צורות חיים על כדור הארץ או בביוספרה. כמאה עד 100 מיליארד טון פחמן עוברים את מעגל הפחמן המהיר מדי שנה.

לפחמן תפקיד חיוני בביולוגיה בגלל יכולתו ליצור קשרים רבים - עד ארבעה לאטום - במגוון אינסופי לכאורה של מולקולות אורגניות מורכבות. מולקולות אורגניות רבות מכילות אטומי פחמן שיצרו קשרים חזקים עם אטומי פחמן אחרים, המשתלבים בשרשראות ארוכות וטבעות. שרשראות טבעות ופחמן כאלה הם הבסיס לתאים חיים. לדוגמא, DNA מורכב משתי מולקולות שלובות זו בזו שנבנית סביב שרשרת פחמן.

הקשרים בשרשראות הפחמן הארוכות מכילים אנרגיה רבה. כאשר הזרמים נפרדים, האנרגיה המאוחסנת משתחררת. אנרגיה זו הופכת את מולקולות הפחמן למקור דלק מצוין לכל היצורים החיים.

צמחים ופיטופלנקטון הם המרכיבים העיקריים של מחזור הפחמן המהיר. פיטופלנקטון (אורגניזמים מיקרוסקופיים באוקיאנוס) וצמחים מוציאים פחמן דו חמצני מהאטמוספירה על ידי ספיגתו לתאים שלהם. באמצעות אנרגיה מהשמש, צמחים ופלנקטון משלבים פחמן דו חמצני (CO2) ומים ליצירת סוכר (CH2O) וחמצן. התגובה הכימית נראית כך:

CO2 + H2O + אנרגיה = CH2O + O2

זה יכול לקרות שפחמן עובר מצמח וחוזר לאטמוספרה, אך כולם כרוכים באותה תגובה כימית. צמחים מפרקים סוכר כדי לקבל את האנרגיה הדרושה להם כדי לגדול. בעלי חיים (כולל אנשים) אוכלים צמחים או פלנקטון ומפרקים את סוכר הצמח לצורך אנרגיה. צמחים ופלנקטון מתים ונרקבים (נצרכים על ידי חיידקים) או נצרכים באש. בכל המקרים, חמצן משתלב עם סוכר לשחרור מים, פחמן דו חמצני ואנרגיה. התגובה הכימית הבסיסית נראית כך:

CH2O + O2 = CO2 + H2O + אנרגיה

בארבעת התהליכים, הפחמן הדו-חמצני המשתחרר בתגובה מסתיים בדרך כלל באטמוספירה. מחזור הפחמן המהיר קשור כל כך לחיי הצומח, עד שניתן לראות את עונת הגידול בדרך שבה פחמן דו חמצני צף באטמוספרה. בחורף חצי הכדור הצפוני, כאשר מעט צמחים יבשתיים צומחים ורבים מתפרקים, ריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה עולים. במהלך האביב, כאשר הצמחים מתחילים לצמוח מחדש, הריכוזים יורדים. זה כאילו כדור הארץ נושם.

שינויים במחזור הפחמן

שמאלה ללא הפרעה, מחזורי פחמן מהירים ואיטיים שומרים על ריכוז קבוע יחסית של פחמן באטמוספירה, ביבשה, בצמחים ובאוקיאנוס. אך כשמשהו משנה את כמות הפחמן במאגר אחד, ההשפעה אדווה אצל אחרים.

בעבר כדור הארץ השתנה מחזור הפחמן בתגובה לשינויי האקלים. וריאציות במסלול כדור הארץ משנות את כמות האנרגיה שכדור הארץ מקבל מהשמש ומובילות למחזור של תקופות קרח ותקופות חמות כמו האקלים הנוכחי של כדור הארץ. (ראה מילוטין מילנקוביץ ') עידני הקרח התפתחו כאשר בקיץ בחצי הכדור הצפוני התקרר וקרח הצטבר על כדור הארץ, מה שבתורו האט את מחזור הפחמן. בינתיים, מספר גורמים, כולל טמפרטורות נמוכות יותר וצמיחה מוגברת של פיטופלנקטון, עשויים להגדיל את כמות הפחמן שהאוקיאנוס הוציא מהאטמוספרה. הירידה בפחמן האטמוספרי גרמה להמשך קירור. כמו כן, בסוף עידן הקרח האחרון, לפני 10,000 שנה, פחמן דו חמצני באטמוספירה גדל באופן דרמטי עם טמפרטורות התחממות.

