Κύκλος του Άνθρακα και Αέρια του Θερμοκηπίου

Πώς ο άνθρακας κινείται μεταξύ ατμόσφαιρας, ωκεανού, ξηράς και πετρωμάτων, και πώς οι ανθρώπινες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων συσσωρεύονται οδηγώντας στην υπερθέρμανση.

Definition

Ο κύκλος του άνθρακα είναι το σύνολο των ανταλλαγών που μετακινούν τον άνθρακα μεταξύ ατμόσφαιρας, ωκεανού, χερσαίας βιόσφαιρας, εδαφών και πετρωμάτων, και τα αέρια του θερμοκηπίου είναι τα ατμοσφαιρικά συστατικά, κυρίως το διοξείδιο του άνθρακα, το μεθάνιο και το υποξείδιο του αζώτου, των οποίων τις συγκεντρώσεις ρυθμίζει αυτός ο κύκλος.

Scope

Αυτό το θέμα καλύπτει τον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα και τον προϋπολογισμό των αερίων του θερμοκηπίου. Εξετάζει τις φυσικές ανταλλαγές άνθρακα μεταξύ ατμόσφαιρας, ωκεανού και χερσαίας βιόσφαιρας σε χρονικές κλίμακες από έτη έως χιλιετίες, τον γεωλογικό κύκλο της αποσάθρωσης και του ηφαιστειότητας, την απορρόφηση των ανθρώπινων εκπομπών από τους ωκεάνιους και χερσαίους απορροφητήρες, και την επακόλουθη αύξηση του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα, του μεθανίου και του υποξειδίου του αζώτου, μαζί με την έννοια ενός εναπομείναντος προϋπολογισμού άνθρακα για τον περιορισμό της υπερθέρμανσης.

Core questions

• Πώς κινείται ο άνθρακας μεταξύ ατμόσφαιρας, ωκεανού, ξηράς και πετρωμάτων;
• Ποιο κλάσμα των ανθρώπινων εκπομπών παραμένει στην ατμόσφαιρα;
• Πώς ανταποκρίνονται οι απορροφητήρες άνθρακα των ωκεανών και της ξηράς στην υπερθέρμανση;
• Πόσος άνθρακας μπορεί ακόμα να εκπεμφθεί εντός ενός δεδομένου ορίου υπερθέρμανσης;

Key theories

Ατμοσφαιρικό κλάσμα και απορροφητήρες άνθρακα

Μόνο περίπου το ήμισυ των ανθρώπινων εκπομπών άνθρακα παραμένει στην ατμόσφαιρα επειδή ο ωκεανός και η χερσαία βιόσφαιρα απορροφούν το υπόλοιπο, και το πώς εξελίσσονται αυτοί οι απορροφητήρες υπό συνθήκες υπερθέρμανσης καθορίζει τις μελλοντικές συγκεντρώσεις.

Ανατροφοδοτήσεις του κύκλου του άνθρακα

Η υπερθέρμανση μπορεί να αποδυναμώσει την απορρόφηση άνθρακα και να απελευθερώσει άνθρακα από τα εδάφη, τον μόνιμο παγετό και τη βλάστηση, μια ανατροφοδότηση που αφήνει περισσότερο εκπεμπόμενο άνθρακα στην ατμόσφαιρα και ενισχύει την υπερθέρμανση.

Mechanisms

Ο άνθρακας κυκλοφορεί ταχέως μεταξύ της ατμόσφαιρας, της επιφάνειας του ωκεανού και της βλάστησης μέσω της φωτοσύνθεσης, της αναπνοής και της ανταλλαγής αέρα-θάλασσας, και αργά μέσω της ανάμιξης των ωκεανών, της ιζηματογένεσης, της αποσάθρωσης και του ηφαιστειότητας. Οι ανθρώπινες εκπομπές προσθέτουν άνθρακα ταχύτερα από ό,τι μπορεί να δράσει η αργή γεωλογική απομάκρυνση, οπότε οι συγκεντρώσεις αυξάνονται. Ο ωκεανός και η ξηρά απορροφούν επί του παρόντος περίπου το ήμισυ, αλλά η υπερθέρμανση και οι μεταβαλλόμενες συνθήκες μπορούν να αποδυναμώσουν αυτούς τους απορροφητήρες, αυξάνοντας το ατμοσφαιρικό κλάσμα.

Clinical relevance

Επειδή οι σωρευτικές εκπομπές άνθρακα καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την κορυφαία υπερθέρμανση, η κατανόηση του κύκλου του άνθρακα ορίζει τον εναπομείναντα προϋπολογισμό άνθρακα που είναι συμβατός με τους στόχους θερμοκρασίας και τον ρόλο της φυσικής και μηχανικής απομάκρυνσης άνθρακα.

Evidence & guidelines

Η Έκτη Έκθεση Αξιολόγησης της IPCC διαπιστώνει μια σχεδόν γραμμική σχέση μεταξύ των σωρευτικών εκπομπών άνθρακα και της υπερθέρμανσης του πλανήτη και ποσοτικοποιεί τους εναπομείναντες προϋπολογισμούς άνθρακα για τον περιορισμό της υπερθέρμανσης σε καθορισμένα επίπεδα.

History

Οι συνεχείς μετρήσεις του Keeling, που ξεκίνησαν το 1958, αποκάλυψαν για πρώτη φορά τη σταθερή αύξηση του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα, και οι επόμενες δεκαετίες μελετών ωκεανών και ξηράς, που συνοψίζονται στον ετήσιο παγκόσμιο προϋπολογισμό άνθρακα, ποσοτικοποίησαν τους απορροφητήρες και καθιέρωσαν τη σύνδεση μεταξύ σωρευτικών εκπομπών και υπερθέρμανσης.

Debates

Μελλοντική ισχύς των χερσαίων και ωκεάνιων απορροφητήρων άνθρακα

Το πόσο καιρό οι φυσικοί απορροφητήρες θα συνεχίσουν να απορροφούν περίπου το ήμισυ των εκπομπών, και αν η υπερθέρμανση θα τους αποδυναμώσει απότομα, αποτελεί μια σημαντική αβεβαιότητα στην πρόβλεψη των μελλοντικών συγκεντρώσεων.

Key figures

• Charles David Keeling
• Pierre Friedlingstein
• Wallace Broecker
• Corinne Le Quere

Seminal works

• keeling1960
• friedlingstein2022

Frequently asked questions

Πού πηγαίνει το διοξείδιο του άνθρακα που εκπέμπουμε;

Περίπου το ήμισυ παραμένει στην ατμόσφαιρα, ενώ ο ωκεανός και η χερσαία βλάστηση απορροφούν το καθένα περίπου το ένα τέταρτο, αν και αυτοί οι απορροφητήρες ενδέχεται να αποδυναμωθούν καθώς το κλίμα θερμαίνεται.

Τι είναι ο προϋπολογισμός άνθρακα;

Είναι η συνολική ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που μπορεί ακόμα να εκπεμφθεί διατηρώντας την υπερθέρμανση κάτω από ένα επιλεγμένο όριο, με βάση τη σχεδόν γραμμική σύνδεση μεταξύ σωρευτικών εκπομπών και θερμοκρασίας.