碳是怎么來的？一起了解碳循環

1.碳循環

碳循環，是指碳元素在地球上的生物圈、水圈、巖石圈及大氣圈中交換，并隨地球的運動循環不止的現象。

生物圈中的碳循環主要表現在綠色植物從大氣中吸收二氧化碳，在水的參與下經光合作用轉化為葡萄糖并釋放出氧氣，有機體再利用葡萄糖合成其他有機化合物。

有機化合物經食物鏈傳遞，又成為動物和細菌等其他生物體的一部分。

生物體內的碳水化合物一部分作為有機體代謝的能源經呼吸作用被氧化為二氧化碳和水，并釋放出其中儲存的能量。

碳循環過程，大氣中的二氧化碳大約20年可完全更新一次。自然界中絕大多數的碳儲存于地殼巖石中，巖石中的碳因自然和人為的各種化學作用分解后進入大氣和海洋，同時死亡生物體以及其他各種含碳物質又不停地以沉積物的形式返回地殼中，由此構成了全球碳循環的一部分。

碳元素在大氣、土壤、巖層及動植物間流轉的過程。藻類和綠色植物經由光合作用，將大氣中的二氧化碳轉換為碳水化合物，再經動物的呼吸作用，尸體分解及燃燒等形式而回歸大氣。所以碳素循環始終維持平衡。

地球上最大的兩個碳庫是巖石圈和化石燃料，含碳量約占地球上碳總量的99.9%。

自然界碳循環的基本過程如下：大氣中的二氧化碳(CO2)被陸地和海洋中的植物吸收，然后通過生物或地質過程以及人類活動，又以二氧化碳的形式返回大氣中。

生物和大氣之間的循環

綠色植物從空氣中獲得二氧化碳，經過光合作用轉化為葡萄糖，再綜合成為植物體的碳化合物，經過食物鏈的傳遞，成為動物體的碳化合物。

植物和動物的呼吸作用把攝入體內的一部分碳轉化為二氧化碳釋放入大氣，另一部分則構成生物的機體或在機體內貯存。

動、植物死后，殘體中的碳，通過微生物的分解作用也成為二氧化碳而最終排入大氣。

大氣中的二氧化碳這樣循環一次約需20年。

一部分(約千分之一)動、植物殘體在被分解之前即被沉積物所掩埋而成為有機沉積物。這些沉積物經過悠長的年代，在熱能和壓力作用下轉變成礦物燃料--煤、石油和天然氣等。當它們在風化過程中或作為燃料燃燒時，其中的碳氧化成為二氧化碳排入大氣。人類消耗大量礦物燃料對碳循環發生重大影響。

一方面沉積巖中的碳因自然和人為的各種化學作用分解后進入大氣和海洋;另一方面生物體死亡以及其他各種含碳物質又不停地以沉積物的形式返回地殼中，由此構成了全球碳循環的一部分。碳的生物循環雖然對地球的環境有著很大的影響，但是從以百萬年計的地質時間上來看，緩慢變化的碳的地球化學大循環才是地球環境最主要的控制因素。

大氣和海洋之間的交換

二氧化碳可由大氣進入海水，也可由海水進入大氣。這種交換發生在氣和水的界面處，由于風和波浪的作用而加強。這兩個方向流動的二氧化碳量大致相等，大氣中二氧化碳量增多或減少，海洋吸收的二氧化碳量也隨之增多或減少。

含碳鹽的形成和分解

大氣中的二氧化碳溶解在雨水和地下水中成為碳酸，碳酸能把石灰巖變為可溶態的重碳酸鹽，并被河流輸送到海洋中，海水中接納的碳酸鹽和重碳酸鹽含量是飽和的。新輸入多少碳酸鹽，便有等量的碳酸鹽沉積下來。通過不同的成巖過程，又形成為石灰巖、白云石和碳質頁巖。在化學和物理作用(風化)下，這些巖石被破壞，所含的碳又以二氧化碳的形式釋放入大氣中?；鹕奖�發也可使一部分有機碳和碳酸鹽中的碳再次加入碳的循環。碳質巖石的破壞，在短時期內對循環的影響雖不大，但對幾百萬年中碳量的平衡卻是重要的。