שינויים במסלול כדור הארץ מתרחשים ללא הרף, במחזורים צפויים. בתוך כ -30,000 שנה מסלול כדור הארץ ישתנה מספיק בכדי להפחית את אור השמש בחצי הכדור הצפוני לרמות שהובילו לתקופת הקרח האחרונה.

כיום, שינויים במחזור הפחמן קורים בגלל אנשים. אנו מפריעים למחזור הפחמן על ידי שריפת דלקים מאובנים ויערות יער.

כריתת יערות משחררת את הפחמן המאוחסן בתאי הגזע, הגבעולים והעלים - ביומסה. בעת הוצאת יער מוסרים צמחים שאחרת היו מסלקים פחמן מהאטמוספרה עם צמיחתו. קיימת מגמה עולמית של החלפת יערות במונו-תרבות ובמרעה, המאחסנים פחות פחמן. אנו חושפים גם אדמה המוציאה פחמן מחומר צמחי מתפרק לאטמוספירה. נכון לעכשיו, בני אדם פולטים מעט פחות ממיליארד טון פחמן לאטמוספירה מדי שנה באמצעות שינויים בשימוש בקרקע.

ללא הפרעה אנושית, פחמן מדלקים מאובנים היה דולף אט אט לאטמוספירה באמצעות פעילות וולקנית לאורך מיליוני שנים במחזור הפחמן האיטי. על ידי שריפת פחם, נפט וגז טבעי, אנו מאיצים את התהליך, ומשחררים כמויות עצומות של פחמן (פחמן שנצברו מיליוני שנים) לאטמוספירה מדי שנה. בכך אנו מעבירים את הפחמן מהמחזור האיטי למחזור המהיר. בשנת 2009 שחררו בני אדם כ- 8.4 מיליארד טון פחמן לאטמוספירה באמצעות שריפת דלקים מאובנים.

מאז תחילת המהפכה התעשייתית, כאשר אנשים החלו לשרוף דלקים מאובנים, ריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה עלו מכ -280 חלקים למיליון ל -387 חלקים למיליון, עלייה של 39%. משמעות הדבר היא כי על כל מיליון מולקולות באטמוספירה, 387 מהן מהוות כיום פחמן דו חמצני - הריכוז הגבוה ביותר מזה שני מיליון שנה. ריכוזי המתאן גדלו מ -715 חלקים למיליארד בשנת 1750 ל -1,774 חלקים למיליארד בשנת 2005, הריכוז הגבוה ביותר זה לפחות 650,000 שנה.

השפעות שינוי מחזור הפחמן

תמונה: מחזורי פחמן - נאס"א

כל הפחמן הנוסף הזה צריך ללכת לאנשהו. עד כה צמחי היבשה והאוקיאנוס ספגו 55% מהפחמן הנוסף באטמוספירה, בעוד שכ- 45% נשארים באטמוספירה. בסופו של דבר האדמה והאוקיאנוסים סופגים את מרבית הפחמן הדו חמצני הנוסף, אך עד 20% יכולים להישאר באטמוספירה במשך אלפי שנים רבות.

עודף הפחמן באטמוספירה מחמם את כדור הארץ ועוזר לצמחים יבשתיים לגדול יותר. עודף פחמן באוקיאנוס הופך את המים לחומציים יותר, ומסכן חיים ימיים. גלה מידע נוסף על נושא זה במאמר: "החמצת האוקיאנוסים: בעיה רצינית עבור כדור הארץ".

אַטמוֹספֵרָה

זה משמעותי שנותר כל כך הרבה פחמן דו חמצני באטמוספירה מכיוון ש CO2 הוא הגז החשוב ביותר לשליטה על טמפרטורת כדור הארץ. פחמן דו חמצני, מתאן והלו פחמנים הם גזי חממה הסופגים מגוון רחב של אנרגיה - כולל אנרגיה אינפרא אדום (חום) הנפלטת על ידי כדור הארץ - ואז פולטים אותה מחדש. האנרגיה שהונפקה מחדש נעה לכל הכיוונים, אך חלקן חוזרות לכדור הארץ ומחממות את פני השטח. ללא גזי חממה, כדור הארץ יוקפא ב -18 מעלות צלזיוס. עם גזי חממה רבים, כדור הארץ יהיה כמו ונוס, שם האטמוספרה שומרת על טמפרטורות סביב 400 מעלות צלזיוס.

מכיוון שמדענים יודעים איזה אורכי גל אנרגיה סופגים כל גזי חממה ואת ריכוז הגזים באטמוספירה, הם יכולים לחשב כמה כל גז תורם להתחממות כדור הארץ. פחמן דו חמצני גורם לכ -20% מהשפעת החממה של כדור הארץ; אדי מים אחראים לכ- 50%; ועננים מייצגים 25%. השאר נגרם על ידי חלקיקים קטנים (אירוסולים) וגזי חממה קטנים יותר, כמו מתאן.

