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全球碳循环

2010-04-21      来源:中国国土资源报     
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  自然界中,碳本来只是一个简单的元素。然而,因为它与全球变暖息息相关的关系,如今成为人们关注的焦点。时下,一些与之相关的词汇——“碳汇”“碳源”“碳排放”“低碳经济”“碳币”……就变得时髦起来。让我们来了解一下全球碳循环的过程。

  地球上的几个碳库

   地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料,含碳量约占地球上碳总量的99.9%。这两个库中的碳活动缓慢,实际上起着贮存库的作用。地球上还有三个碳库——大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容量小而活跃,实际上起着交换库的作用。

   碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在,总量为2.7×1016吨;在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在,总量有2×1012吨;在水圈中以多种形式存在;在生物库中,则存在着几百种被生物合成的有机物。这些物质的存在形式受到各种因素的调节。

  在大气中,二氧化碳是含碳的主要气体,也是碳参与物质循环的主要形式。在生物库中,森林是碳的主要吸收者,它固定的碳相当于其他植被类型的两倍。森林又是生物库中碳的主要贮存者,贮存量大约为4.82×1011吨,相当于目前大气含碳量的2/3。

  碳的地球化学循环

   碳的地球化学循环控制了碳在地表或近地表的沉积物和大气、生物圈及海洋之间的迁移,而且是对大气二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。

   沉积物含有两种形式的碳:干酪根和碳酸盐。在风化过程中,干酪根与氧反应产生二氧化碳,而碳酸盐的风化作用却很复杂。含在白云石和方解石矿物中的碳酸镁和碳酸钙受到地下水的侵蚀,产生出可溶解于水的钙离子、镁离子和重碳酸根离子。它们由地下水最终带入海洋。

   在海洋中,浮游生物和珊瑚之类的海生生物摄取钙离子和重碳酸根离子来构成碳酸钙的骨骼和贝壳。这些生物死了之后,碳酸钙就沉积在海底而最终被埋藏起来。

   二氧化碳可由大气进入海水,也可由海水进入大气。这种交换发生在气和水的界面处,由于风和波浪的作用而加强。这两个方向流动的二氧化碳量大致相等,伴随着大气中二氧化碳量的增多或减少,海洋吸收的二氧化碳量也随之增多或减少。

  碳的生物循环

   在碳的生物循环中,大气中的二氧化碳被植物吸收后,通过光合作用转变成有机物质,然后通过生物呼吸作用和细菌分解作用又从有机物质转换为二氧化碳而进入大气。碳的生物循环包括了碳在动、植物及环境之间的迁移。

   绿色植物从空气中获得二氧化碳,经过光合作用转化为葡萄糖,再综合成为植物体的碳化合物,经过食物链的传递,成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气,另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后,残体中的碳,通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气。大气中的二氧化碳这样循环一次约需20年。

  一部分(约千分之一)动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。这些沉积物经过悠长的年代,在热能和压力作用下转变成矿物燃料——煤、石油和天然气等。当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时,其中的碳氧化成为二氧化碳排入大气。如今,人类消耗大量矿物燃料对碳循环产生了重大影响。

   一方面沉积岩中的碳因自然和人为的各种化学作用分解后进入大气和海洋;另一方面生物体死亡以及其他各种含碳物质又不停地以沉积物的形式返回地壳中,由此构成了全球碳循环的一部分。碳的生物循环虽然对地球的环境有着很大的影响,但是从以百万年计的地质时间上来看,缓慢变化的碳的地球化学大循环才是地球环境最主要的控制因素。

  

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