人類活動

人類燃燒礦物燃料以獲得能量時，產生大量的二氧化碳。從1949年到1969年，由于燃燒礦物燃料以及其他工業活動，二氧化碳的生成量估計每年增加4.8%。其結果是大氣中二氧化碳濃度升高。這樣就破壞了自然界原有的平衡，可能導致氣候異常。礦物燃料燃燒生成并排入大氣的二氧化碳有一小部分可被海水溶解，但海水溶解態二氧化碳的增加又會引起海水中酸堿平衡和碳酸鹽溶解平衡的變化。

2.森林生態系統的作用

森林生態系統作為吸收二氧化碳釋放氧氣的的大碳匯在碳循環中起著非常重要的作用。全球森林面積為41.61億公頃，其中熱帶、溫帶、寒帶分別占32.9%、24.9%和42.1%。全球陸地生態系統地上部的碳為562Gt，森林生態系統地上部的含碳量為483Gt，占了86%。全球陸地生態系統地下部含碳量為1 272Gt，而森林地下部含碳約927Gt，占整個世界土壤含碳量的73%。

森林生態系統在碳循環中的作用主要取決于以下幾個方面：

1)、生物量

森林生態系統的生物量貯存著大量的碳素，如按植物生物量的含碳量為45%～50%計，那么整個森林生態系統的生物量將近一半是碳素含量。我國森林生態系統潛在的植物總碳貯量為8.41Pg，現有的實際碳貯存總量只是潛在的植物總碳貯量的44.3%。因此，如果我國的森林生態系統得到切實有效的保護，那么它將是中國一個重要的碳匯。

2)、林產品

森林生態系統林產品的固碳量是個變化很大的因子。一般林產品根據其使用壽命可分為短期產品和長期產品。像燃料用木、紙漿用木等屬于短期產品，而膠合板、建筑用木則屬于長期產品。林產品使用壽命的長短在很大程度上也決定著森林生態系統的碳匯功能。使用壽命長的林產品可以延緩碳素釋放，緩解全球大氣碳濃度的增加，一般來說，耐用林產品的使用壽命可達100～200a，在這么長時間里，通過再造林完全可以實現碳素的良性循環。因此，應盡量加工耐用、使用壽命長的林產品。

3)、植物枯枝落葉和根系碎屑

這一部分含碳量在整個森林生態系統中占的比例雖少，但也是一個不容忽略的碳庫，減緩它的沉淀和分解對于森林生態系統的固碳量也起到一定的作用。

4)、森林土壤

這是森林生態系統中最大的碳庫。全球森林土壤的含碳量為660～927Gt，是森林生態系統地上部的2～3倍。研究土壤碳庫及其碳循環和全球變化已成為土壤學的一個新的發展方向。

5)、全球碳庫

碳是生命物質中的主要元素之一，是有機質的重要組成部分。

概括起來，地球上主要有四大碳庫，即大氣碳庫，海洋碳庫、陸地生態系統碳庫和巖石圈碳庫。

碳元素在大氣、陸地和海洋等各大碳庫之間不斷地循環變化。大氣中的碳主要以二氧化碳和甲烷等氣體形式存在，在水中主要為碳酸根離子。在巖石圈中是碳酸鹽巖石和沉積物的主要成分，在陸地生態系統中則以各種有機物或無機物的形式存在于植被和土壤中。

3.碳的地球化學循環

碳的地球化學循環控制了碳在地表或近地表的沉積物和大氣、生物圈及海洋之間的遷移，而且是對大氣二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。

4.碳的生物循環

在碳的生物循環中，大氣中的二氧化碳被植物吸收后，通過光合作用轉變成有機物質，然后通過生物呼吸作用和細菌分解作用又從有機物質轉換為二氧化碳而進入大氣。碳的生物循環包括了碳在動、植物及環境之間的遷移。

