כל היסודות על פני כדור הארץ, כולל פחמן נעים במחזוריות, כחלק ממערכת סגורה. אין אובדן או קלט של פחמן מהחלל. דיאגרמת מחזור הפחמן מציגה שלבים שונים במחזור הפחמן במאה ה-21.
הדיאגרמה
דיאגרמת הפחמן העולמית של אוניברסיטת ניו-המספיר מתארת בריכות ושטפים המרכיבים את מחזור הפחמן. בריכות פחמן אוגרות כמויות גדולות של פחמן לפרקי זמן ארוכים והן בצבע כחול. שטפים הם התהליכים המעבירים פחמן מבריכה אחת לאחרת והם באדום.לשטפים שני חלקים: אחד שמוציא פחמן מהאוויר ואחד שמשחרר את הפחמן הקבוע בחזרה כ-CO2 לאטמוספירה.
בריכות פחמן
כמויות הפחמן שהבריכות מאחסנות מוזכרות בפטאגרם של פחמן (PgC). Pg אחד שווה למיליארד טון ונקרא גם ג'יגהטון (Gt).
- סלעים:רוב הפחמן ננעל כסלעי משקע.
- מיטת האוקיינוס: בריכת הפחמן השנייה בגודלה נמצאת מתחת לאוקיינוסים בצורה של פחמן דו חמצני (CO2) מומס במים.
- דלקים מאובנים: מאגר הפחמן השלישי בגודלו הם הדלקים המאובנים, כגון פחם, ליגניט, גז טבעי ונפט, הנוצרים משאריות של צמחים יבשתיים וימיים ובעלי חיים בטמפרטורה ולחץ מיוחדים.
- משטח האוקיינוס: פחמן מאוחסן לזמן קצר במים העיליים כ-CO2 המומס במים או בגופם של צמחים ימיים חיים ובעלי חיים.
- בריכות יבשתיות: כל הפחמן המצטבר בעצים ובקרקעות יוצר בריכה נוספת לטווח קצר, ומשתחרר לאחר כמה עשורים או מאות שנים, למשל, כשכורתים עצים או למות.
- פחמן דו חמצני: פחמן הקיים באוויר בצורתו הגזי, CO2, עוזר לשמור על חום כדור הארץ. בלי החיים האלה כפי שהם קיימים לא היו אפשריים עלי אדמות. יש תוספת וספיגה מתמדת ממאגר הפחמן הזה.
הסרת פחמן בשטף
כמויות הפחמן המועברות מדי שנה מוצגות כ-PgC לשנה בתרשים. CO2 מוסר מהאוויר ומתוקן בתהליכים יומיומיים מהירים. היווצרות חומרים אורגניים ושקעי פחמן איטיים יותר ודורשים זמן.
- פוטוסינתזה - צמחים ירוקים משתמשים ב-CO2, יחד עם מים ואנרגיה מהשמש בתהליך הנקרא פוטוסינתזה ליצירת סוכרים פשוטים ולאחר מכן את חומרי ההזנה שהצמחים צריכים.
- קליפת האוקיינוסים - CO2 אטמוספרי נקלט ומשמש לפוטוסינתזה גם באוקיינוסים. כאן הפיטו-פלנקטונים הם המקבילות לצמחים, שכל החיים באוקיינוסים תלויים בהם. בנוסף, CO2 המומס במים הופך לסידן פחמתי ומשמש בקונכיות ושלדים של בעלי חיים ימיים.
- שרשרת המזון - כאשר אוכלי עשב אוכלים צמחים, או טורפים ואוכלי כל אוכלים חיות אחרות הפחמן הזה מועבר לאורך שרשרת המזון כדי לעזור לבעלי חיים לגדול, לחיות ולהתרבות.
- הוספת חומר אורגני והמלטה - כאשר צמחים ובעלי חיים מתים, הם מתפרקים על ידי חיידקים ליצירת חומוס או חומר אורגני שהופך לחלק מהאדמה. פסולת שנוצרת מדי שנה כאשר עצים משירים זרדים ועלים, וממחזרים פחמן כל הזמן לאדמה. זה משמש בחלקו לצמיחת צמחים ושומר על זרימת הפחמן, בעוד השאר יוצר פחמן באדמה.
יצירת בריכות פחמן
כמויות ה-CO2 בשימוש ומשך הזמן שהן נשארות מאוחסנות כפחמן קבוע משתנים עם אורגניזמים ותהליכים שונים.
- מאחר שעצים ארוכים וצוברים פחמן בגבעול, בעלים ושורשיהם, הם פועלים כשקעי פחמן.