• האם פחיות אירוסול ניתנות למיחזור?

ריכוזי אדי המים באוויר נשלטים על ידי טמפרטורת כדור הארץ. טמפרטורות חמות יותר מתאדות יותר מים מהאוקיאנוסים, מרחיבות את מסת האוויר ומובילות ללחות גדולה יותר. קירור גורם לאדי מים להתעבות וליפול כמו גשם, ברד או שלג.

לעומת זאת, פחמן דו חמצני נותר גז בטווח רחב יותר של טמפרטורות אטמוספריות מאשר מים. מולקולות הפחמן הדו חמצני מספקות את החימום הראשוני הנדרש לשמירה על ריכוזי אדי מים. כאשר ריכוזי הפחמן הדו-חמצני נופלים, כדור הארץ מתקרר, מעט אדי מים נופלים מהאטמוספרה וחימום החממה הנגרם על ידי אדי המים נופל. כמו כן, כאשר ריכוזי הפחמן הדו חמצני עולים, טמפרטורת האוויר עולה ויותר אדי מים מתאדים לאטמוספירה - מה שמגביר את חימום החממה.

אז בעוד פחמן דו חמצני תורם פחות להשפעת החממה מאשר אדי מים, מדענים גילו כי פחמן דו חמצני הוא הגז שקובע את הטמפרטורה. פחמן דו חמצני שולט בכמות אדי המים באטמוספירה ולכן בגודל אפקט החממה.

ריכוזים עולים של פחמן דו חמצני כבר גורמים לחימום כדור הארץ. במקביל לגזי החממה עולה, הטמפרטורות העולמיות הממוצעות עלו ב -0.8 מעלות צלזיוס (1.4 מעלות פרנהייט) מאז 1880.

עלייה זו בטמפרטורה אינה כל ההתחממות שנראה בהתבסס על ריכוזי הפחמן הדו חמצני הנוכחי. החימום של החממה לא קורה מיד מכיוון שהאוקיאנוס סופג את החום. המשמעות היא שטמפרטורת כדור הארץ תעלה ב -0.6 מעלות צלזיוס לפחות (מעלה אחת פרנהייט) בגלל הפחמן הדו-חמצני שכבר נמצא באטמוספירה. מידת העלייה בטמפרטורות תלויה בחלקה בכמה יותר פחמן בני אדם משחררים לאטמוספרה בעתיד.

אוקיינוס

כ -30% מפחמן הדו-חמצני שאנשים מכניסים לאטמוספירה מפוזר לאוקיאנוס באמצעות החלפה כימית ישירה. פירוק הפחמן הדו חמצני באוקיאנוס יוצר חומצה פחמנית, המגדילה את חומציות המים. או ליתר דיוק, אוקיינוס ​​מעט אלקליין הופך להיות קצת פחות אלקליין. מאז 1750, ה- pH של פני האוקיאנוס ירד ב 0.1, שינוי של 30% בחומציות.

החמצת האוקיאנוס משפיעה על אורגניזמים ימיים בשתי דרכים. ראשית, חומצה פחמנית מגיבה עם יוני הפחמתי במים ליצירת ביקרבונט. עם זאת, אותם יוני פחמתי הם בעלי החיים הבונים פגזים כמו אלמוגים, כדי ליצור קליפות של סידן פחמתי. כאשר פחות פחמתי זמין, בעלי חיים צריכים להשקיע יותר אנרגיה לבניית הקליפות שלהם. כתוצאה מכך, הקליפות בסופו של דבר נהיות דקות יותר ושבריריות יותר.

שנית, ככל שמים יותר חומציים, כך הם ממיסים טוב יותר סידן פחמתי. בטווח הארוך, תגובה זו תאפשר לאוקיאנוס לספוג עודף פחמן דו חמצני מכיוון שמים חומציים יותר ימיסו יותר סלעים, ישחררו יותר יוני פחמתי ויגדילו את יכולת האוקיינוס ​​לספוג פחמן דו חמצני. בינתיים, עם זאת, מים חומציים יותר ימיסו את קליפות הפחמתי של אורגניזמים ימיים, ויהפכו אותם לחצוצים וחלשים.

אוקיינוסים חמים יותר - תוצר של אפקט החממה - יכולים גם להפחית את שפע הפיטופלנקטון, הגדל בצורה הטובה ביותר במים קרים ועשירים בחומרים מזינים. זה יכול להגביל את יכולתו של האוקיאנוס להפיק פחמן מהאטמוספרה באמצעות מחזור הפחמן המהיר.

