什么是碳循环？

　　什么是碳循环? 碳循环，是指碳元素在地球上的生物圈、岩石圈、水圈及大气圈中交换，并随地球的运动循环不止的现象。生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从大气中吸收二氧化碳，在水的参与下经光合作用转化为葡萄糖并释放出氧气，有机体再利用葡萄糖合成其他有机化合物。有机化合物经食物链传递，又成为动物和细菌等其他生物体的一部分。生物体内的碳水化合物一部分作为有机体代谢的能源经呼吸作用被氧化为二氧化碳和水，并释放出其中储存的能量。

　　碳循环过程，大气中的二氧化碳大约20年可完全更新一次。自然界中绝大多数的碳储存于地壳岩石中，岩石中的碳因自然和人为的各种化学作用分解后进入大气和海洋，同时死亡生物体以及其他各种含碳物质又不停地以沉积物的形式返回地壳中，由此构成了全球碳循环的一部分。碳的地球生物化学循环控制了碳在地表或近地表的沉积物和大气、生物圈及海洋之间的迁移。

　　自然界碳循环的基本过程如下：大气中的二氧化碳(CO2)被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。

　　生物和大气之间的循环

　　绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，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。大气中的二氧化碳这样循环一次约需20年。

　　一部分(约千分之一)动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。这些沉积物经过悠长的年代，在热能和压力作用下转变成矿物燃料──煤、石油和天然气等。当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时，其中的碳氧化成为二氧化碳排入大气。人类消耗大量矿物燃料对碳循环发生重大影响。

　　一方面沉积岩中的碳因自然和人为的各种化学作用分解后进入大气和海洋;另一方面生物体死亡以及其他各种含碳物质又不停地以沉积物的形式返回地壳中，由此构成了全球碳循环的一部分。碳的生物循环虽然对地球的环境有着很大的影响，但是从以百万年计的地质时间上来看，缓慢变化的碳的地球化学大循环才是地球环境最主要的控制因素。

　　大气和海洋之间的交换

　　二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气。这种交换发生在气和水的界面处，由于风和波浪的作用而加强。这两个方向流动的二氧化碳量大致相等，大气中二氧化碳量增多或减少，海洋吸收的二氧化碳量也随之增多或减少。

　　含碳盐的形成和分解

　　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，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，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，所含的碳又以二氧化碳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。碳质岩石的破坏，在短时期内对循环的影响虽不大，但对几百万年中碳量的平衡却是重要的。

　　人类活动

　　人类燃烧矿物燃料以获得能量时，产生大量的二氧化碳。从1949年到1969年，由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动，二氧化碳的生成量估计每年增加4.8%。其结果是大气中二氧化碳浓度升高。这样就破坏了自然界原有的平衡，可能导致气候异常。矿物燃料燃烧生成并排入大气的二氧化碳有一小部分可被海水溶解，但海水中溶解态二氧化碳的增加又会引起海水中酸碱平衡和碳酸盐溶解平衡的变化。

　　矿物燃料的不完全燃烧会产生少量的一氧化碳。自然过程也会产生一氧化碳。一氧化碳在大气中存留时间很短，主要是被土壤中的微生物所吸收，也可通过一系列化学或光化学反应转化为二氧化碳。

　　碳循环与气候变化的相互影响

　　全球碳循环失衡是导致气候变化的根本原因, 其长期演变决定了气候变化的速度和程度。反过来，气候变化对陆地生态系统碳循环也有着巨大的影响，具体表现在气温和降水两个方面：一方面，全球气温升高，通过影响植物的蒸腾作用和呼吸作用，促进植物对CO2的固定能力，使碳循环速度加快;另一方面，降雨过多或过少都会影响植物生产力，甚至造成树木死亡，进而影响碳循环。

　　研究各国碳循环对气候变化的影响，对于探索历史责任归因、制定“共同但有区别”的减缓政策和施行相应的减排技术具有重要意义。准确量化气候变化对陆地生态系统碳收的影响，既是维持区域生态系统碳收支平衡的关键，也是应对气候变化的科学依据。

　　森林和海洋在碳循环中的作用

　　森林的光合和呼吸作用与大气之间的年碳交换量占到陆地生态系统总量的70%，主导着全球陆地碳循环的动态。陆地生态系统固碳是减缓大气CO2 浓度升高最经济可行的途径，中国陆地生态系统在过去几十年中一直扮演着重要的碳汇角色，2001~2010 年间，陆地生态系统年均固碳2.01×1011千克，相当于抵消了同期中国化石燃料碳排放量的14.1%。其中，中国森林生态系统是固碳的主体，贡献了约80% 的固碳量，农田和灌丛生态系统分别贡献了12% 和8%，草地生态系统的碳收支基本处于平衡。科学研究表明，人类的有效干预能提高陆地生态系统的固碳能力。例如，我国的重大生态工程(天然林保护工程、退耕还林工程、退耕还草工程、长江和珠江防护林工程等)和秸秆还田的农田管理措施，分别贡献了中国陆地生态系统固碳总量的36.8%(7.4×1010千克)和9.9%(2.0×1010 千克)。

　　海洋覆盖了地球表面的70.8%，是地球上最重要的“碳汇”聚集地。海洋通过波浪涌动溶解大气中CO2，生物量巨大的海藻，其光合功能亦能吸收大量CO2，海洋中的可溶性钙盐与碳酸结合，可以在海底形成大面积的碳沉积。

　　据测算，地球上每年化石燃料燃烧产生的CO2，约13% 为陆地植被吸收，35% 为海洋所吸收，其余部分暂存于大气中，海洋的固碳能力约为4×1015 千克，年新增储存能力(5~6)×1015 千克。所以，森林与海洋是大气CO2 的两个重要调节器。