5.全球碳循環的過程

碳固定包括有機碳固定、無機碳固定，以及人類通過各種技術方法對碳的固定。有機碳固定是指綠色植物從空氣中獲取CO2，經過光合作用轉化為葡萄糖，再合成為植物體的碳化合物，經過食物鏈的傳遞，成為動物體的碳化合物。無機碳固定包括海水溶解部分大氣中CO2，干旱區鹽堿土吸收CO2，以及碳質巖的形成(即雨水和地下水吸收大氣中CO2 成為碳酸，碳酸又把石灰巖變為可溶態的重碳酸鹽流入海洋。而海水中的碳酸鹽和重碳酸鹽含量是飽和的，接納了新輸入碳酸鹽后便有等量的碳酸鹽沉積下來。通過成巖過程形成石灰巖、白云石和碳質巖)。人類固定CO2 的技術有：在地下深層埋藏CO2，通過高溫高壓反應將CO2 合成為其他碳化合物。

碳釋放包括：

①有機體碳釋放，即植物和動物( 包括微生物) 的呼吸作用把通過光合作用積累在體內的一部分碳轉化為CO2 釋放進大氣，構成生物體或貯存在生物體內的碳, 在生物體死亡后通過微生物分解作用轉變為CO2，最終排入大氣。大氣中的CO2 平均每7 年通過光合作用與陸地生物圈交換1 次。

②燃料化石碳釋放，一部分動植物殘體在被分解之前即被沉積物所掩埋，而成為有機沉積物，經過悠長的年代，它們在熱能和壓力作用下轉變成礦物燃料——煤、石油和天然氣等。當它們在風化過程中或作為燃料燃燒時，其中的碳氧化成CO2 排入大氣。人類消耗大量礦物燃料對碳循環產生了重大影響，全世界每年燃燒煤炭、石油和天然氣化石燃料，以及水泥生產等釋放到大氣中的碳為5.3×1012 千克。

③在化學和物理因素作用下，石灰巖、白云石和碳質頁巖被分解，所含的碳又以CO2 形式釋放入大氣中。碳質巖的破壞在短時期內對碳循環的影響雖不大，但對全球幾百萬年尺度時間里的碳平衡卻是重要的。

④大氣、河流和海洋之間的CO2 交換，這種交換發生在氣和水的交界面，由于風和波浪的作用而加強，且這兩個方向流動的CO2 量大致相等，大氣與河流和海洋之間碳交換量為1.02×1015 千克。

6.CO2失匯

科學家在進行全球碳平衡研究和估算中發現，排放的CO2 有近20% 去向不明，這就是全球變化與碳循環領域的CO2 失匯，即“碳黑洞”問題。失匯量約每年(1.8~3.1)×1012 千克。

7.我國在應對氣候變化中的擔當

2015 年12 月，在巴黎氣候變化大會上通過的《巴黎氣候變化協定》，其目標是在21 世紀中，將全球平均氣溫較工業化之前的升幅控制在2.0℃以內，最理想的情況是控制在1.5℃以內。該協定于2016 年11 月4 日正式生效，明確要求世界各國要加強對氣候變化威脅的全球應對，推動各方以“自主貢獻”方式參與全球應對氣候變化行動，以此來降低溫室氣體排放，減緩全球升溫速率。全球未來碳排放目標是：到2050 年，全球減排50%，發達國家減排80% ;全球累計排放最多4.16×1014 千克，人均累計排放最多5.3×104 千克，發達國家和發展中國家人均累計排放分別為8.1×104 千克和4.7×104 千克。

無論是森林固碳，還是干旱區鹽堿土固碳，中國生態系統可抵消化石燃料總排放的1/3, 1981—2000 年，化石燃料釋放的碳量為1.32×1013 千克，生態系統吸收的碳量為(3.5-4.6)×1012 千克，相當于化石碳排放量的27%—34%。中國陸地生態系統的碳匯目前已經高于歐洲、低于北美。

2015 年，我國提出了2030 年應對氣候變化行動目標，推動社會轉型升級。當年單位GDP 的CO2 排放比2005 年下降了60%—65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20% 左右，森林蓄積量比2005 年增加了45 億米3。我國積極推進應對氣候變化國際合作和全球氣候治理進程，全面推進低碳發展，超額完成應對氣候變化的目標任務，扭轉了多年來CO2 排放快速增長的局面，展現了對構建人類命運共同體的擔當。