วัฏจักรคาร์บอนและก๊าซเรือนกระจก

การเคลื่อนที่ของคาร์บอนระหว่างชั้นบรรยากาศ มหาสมุทร พื้นดิน และหิน และการสะสมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซอื่นๆ ที่เกิดจากการปล่อยของมนุษย์ซึ่งเป็นสาเหตุของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ

Definition

วัฏจักรคาร์บอนคือชุดของการแลกเปลี่ยนที่เคลื่อนย้ายคาร์บอนระหว่างชั้นบรรยากาศ มหาสมุทร ชีวมณฑลบนบก ดิน และหิน และก๊าซเรือนกระจกคือองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศ ซึ่งส่วนใหญ่ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน และไนตรัสออกไซด์ ซึ่งวัฏจักรนี้ควบคุมความเข้มข้นของก๊าซเหล่านี้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมวัฏจักรคาร์บอนทั่วโลกและงบประมาณของก๊าซเรือนกระจก โดยกล่าวถึงการแลกเปลี่ยนคาร์บอนตามธรรมชาติระหว่างชั้นบรรยากาศ มหาสมุทร และชีวมณฑลบนบกในช่วงเวลาตั้งแต่หลายปีถึงหลายพันปี วัฏจักรทางธรณีวิทยาของการผุกร่อนและการปะทุของภูเขาไฟ การดูดซับการปล่อยของมนุษย์โดยแหล่งกักเก็บในมหาสมุทรและบนบก และการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน และไนตรัสออกไซด์ในชั้นบรรยากาศที่เกิดขึ้น พร้อมกับแนวคิดเรื่องงบประมาณคาร์บอนที่เหลืออยู่สำหรับการจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ

Core questions

• คาร์บอนเคลื่อนที่ระหว่างชั้นบรรยากาศ มหาสมุทร พื้นดิน และหินได้อย่างไร?
• สัดส่วนของการปล่อยของมนุษย์ที่ยังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศมีเท่าใด?
• แหล่งกักเก็บคาร์บอนในมหาสมุทรและบนบกตอบสนองต่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอย่างไร?
• สามารถปล่อยคาร์บอนได้อีกเท่าใดภายใต้ขีดจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่กำหนด?

Key theories

สัดส่วนที่คงอยู่ในชั้นบรรยากาศและแหล่งกักเก็บคาร์บอน

การปล่อยคาร์บอนของมนุษย์เพียงประมาณครึ่งหนึ่งเท่านั้นที่ยังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศ เนื่องจากมหาสมุทรและชีวมณฑลบนบกดูดซับส่วนที่เหลือ และการเปลี่ยนแปลงของแหล่งกักเก็บเหล่านี้ภายใต้การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะเป็นตัวกำหนดความเข้มข้นในอนาคต

ผลป้อนกลับของวัฏจักรคาร์บอน

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอาจทำให้การดูดซับคาร์บอนอ่อนแอลงและปล่อยคาร์บอนจากดิน ดินเยือกแข็งคงตัว และพืชพรรณ ซึ่งเป็นผลป้อนกลับที่ทำให้คาร์บอนที่ปล่อยออกมายังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศมากขึ้นและเร่งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ

Mechanisms

คาร์บอนหมุนเวียนอย่างรวดเร็วระหว่างชั้นบรรยากาศ ผิวน้ำทะเล และพืชพรรณผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง การหายใจ และการแลกเปลี่ยนอากาศ-ทะเล และหมุนเวียนอย่างช้าๆ ผ่านการผสมของมหาสมุทร การตกตะกอน การผุกร่อน และการปะทุของภูเขาไฟ การปล่อยของมนุษย์เพิ่มคาร์บอนเร็วกว่าที่การกำจัดทางธรณีวิทยาอย่างช้าๆ จะทำได้ ดังนั้นความเข้มข้นจึงเพิ่มขึ้น ปัจจุบันมหาสมุทรและพื้นดินดูดซับได้ประมาณครึ่งหนึ่ง แต่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและสภาพที่เปลี่ยนแปลงไปอาจทำให้แหล่งกักเก็บเหล่านี้อ่อนแอลง ซึ่งจะเพิ่มสัดส่วนที่คงอยู่ในชั้นบรรยากาศ

Clinical relevance

เนื่องจากการปล่อยคาร์บอนสะสมส่วนใหญ่เป็นตัวกำหนดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสูงสุด การทำความเข้าใจวัฏจักรคาร์บอนจึงช่วยกำหนดงบประมาณคาร์บอนที่เหลืออยู่ซึ่งสอดคล้องกับเป้าหมายอุณหภูมิและบทบาทของการกำจัดคาร์บอนตามธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น

Evidence & guidelines

รายงานการประเมินครั้งที่หกของ IPCC พบความสัมพันธ์เกือบเป็นเส้นตรงระหว่างการปล่อยคาร์บอนสะสมกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโลก และระบุปริมาณงบประมาณคาร์บอนที่เหลืออยู่สำหรับการจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิให้อยู่ในระดับที่กำหนด

History

การวัดอย่างต่อเนื่องของคีลิงที่เริ่มขึ้นในปี 1958 เป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ และการศึกษาในมหาสมุทรและบนบกในทศวรรษต่อมา ซึ่งสรุปในงบประมาณคาร์บอนทั่วโลกประจำปี ได้ระบุปริมาณแหล่งกักเก็บและสร้างความเชื่อมโยงระหว่างการปล่อยสะสมกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ

Debates

ความแข็งแกร่งในอนาคตของแหล่งกักเก็บคาร์บอนบนบกและในมหาสมุทร

ระยะเวลาที่แหล่งกักเก็บตามธรรมชาติจะยังคงดูดซับการปล่อยได้ประมาณครึ่งหนึ่ง และการที่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะทำให้แหล่งกักเก็บเหล่านี้อ่อนแอลงอย่างรุนแรงหรือไม่ เป็นความไม่แน่นอนที่สำคัญในการคาดการณ์ความเข้มข้นในอนาคต

Key figures

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

Seminal works

• keeling1960
• friedlingstein2022

Frequently asked questions

คาร์บอนไดออกไซด์ที่เราปล่อยออกมาไปอยู่ที่ไหน?

ประมาณครึ่งหนึ่งยังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศ ในขณะที่มหาสมุทรและพืชพรรณบนบกดูดซับไปประมาณหนึ่งในสี่ อย่างไรก็ตาม แหล่งกักเก็บเหล่านี้อาจอ่อนแอลงเมื่อสภาพภูมิอากาศอุ่นขึ้น

งบประมาณคาร์บอนคืออะไร?

คือปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ทั้งหมดที่ยังสามารถปล่อยออกมาได้ในขณะที่ยังคงจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิให้อยู่ในระดับที่เลือก โดยอิงจากความเชื่อมโยงเกือบเป็นเส้นตรงระหว่างการปล่อยสะสมกับอุณหภูมิ