מצד שני, פחמן דו חמצני חיוני לצמיחת צמחים ופיטופלנקטון. עלייה בפחמן הדו חמצני יכולה להגדיל את הצמיחה על ידי הפריית אותם מינים מעטים של פיטופלנקטון וצמחים אוקיאניים (כמו עשב ים) שמסירים פחמן דו חמצני ישירות מהמים. עם זאת, מרבית המינים אינם נעזרים בזמינות מוגברת של פחמן דו חמצני.

כדור הארץ

צמחים על היבשה ספגו כ -25% מפחמן הדו-חמצני שבני אדם הציבו באטמוספירה. כמות הפחמן שסופגים הצמחים משתנה מאוד משנה לשנה, אך באופן כללי צמחי העולם מגדילים את כמות הפחמן הדו-חמצני שהם סופגים מאז 1960. רק חלק מגידול זה התרחש כתוצאה ישירה מפליטת דלקים מאובנים.

עם יותר פחמן דו חמצני אטמוספרי להמרה לחומר צמחי בפוטוסינתזה, הצמחים הצליחו לגדול יותר. גידול זה בצמיחה מכונה הפריית פחמן. המודלים צופים כי צמחים יכולים לגדול 12 עד 76% יותר אם פחמן דו חמצני אטמוספרי יוכפל, כל עוד שום דבר אחר, כמו מחסור במים, לא מגביל את צמיחתם. עם זאת, מדענים אינם יודעים כמה פחמן דו חמצני מגביר את צמיחת הצמחים בעולם האמיתי, מכיוון שצמחים זקוקים ליותר מפחמן דו חמצני כדי לגדול.

צמחים זקוקים גם למים, אור שמש וחומרים מזינים, במיוחד חנקן. אם אין לצמח אחד מהדברים האלה, הוא לא יגדל, ללא קשר למידת הצרכים האחרים. יש גבול לכמה צמחי פחמן יכולים להסיר מהאטמוספרה, והגבול הזה משתנה מאזור לאזור. עד כה נראה כי הפריית פחמן דו חמצני מגדילה את צמיחת הצמח עד שהצמח מגיע לגבול בכמות המים או החנקן הזמינים.

חלק מהשינויים בספיגת הפחמן הם תוצאה של החלטות לשימוש בקרקע. החקלאות הפכה להיות הרבה יותר אינטנסיבית, כך שנוכל לגדל יותר מזון בפחות אדמות. בקווי רוחב גבוהים ובינוניים, אדמה נטושה חוזרת ליער, ויערות אלה אוגרים הרבה יותר פחמן, הן בעץ והן באדמה, מאשר יבולים. במקומות רבים אנו מונעים את כניסת פחמן הצמח לאטמוספירה באמצעות כיבוי שריפות. זה מאפשר לחומר העצי (המאגר פחמן) להצטבר. כל ההחלטות הללו על שימוש בקרקע עוזרות לצמחים לספוג פחמן שמשחרר האדם בחצי הכדור הצפוני.

באזורים הטרופיים, עם זאת, יערות מפונים, לעתים קרובות באמצעות אש, וזה משחרר פחמן דו חמצני. בשנת 2008, כריתת יערות ייצגה כ -12% מכלל פליטת הפחמן הדו-חמצני האנושי.

השינויים הגדולים ביותר במחזור הפחמן הארצי עשויים להתרחש בגלל שינויי אקלים. פחמן דו חמצני מעלה את הטמפרטורות, מאריך את עונת הגידול ומגביר את הלחות. שני הגורמים הובילו לצמיחה נוספת של צמחים. עם זאת, טמפרטורות חמות יותר גם מלחיצות את הצמחים. עם עונת גידול ארוכה וחמה יותר, הצמחים זקוקים ליותר מים כדי לשרוד. מדענים כבר רואים ראיות לכך שצמחים בחצי הכדור הצפוני מאטים את הצמיחה בקיץ בגלל טמפרטורות חמות ומחסור במים.

צמחים מיובשים ולחץ מים רגישים יותר גם לאש וחרקים כאשר עונות הגידול מתארכות. בצפון הרחוק, שבו לעליית הטמפרטורה יש את ההשפעה הגדולה ביותר, יערות כבר החלו לשרוף יותר, ושחררו פחמן מצמחים ואדמה לאטמוספירה. יערות טרופיים יכולים גם להיות רגישים ביותר לייבוש. עם פחות מים, עצים טרופיים מאטים את הצמיחה וסופגים פחות פחמן, או מתים ומשחררים פחמן המאוחסן באטמוספירה.

