碳循環在環境中的作用

摘 要：人們可能都喜歡鉆石，也都曾使用過鉛筆來寫字。但我們可能很難相信那種堅固無比的鉆石，或者是那漆黑的鉛棒與所有生物體內都存在的碳是同一種物質。是的，碳在我們的地球上是無處不在的。它能以各種形態存在，并在海洋、大陸、與大氣中不停地循環。構成了我們生存的基本條件之一—— 碳循環。

關鍵詞：碳循環 二氧化碳 食物鏈 大氣 海洋 陸地 生態環境

中圖分類號：X14 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0132-01

地球在浩瀚的歷史長河中，不斷地有生物從中演化而出，同時，也有生物在消亡。滅亡的生物經過了微生物的作用，被分解為有機物，以另一種形式重新進入到了環境之中。而這就是碳元素在生物與環境之間的一種循環方式。在地球上，一切的生命形式都會根據其周圍的空氣、水、土壤和火這四個基本要素做出微妙的調整；即根據這些要素的組成，相互間的影響和相互間的轉化進行一定的調整；事實上，這些調整也恰恰說明了在我們所追溯的幾億年的歷史中，生物鏈從未間斷過，相應的碳循環自然也不會中斷。在了解碳循環在生態系統中作用形式時我們先要知道什么是生物圈，什么是生態系統。

自然界是生物與生物、生物與環境之間相互作用、相互依存所形成的統一體，這種統一體成為生態系統。

在生態系統中，由食物關系把多種生物連接起來，一種生物成為另一種生物之食；另一種生物又成為第三種生物之食……自然界中各種動物、植物和微生物之間由于攝食的關系（包括捕食和寄生）所形成的一種聯系，被稱為食物鏈。例如，在湖泊中，小魚吃浮游生物，大魚吃小魚，魚死后的尸體又被微生物分解成為無機物，重新供浮游生物利用，這就是水生生態系統的一個實例，也是水生生態系統的一種食物鏈。又如，草原上的青草—野兔—狼—尸體—無機物—青草，這是草原的食物鏈。食物鏈自然是不會只存在于草原中的，更不會是如此簡單的鏈條。生態系統中許多食物鏈是彼此聯系的，因為，各種生物之間的食物關系并不是一種直線關系，一種消費者往往不只吃一種食物，而同一種食物又可能被不同的消費者所食用，它們可以相互交錯，形成一種食物網。通過候鳥的遷徙，還能形成洲食物網鏈。碳循環在地球環境中的作用大致可分為海、陸、空三個大的方面。

1 海洋中的碳循環

海洋中的碳循環是全球碳循環的重要組成部分，是影響全球變化的關鍵控制環節。海洋作為一個巨大的碳庫，具有吸收和貯存大氣CO2的能力，影響著大氣CO2的收支平衡，研究碳在海洋中的轉移和歸宿，對于預測未來大氣中CO2含量乃至全球氣候變化具有重要意義。首先舉一個很小的例子來說，德國萊布尼茨海洋學研究所發表公報說，最新研究發現，海星等棘皮動物在海洋碳循環中起著重要作用，它們能夠在形成外骨骼的過程中直接從海水中吸收碳。棘皮動物是生活在海底的無脊椎動物，分為海星綱、海膽綱、蛇尾綱、海參綱和海百合綱等5類，其身影遍布各大洋。根據最新的研究發現，棘皮動物會吸收海水中的碳，以無機鹽的形式（例如碳酸鈣）形成外骨骼。它們死亡后，體內大部分含碳物質會留在海底，從而減少了從海洋進入大氣層的碳。通過這種途徑，棘皮動物大約每年吸收1億噸的碳。

根據檢測海洋之中的碳含量遠遠地大于大氣之中的，只要海洋之中很小的變化就會對大氣中的二氧化碳濃度產生很大的影響。例如，儲存在海洋中的碳只要釋放2%，就能使大氣中的二氧化碳含量增加一倍。由此可見海洋的威力。在地球上的水域被稱之為水圈，它絕大部分都屬于海洋。在地球上97%的水都在海里面。其中太平洋所占的海水面積可達所有海水的一半以上（51.6%），大西洋占23.6%，印度洋占21.2%，其他的所有海洋加起來只占3.6%。我們的海洋的平均深度為3.86km，太平洋平均要比大西洋和印度洋深大約300m。這顆行星60%的表面都是深度在1.6km以上的海洋。莫利普·鮑爾指出，我們這顆行星不該叫做地球，而該叫做水球。由此可見整個地球上的水資源是多么的豐富，根據這一條件我們便可以推斷出，在整個水圈之中，必定是要存在著很多的生物種類的。根據一項估計，海洋里可能生活著多達3000萬種動物，大多數尚未被發現。那么在如此廣袤的海洋中，碳循環是如何作用的呢？很簡單，只要有豐富的有機質物質來撫育食物鏈，碳循環就可以發生。就拿湖泊中的碳循環來說，進入湖泊的碳，部分被出湖河流帶至其他區域，部分被儲存在湖底，部分通過水-氣界面與大氣進行交換，對大氣碳的含量造成影響，這種影響就是屬于間接影響。在水中的碳有一部分會以有機物的形式表現出來。這些有機物在水體的碳循環中起著重要的作用。也就是食物鏈中的能量傳遞，將這種能量的傳遞推向各種水體都是可以適用的。再比如說海洋中：在看似平靜的海面之下，卻是另一個世界。一頭剛剛沉到海底的死鯨，便會有多達390種海洋生物前來吞噬它的尸體。而這些吞噬者又會以另一種方式被其它的水中生物吞噬，直到最后轉化為無生命的有機物質，成為在海洋中占有一定地位的珊瑚礁等物種的補品。

2 陸地與天空中的碳循環

20世紀以來，人類活動已在全球規模上影響到地球系統，如已經觀測到的大氣CO2濃度上升、植被破壞、土地退化、沙漠化、環境污染及生物多樣性喪失等等．特別是人類活動產生的碳排放超出了地球系統自身的調節能力，大氣CO2濃度激劇上升，并可能導致全球性氣候變化，這種變化又會對生態系統的組成、結構和功能產生深刻的影響，70年代后期開始，全球碳循環研究即受到人類的普遍關注，特別是在幾十年到幾個世紀的時間尺度上，人類活動對全球碳循環的影響碳元素在大氣與陸地上幾乎是無處不在的。在大氣中它一般是以CO2的形式存在。從我們每個人呼出一口氣，就會帶出一些CO2。除此外，人類的交通運輸，工廠運行，社會生產等行為都會產生大量的CO2，而這些CO2如果不能妥善的處理，就會進入大氣中，增加大氣中的CO2濃度。這樣，在陸地上面的植物就可以通過光合作用來吸收空氣中的CO2，從而轉化為自身的有機物。當植物長成后，又會重新投入到對食物鏈的應用中去。然而，現在的大氣與陸地上的碳循環有些被破壞的趨勢。根據IPCC在2007年第四次報告指出，從2007年到2100年，全球平均海拔在10m以下的城市都“有可能面臨洪澇災害”。原因自然是由人類導致的全球變暖的造成的。可見，碳循環對于人類，對于地球都是十分重要的，是需要我們共同維持，而不能破壞的。

雖然，我們對于碳循環的了解還并不是十分的完全，不過我們可以確定，如果破壞了碳循環，那么，我們的地球必將會陷入災難。我們人類可能會食不果腹，甚至全人類的生命都將受到威脅。出于這些必要性，我們理應維護這與我們息息相關的碳循環，維持它的正常運作。