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碳循环

[db:作者]2021-03-10 22:53:28农业百科102人已围观

简介碳循环

  碳循环 : 生物圈中的碳以有机碳和无机碳形式不断生成、分解、转移、再生并相互转化的物质循环过程。在陆地和海洋上存在两个相对独立的碳循环系统。一个是从CO2到生命有机体,再到CO2的碳素内循环,此循环与农业生产关系密切。另一个是碳从CO2到生命有机体后,没有转化成CO2,而是由有机体转变成化石碳和碳酸盐, 经过开发燃烧或碳酸盐氧化后, 又重新转变为CO2, 这是碳素外循环。内循环周期以年计、月计, 甚至以周计; 外循环的周期是以地质年代计算的。在海洋和大陆之间的CO2,是通过空气的运动紧密地耦联在一起的。据计算大气中约有2.4×104亿吨的CO2,绿色植物每年大约需要消耗此量的1/20~1/35。如果没有相反的过程把CO2归还到大气中,大约经过20~35年,大气中的CO2将消耗殆尽,直接或间接靠光合积累生长的植物、动物将不能继续生活下去。碳循环维持了整个人类的生存和生物圈的生态平衡。
早在19世纪,地球化学家们已研究了碳在大气圈、海洋和地壳内的数量与分布。1934年V.M.戈尔斯施米特就提出了碳循环图。生物圈中的碳循环是从绿色植物光合作用固定CO2开始的。植物固定的碳,一部分被动物所消耗并通过呼吸作用释放出CO2, 动物和植物死亡后,在有氧的条件下,有机质的一部分被土壤中的微生物所分解,它们中的碳被氧化成CO2,并回到空气中。CO2的净生产率因植被的类型不同而有很大差异。热带雨林地区,森林生长迅速,每平方米的森林面积上每年所固定的碳为1~2公斤。北极冻土地带和沙漠地区只能固定上述数量的1%。中纬度的森林和耕地,其同化量为每平方米0.2~0.4公斤。森林不仅是陆地上CO2的主要消耗者,也是生物固碳的主要贮藏所。每年大约有120~150亿吨的碳转化为木材。在海洋中也进行类似的碳循环。它们由浮游生物固定CO2开始。浮游生物被鱼类或其它动物食用,这些动物不断地呼吸放出CO2补充到水中。动、植物尸体分解,有机碳又变成CO2回到水中。海水中的CO2。可以自给自足。参加内循环的碳只占地球上总碳量的千分之几,但它是整个碳循环的原动力。
动、植物尸体的另一部分,在地壳深层或海底缺氧的条件下,形成油母页岩、煤、石油和碳酸盐等有机碳和无机碳。在自然条件下,有机碳只有通过火山作用或岩石风化作用才能以CO2的形式被释放回大气中。海洋深层的碳酸盐是地球上碳的最大贮藏所。只有当深层水和表层水进行交换时,才能被氧化释放一部分CO2,回到海水中。海洋中最深层的水要完全更新至少需要1000年。所以,海洋中的碳素转换是碳循环中最缓慢的一个环节。
在自然条件下,生物圈的碳循环基本是平衡的(见图)。人类的活动对碳循环有重大影响。每年有50~60亿吨的化石碳燃烧,形成的CO2约有1/3留在大气中,2/3溶于海水中。20世纪以来,大气中的CO2从290μl/L增加到320μl/L,其中约1/5是70年代增加的,这种现象仍在继续, 已经引起了人们的关注,因为大气中CO2不断增加,可能引起全球温度上升、降水重新分配和气候变迁。但也有人认为CO2浓度升高后,会刺激植物光合作用,增加生物固碳量,同时海洋会吸收多余的CO2,建立新的平衡。
在碳循环中,凡能把CO2固定为有机碳的物质称为CO2库(又称二氧化碳汇);凡能供给植物光合作用所需CO2的直接和间接来源,称为二氧化碳源。植物是CO2的唯一的库。动、植物的呼吸,有机质的分解,火山爆发, 化石碳的燃烧以及岩石风化都可以放出CO2到大气和水中,它们都是植物光合作用所需CO2的源。CO2源和库之间没有截然的分界,植物是CO2的源,又是CO2的库,在人们讨论陆地植物的光合作用时,往往把大气和土壤视为CO2的源,因为各种途径释放的CO2,在补充植被下层对CO2的需要有着特殊的意义,在一定程度上弥补了植被内乱流交换弱、CO2供应不足使光合强度减少的矛盾。CO2来源多的地方(城市、工矿区)和季节(冬季),大气中CO2浓度就高;凡是光合作用旺盛进行的时期(夏季、白天),大气中CO2浓度就低。土壤呼吸释放CO2的数量因天气条件、土壤肥力和土壤湿度而异,就白天平均值而言,土壤呼吸提供的CO2占植物光合作用所需的10%~20%。特殊肥沃的土壤呼吸放出的CO2数量相当于植物光合作用固定量。

碳素循环图


从人类的利益看, 应加速碳素的内循环, 给人类创造更多的财富;控制外循环,防止因人类对石油、煤等的开发和燃烧所带来的一系列严重后果。

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