ההתחממות הנגרמת על ידי הגידול בגזי החממה יכולה גם "לאפות" את האדמה, ולהאיץ את קצב ניקוז הפחמן במקומות מסוימים. זה מדאיג במיוחד בצפון הרחוק, שם האדמה הקפואה - פרפרוסט - מפשירה. פרמפרוסט מכיל מרבצי פחמן עשירים של חומר צמחי שהצטברו זה אלפי שנים בגלל שהקור מתמעט ונרקב. כאשר האדמה מתחממת, חומר אורגני מתפורר ופחמן - בצורת מתאן ופחמן דו חמצני - חודר לאטמוספירה.

במחקר הנוכחי מעריכים כי פרפרוסט בחצי הכדור הצפוני מחזיק 1,672 מיליארד טון (פטרגרמות) של פחמן אורגני. אם רק 10% מאותו פרמפרוסט מפשיר, הוא יכול לשחרר מספיק פחמן דו חמצני לאטמוספירה כדי להעלות את הטמפרטורות ב -0.7 מעלות צלזיוס (1.3 מעלות פרנהייט) בשנת 2100.

לימוד מחזור הפחמן

רבות מהשאלות שעוד מדענים צריכים לענות עליהן בנוגע למחזור הפחמן סובבות סביב איך זה משתנה. האטמוספירה מכילה כעת יותר פחמן מאשר בכל עת בשני מיליון שנה לפחות. כל מאגר במחזור ישתנה ככל שהפחמן יעבור במחזור.

איך יהיו השינויים האלה? מה יקרה לצמחים עם עליית הטמפרטורות ושינוי האקלים? האם הם יסירו יותר פחמן מהאטמוספרה ממה שהם יחזרו? האם הם יהפכו פחות פרודוקטיביים? כמה תוספת פחמן יתמוסס הפרמפרוסט באטמוספירה וכמה זה יגביר את ההתחממות? האם זרימת האוקיינוס ​​או התחממותם משנים את קצב האוקיינוס ​​סופג פחמן? האם חיי האוקיאנוס יהפכו פחות פרודוקטיביים? כמה יתחמץ האוקיאנוס ואילו השפעות יהיו לו?

תפקידה של נאס"א במענה לשאלות אלו הוא לספק תצפיות לוויין גלובליות ותצפיות שטח קשורות. בתחילת 2011 אוספו שני סוגים של מכשירי לוויין מידע רלוונטי למחזור הפחמן.

מכשירי התמונה הספקטרומראדיומטר ברזולוציה מתונה (MODIS), הטסים על לווייני הטרה והאקווה של נאס"א, מודדים את כמות צמחי הפחמן והפיטופלנקטון הופך לחומר ככל שהם גדלים, מדד הנקרא פרודוקטיביות ראשונית נטו. חיישני MODIS מודדים גם כמה שריפות מתרחשות והיכן הן נשרפות.

שני לווייני Landsat מספקים תצוגה מפורטת של שוניות האוקיאנוס, מה צומח ביבשה וכיצד כיסוי הקרקע משתנה. אתה יכול לראות צמיחה של עיר או שינוי מיער לחווה. מידע זה חיוני מכיוון ששימוש בקרקע אחראי לשליש מכל פליטת הפחמן האנושי.

לווייני נאס"א העתידיים ימשיכו בתצפיות אלה וימדדו גם פחמן דו חמצני ומתאן באטמוספירה, בגובה ובמבנה הצמחייה.

כל האמצעים הללו יעזרו לנו לראות כיצד משתנה מחזור הפחמן העולמי לאורך זמן. הם יעזרו לנו להעריך את ההשפעה שיש לנו על מחזור הפחמן, לשחרר פחמן לאטמוספירה או למצוא דרכים לאחסן אותו במקום אחר. הם יראו לנו כיצד שינוי האקלים משנה את מחזור הפחמן וכיצד שינוי המחזור משנה את האקלים.

אולם רובנו נצפה בשינויים במחזור הפחמן באופן אישי יותר. מבחינתנו, מחזור הפחמן הוא המזון שאנו אוכלים, החשמל בבתים שלנו, הגז במכוניות שלנו ומזג האוויר התקורה. מכיוון שאנחנו חלק ממעגל הפחמן, ההחלטות שלנו לגבי אופן החיים שלנו מתפשטות לאורך כל המחזור. כמו כן, שינויים במחזור הפחמן ישפיעו על אופן חיינו. כשכל אחד מאיתנו מבין את תפקידנו במעגל הפחמן, הידע מאפשר לנו לשלוט בהשפעה האישית שלנו ולהבין את השינויים שאנו רואים בעולם הסובב אותנו.