Вуглецевий цикл: резервуари, зворотний зв’язок і точки переламів

Чотири резервуари, дуже різні за розмірами

Вуглець безперервно переміщується між чотирма великими резервуарами. Літосфера – карбонатні породи та захований кероген – містить майже нездійсненні ~66 000 ГтС, по суті заблокований на будь-якому людському часовому масштабі. Океан містить ~38 000 ГтС, переважно у вигляді розчиненого бікарбонату. Ландшафтна біосфера – ґрунт, рослини та мертва органічна речовина – містить ~2 600 ГтС. І атмосфера, резервуар, яким ми дихаємо і який встановлює парниковий ефект, містить лише ~870 ГтС. Це найменший, найбільш швидкозмінний резервуар, і зміна на кілька гігатонн на рік може помітно вплинути на нього.

Біологічна помпа та океанічний осад

На суші біологічна помпа працює на основі фотосинтезу, який витягує CO2 з повітря та дихання/розкладання, повертаючи його назад – загальна валовий первинний приріст становить приблизно 120 ГтC на рік, що значно перевищує людські викиди, але майже повністю компенсується зворотним потоком. Океан поглинає вуглець двома способами: розчинна помпа (розчинення CO2 безпосередньо у холодній воді) та власна біологічна помпа (фітопланктон, а потім осаджувані органічні речовини). З 1850 року океан поглинув приблизно 170 ГтC антропогенного вуглецю – але це має свою ціну: pH морської води знизився з приблизно 8,18 до 8,05, вимірювана океанічна кислотність, яка послаблює організми, що будують раковини та рифи.

Reservoir            Approx. size (GtC)
Lithosphere (rock)     66,000,000
Ocean                      38,000
Terrestrial biosphere       2,600
Atmosphere                    870
Human emissions            ~10.5 GtC / year (net, all sources)

Повільний цикл, людське порушення та зворотні зв’язки

Під швидкими біологічними та океанічними циклами тече повільний цикл — вивітрювання порід поглинає приблизно 0,2–0,4 ГтС на рік, вулканізм повертає назад приблизно 0,1–0,3 ГтС — працюючи в масштабах тисячоліть та мільйонів років. Людська діяльність зараз переважує цей повільний баланс: спалювання викопного палива, виробництво цементу та зміна використання землі додають приблизно 10,5 ГтС на рік, що змушує атмосферний CO2 перейти від попередньоіндустріальних 280 ppm до приблизно 424 ppm сьогодні. Більше того, декілька резервуарів ризикують стати джерелами замість поглиначів: пермафрост містить 1400–1700 ГтС, вивільнення якого може статися при таненнях, тепліші ґрунти швидше дихають відповідно до правила Q10, океанічний поглинач слабшає через нагрівання та обсолюдження, а Амазонський ліс ризикує загинути після перевищення порогу вирубки в 20–25%. Кожен з них є самопідсилюваним зворотним зв’язком, який прискорює потепління незалежно від подальших людських викидів (оцінка Armstrong McKay et al., 2022, свідчить, що лише пермафрост біра може збільшитися на 10–35 ГтС до 2100 року). Запропоновані заходи пом’якшення включають природоорієнтовані рішення (лісовідновлення, накопичення вуглецю в ґрунті), пряме захоплення CO2 з повітря, прискорене вивітрювання порід та біоенергетику з захопленням та зберіганням вуглецю (BECCS).

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.