Основные этапы круговоротауглерода:
1) СО2 поглощается при фотосинтезе зелеными растениями и фотосинтезирующими водорослями;
2) углерод проходит по цепям питания в составе разнообразных органических соединений;
3) углерод выделяется в составе СО2 при дыхании всех видов организмов в воздух и воду;
4) часть углерода постоянно выводится из круговорота: заторфовывается, недоокисляется и переслаивается осадочными породами с образованием нефти, угля, сланцев;
5) при соединении СО2 с Са2+ часть углерода выводится из цикла бактериями, простейшими, коралловыми полипами и моллюсками, с образованием залежей известняков.
Круговорот углерода неразрывно связан с круговоротом кислорода, поскольку СО2 является ключевым звеном для обоих круговоротов. В течение геологической истории Земли содержание СО2 в атмосфере все время снижалось от примерно 60 до 0,33 % в настоящее время. Процессы недоокисления органических остатков редуцентами привели к образованию известняков, угля, газа и горючих сланцев – резервуара углерода.
Человек сжигает ископаемое топливо, возвращая в атмосферу углерод. Факты увеличения количества углекислого газа и метана в атмосфере доказаны. За последние 100 лет концентрация СО2 увеличилась с 0,27 до 0,33 %. Широкая общественность связывает повышение концентрации СО2 в атмосфере с глобальным потеплением. Парниковым эффектом (способностью задерживать тепловое излучение Земли в космос) обладают многие газы: фреоны (хлорфторуглероды, например, CCl2F2), CH4, СО2, N2O, пары Н2О и многие другие. Прогнозируемое потепление в ближайшее 100 лет – 4,5 ºС не будет равномерным. У полюсов температура повысится на 10 – 12 ºС, что приведет к активному таянию льдов и повышению уровня Мирового океана на 5 – 7 м.
Последствиями парникового эффекта могут быть:
1) затопление низменностей, утрата плодородных пойм;
2) усиление засушливости климата (Сахары, Северной Америки, Индостана);
3) перестройка циркуляции атмосферы, усиление штормовой активности.
4) смещение климатических зон, таяние многолетней мерзлоты и гибель лесов на мерзлоте;
5) увеличение продуктивности растительных сообществ, благоприятные условия для сельского хозяйства в некоторых регионах.
Нельзя однозначно установить зависимость потепления от повышения концентрации СО2 в атмосфере, возможно, что именно потепление определяет повышение концентрации СО2 . Непериодические колебания средней температуры атмосферы были и раньше, задолго до появления человека (до масштабного сжигания ископаемого топлива). Ежегодный антропогенный выброс СО2 в атмосферу примерно 5,6 млрд. т, то есть около 10 % круговорота углерода в наземных экосистемах. Однако масштабы океанической циркуляции углерода гораздо больше, чем наземной. В океане в растворенном виде СО2 в 50 раз больше, чем в атмосфере. К тому же человеческая деятельность способствует не только потеплению, но и похолоданию, поскольку вместе с парниковыми газами в воздух выбрасывается много пыли и сажи, задерживающих солнечные лучи.