碳循环的三个方面

一、未受干扰的碳循环
1、大气与海洋之间：
表层海水与大气圈存在活跃的交换，广阔的大洋水体中溶解了大量的CO2，浮游生物也会通过制造自身的骨骼壳体而将碳元素固定下来，一种是“溶解度泵”,这是一种物理泵,它与海洋环流密切相关,其原理是在高纬度低温海水将大气中CO2溶解并带入深海中。

另两种均为生物泵,其一是碳酸盐泵,是一些微型生物如颗石藻、有孔虫以碳酸钙(镁)为骨架或细胞壁,将大气中CO2气体转化为海水中的碳酸盐形式。

其二是生物CO2泵指浮游植物通过光合作用将CO2气体转化为海洋中有机碳形式。

2、大气与陆地之间：
大气中的CO2被陆地上的植物光合固定，经过食物链的传递转化成动物体的碳化合物，植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为CO2释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。

动、植物死后，残体中的碳,通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气。

3、海洋与陆地之间：
而陆地上的碳主要分布在生物圈与岩石圈中，大气中的二氧化碳溶解在雨水和地下水中成为碳酸，碳酸能把石灰岩变为可溶态的重碳酸盐，并被河流输送到海洋中,此外，地层中被固定的碳形成沉积物，经过河流、风蚀和地下水等侵蚀作用，部分碳也被搬运进入海洋，存留在近海大陆架上。

海水中接纳的碳酸盐和重碳酸盐含量是饱和的。

新输入多少碳酸盐，便有等量的碳酸盐沉积下来。

通过不同的成岩过程，这些碳酸盐与动植物残体形成的碳酸盐一道又形成为石灰岩、白云石和碳质页岩。

在化学和物理作用（风化）下，这些岩石被破坏，所含的碳又以CO2的形式释放入大气中。

火山爆发也可使一部分有机碳和碳酸盐中的碳再次加入碳的循环。

海洋向陆地的碳传输过程主要是海洋深层溶解有机盐和颗粒态有机碳通过沉积作用进入陆地系统。

通过地质作用返还陆地。

4、气候变化与变异与碳循环的关系
CO2,CH4这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，能强烈吸收地面辐射中的红外线，正是此物理过程才使地球保持了目前的温度。

但大气中的CO2增多时就会引起
气候变暖的变异，由于人类活动使大气中二氧化碳浓度增加，温室效应导致全球变暖，全球气候变化对海洋碳的吸收有负效应，甚至会导致CO2吸收的减弱。

大气中二氧化碳增加，有效辐射相对就会减少，海水表面的温度会随之增高，海水的稳定度加大，从而海洋吸收二氧化碳的能力就会减少，大气中二氧化碳的含量会相应增加，这是一种正反馈的机制。

水的温度对维持海洋里浮游生物的生态系统有着直接影响。

而海洋变暖将会影响浮游生物，反过来驱动气候变化的恶性循环。

全球变暖导致海平面上升，大气湿度增加，植被带发生迁移。

热带雨林和寒温带落叶阔叶林面积的增加引起生物库和土壤库的碳储量增加；沙漠、半沙漠寒温带常绿针叶林和冻原面积的减少使得土壤碳库相应缩减，自然环境下，随着温度升高，植物中的酶的活性会增强，光照强度的增强，这两者都会使光合作用速度增加。

长期来说，全球气候变化对海洋中的生物有重要的影响。

大气中二氧化碳浓度的增高会造成海洋中的硅藻光合作用增强、以及浮游植物的呼吸作用下降。

气候变化还会影响植物的生态生理特性，例如叶面积指数，茎面积指数，根延伸的轮廓，冠层高度等。

气候变暖后森林发生火灾的几率加大，火灾一旦发生，植被生产力下降，破坏陆地子系统与其他系统的碳循环过程。

二、受干扰的碳循环
在一个不受干扰的碳循环里，海洋和陆地生态系统等自然碳源排人大气的大量CO2 已通过光合作用和海洋吸收等自然过程的清除作用几乎完全平衡。

工业革命以前，这一时期的自然碳收支处于很好的平衡态。

工业革命之后的几百年里，人类活动造成的碳收支失衡不断增长、积累，碳循环的平衡开始被破坏。

这种非平衡态导致了大气中多余CO2的累积。

首先是化石燃料的燃烧，进入工业时代之后，大量化石能源被使用，几千万年前几亿年前地球存储下来的碳都被从地底下挖了出来，烧掉，这些化石燃料的最主要排放形式，就是进入大气。