- קרקעות צוברות פחמן כחומר אורגני ושורשים מתים שנשארים באדמה זמן רב לאחר שצמח או עץ מתים; ישנן כמויות עצומות של ביומסה בצורת שורשים חיים של עצים ואדמות עשב באדמה. קרקעות יוצרות עוד כיור פחמן חשוב.
- כמה צדפים ושלדים של בעלי חיים ימיים מצטברים בקרקעית האוקיינוסים כדי לייצר אבן גיר.
כיורי פחמן הם שטף או תהליך חשוב שבסופו של דבר מביאים לבריכות פחמן. בטווח הקצר הם מייצרים בריכות פחמן יבשתיות, ובטווח הארוך דלקים מאובנים וסלעים.
זרימת ארץ לאוקיינוס
כאשר נהרות זורמים לאוקיאנוסים הם נושאים עימם משקעים עשירים בחומר אורגני. ביצות ושיטפונות גאות ושפל גם מעבירים פחמן בצורת חומר אורגני לאוקיינוסים בכל שנה.
שחרור טבעי של פחמן דו חמצני
במחזור הפחמן הטבעי, פחמן משתחרר בחזרה לאטמוספירה בעיקר באמצעות נשימה ופירוק.
- נשימת צמחים - רוב היצורים החיים חיידקים, צמחים ובעלי חיים ביבשה נושמים. הם נושמים חמצן, ומוציאים CO2 החוצה, על ידי פירוק מזון שהם אכלו. זוהי אחת הרכיבות הקצרות ביותר של פחמן.
- פירוק קרקע ונשימה - כל החומר הנרקב ביבשה אינו הופך לחומר אורגני. חלק מהפחמן משתחרר ישירות לאוויר כ-CO2. החיידקים והאמינלים הקטנים החיים באדמה גם משחררים CO2 בכל יום כשהם נושמים.
- אובדן אוקיינוס - נשימה וריקבון של צמחים ובעלי חיים ימיים משחררים גם CO2 לבריכת הפחמן באטמוספירה.
- הרי געש - כמות קטנה של פחמן משתחררת לאטמוספירה על ידי פעילות וולקנית.
פעילויות אנושיות המשחררות פחמן דו חמצני
בנוסף לשטפים טבעיים, ישנן פעילויות אנושיות רבות המשחררות פחמן קבוע בחזרה לאטמוספירה כ-CO2.
- שריפת דלקים מאובנים- שריפה של כיורי פחמן עץ, פחם, גז טבעי, בנזין לחשמל, חימום, בישול או הובלה היא אחת הדרכים העיקריות לשחרור פחמן חזרה לאוויר. רבים מהדלקים המאובנים משמשים גם למטרות תעשייתיות ומוסיפים עוד יותר CO2 לאטמוספירה.
- שינויים בשימוש בקרקע - כריתת יערות, פינוי שטחי עשב ליצירת התנחלויות, חוות המחליפות צמיחה טבעית ושימוש במכונות שמובילות לפליטות, יש להן השלכות ארוכות טווח. זה מוביל להוספת CO2 למאגר הפחמן האטמוספרי.
נקודות מבט שונות מדיאגרמות נוספות
ישנם סוגים רבים של דיאגרמות מחזור פחמן והם מספקים מידע שונה על מחזור חיוני זה.
- מחזור פשוט: התרשים של BBC מתאר מחזור פחמן פשוט. כך נראה מחזור הפחמן בתקופה הפרה-תעשייתית, עד לפני 150 שנה, כאשר כמויות תנועת הפחמן לא היו בעיה.
- שינויי אקלים: מחזור הפחמן של אוניברסיטת קלגרי הוא ניתוח ציורי של האופן שבו פעילויות אנושיות מודרניות שינו את האיזון העדין במחזור הפחמן.
- תהליכים כימיים: מחזור הפחמן על ידי בריטניקה מתמקד בתגובות הכימיות השונות המשפיעות על שטפי פחמן ועל בריכות, ולא על כמויות של מיחזור פחמן. מחזור זה מעניין עבור אנשים שרוצים לדעת את הצורות השונות בהן קיים פחמן וכיצד הוא משתנה.
שימוש במחזור פחמן
יש עלייה של 30% ב-CO2 באטמוספירה, עקב פעילות אנושית ב-150 השנים האחרונות.מכיוון ש-CO2 באוויר גורם להתחממות, הוספת עוד CO2 לאטמוספירה גם מגבירה את השפעת ההתחממות שלו. זה הביא להתחממות כדור הארץ ולשינויי אקלים. הבנת מחזור הפחמן, וכיצד והיכן פעילויות אנושיות משנות אותו, יכולה לעזור במציאת דרכים ושיטות יעילות להתמודדות עם בעיית שינויי האקלים.