Круговорот углерода и парниковые газы

Как углерод перемещается между атмосферой, океаном, сушей и горными породами, и как антропогенные выбросы углекислого газа и других газов накапливаются, вызывая потепление.

Definition

Круговорот углерода — это совокупность обменов, перемещающих углерод между атмосферой, океаном, наземной биосферой, почвами и горными породами, а парниковые газы — это атмосферные компоненты, главным образом углекислый газ, метан и оксид азота, концентрации которых регулируются этим циклом.

Scope

Эта тема охватывает глобальный круговорот углерода и бюджет парниковых газов. Она рассматривает естественный обмен углерода между атмосферой, океаном и наземной биосферой в масштабах от лет до тысячелетий, геологический цикл выветривания и вулканизма, поглощение антропогенных выбросов океаническими и наземными поглотителями, а также последующее повышение концентрации атмосферного углекислого газа, метана и оксида азота, наряду с концепцией оставшегося углеродного бюджета для ограничения потепления.

Core questions

• Как углерод перемещается между атмосферой, океаном, сушей и горными породами?
• Какая доля антропогенных выбросов остается в атмосфере?
• Как океанические и наземные поглотители углерода реагируют на потепление?
• Сколько углерода еще может быть выброшено в пределах заданного лимита потепления?

Key theories

Доля, остающаяся в атмосфере, и поглотители углерода

Только около половины антропогенных выбросов углерода остается в атмосфере, потому что океан и наземная биосфера поглощают остальное, и то, как эти поглотители развиваются в условиях потепления, определяет будущие концентрации.

Обратные связи углеродного цикла

Потепление может ослабить поглощение углерода и высвободить углерод из почв, вечной мерзлоты и растительности — это обратная связь, которая оставляет больше выброшенного углерода в атмосфере и усиливает потепление.

Mechanisms

Углерод быстро циркулирует между атмосферой, поверхностным слоем океана и растительностью посредством фотосинтеза, дыхания и воздушно-морского обмена, и медленно — посредством океанического перемешивания, седиментации, выветривания и вулканизма. Антропогенные выбросы добавляют углерод быстрее, чем может действовать медленное геологическое удаление, поэтому концентрации растут; океан и суша в настоящее время поглощают примерно половину, но потепление и изменение условий могут ослабить эти поглотители, увеличивая долю, остающуюся в атмосфере.

Clinical relevance

Поскольку кумулятивные выбросы углерода в значительной степени определяют пиковое потепление, понимание круговорота углерода определяет оставшийся углеродный бюджет, соответствующий целевым показателям температуры, и роль естественного и инженерного удаления углерода.

Evidence & guidelines

Шестой оценочный доклад МГЭИК устанавливает почти линейную зависимость между кумулятивными выбросами углерода и глобальным потеплением и количественно определяет оставшиеся углеродные бюджеты для ограничения потепления до заданных уровней.

History

Непрерывные измерения Килинга, начатые в 1958 году, впервые выявили устойчивый рост атмосферного углекислого газа, а последующие десятилетия исследований океана и суши, обобщенные в ежегодном глобальном углеродном бюджете, количественно определили поглотители и установили связь между кумулятивными выбросами и потеплением.

Debates

Будущая сила наземных и океанических поглотителей углерода

Как долго естественные поглотители будут продолжать поглощать около половины выбросов, и ослабит ли их потепление резко, является основной неопределенностью в прогнозировании будущих концентраций.

Key figures

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

Seminal works

• keeling1960
• friedlingstein2022

Frequently asked questions

Куда девается выбрасываемый нами углекислый газ?

Примерно половина остается в атмосфере, в то время как океан и наземная растительность поглощают примерно по четверти, хотя эти поглотители могут ослабевать по мере потепления климата.

Что такое углеродный бюджет?

Это общее количество углекислого газа, которое еще может быть выброшено при сохранении потепления ниже выбранного предела, исходя из почти линейной связи между кумулятивными выбросами и температурой.