工业时代的人类建造各种建筑、设施所使用的水泥，也需要焚烧大量的石灰岩，也向大气排放二氧化碳。

这些燃料燃烧所产生的碳就会进入到碳循环中，进而影响气候的变化。

CO2是最主要的温室气体，人类活动使大气中CO2浓度持续增长，导致了全球气候变暖、海平面上升等后果。

其中运输系统的发展，也是由于化石燃料的燃烧产生的CO2对增加了大气中的碳含量，而汽车的增多对环境的影响也日益显著。

其次是土地利用方式的改变，陆地生态系统是最活跃的碳循环因素，具有很大的不确定性。

按照生态类型划分，全球的碳有46% 贮存在森林，23% 贮存在热带及温带草原，其余贮存在耕地、湿地、冻原、高山草地及沙漠半沙漠中。

不同的土地利用方式改变了地表植被和土壤的分布，导致CO2释放量与吸收量的变化。

人类的生存有赖于农业，发展依附于工业。

为了进行这两项满足自身需要的活动，人类不断地砍伐森林,在温带和亚热带森林大面积破坏之后，热带森林也开始遭受毁灭。

而前文中提到的运输业的发展也影响到土地利用方式的转变，例如使得偏远地区的土地也能够被利用，这也就间接影响到大气与陆地之间的碳循环过程。

最后是海洋的利用，海洋在全球碳循环中起着极其重要的作用，海洋是地球上最大的碳库。

从海底可以开采出大量石油、天然气等对全球碳循环造成巨大的影响。

人类制造的工业废弃物排入海洋，改变了海洋利用系统，使得海水性质发生变化，海洋生物的生存环境偏离原来的状态，影响绿色植物和部分微生物的光合作用以及微生物的分解作用。

三、碳循环中一些问题的看法
由于人类对经济福利方面的追求，推动全球贸易，带动全球性的经济发展。

然而经济发展的同时，由于资源的消耗和化石燃料的燃烧引起大气中CO2含量增多，进而引起气候变化。

其次由于人类对福利的追求，促进科学技术上的发展。

科学技术的发展从三个方面直接影响碳循环过程。

一方面影响人类对海洋资源的开发利用，另一方面，科学技术的应用改变土地利用系统。

再者，科学技术的发展影响工业及运输系统。

反之，虽然人类对生态系统的改变已经极大地促进了人类福祉的提高和社会经济的发展，但是获取以上收益的成本却不断上升。

如许多生态系统的退化，生态系统出现非线性变化的风险已经加大，不断频发的自然灾害威胁人类安全、不洁净的空气与水资源直接影响人类生活幸福感。

全球气候变化直接影响全球的水循环，温度越高，大气的持水能力越强，全球和许多流域降水量可能增加，但同时蒸发量也增加，这使气候的变率增加，即有更强的降水和更多的干旱，温度升高也可使降水的季节分配发生变化，这会导致农作物减产，但同时，降水增加尤其是干旱地区会积极促进农作物生长。

全球气候变暖伴随的CO2含量升高也会
促进农作物的光合作用。

气候变暖直接导致部分地区夏天出现超高温，化石燃料的燃烧时的大气污染加剧，雾霾天气增多，损害人身健康。

这些变化使得人类重新反思与自然的关系。

进而同样通过技术和体系上的改变影响土地利用系统、工业运输系统、海洋利用系统。

如退耕还林、工业减排。

针对全球变暖的挑战，1992年制定了联合国气候变化框架公约，1997签署了京都议定书，标志着国际社会进入了一个实质性减排温室气体的阶段。

在欧洲，企业可以通过买卖CO2排放量信用配额来实现排放达标的目标。

碳排放已经成为一种市场化的交易。