Čo sú uhlíkové cykly?

Uhlíkové cykly sú posunovacie pohyby uhlíkového prvku v rôznych prostrediach

uhlíkové cykly

Upravený a zmenený obrázok Mitchella Griesta je k dispozícii na serveri Unsplash

Uhlíkové cykly sú posunovacie pohyby uhlíkového prvku v rôznych prostrediach vrátane hornín, pôd, oceánov a rastlín. To zabraňuje jeho úplnému hromadeniu v atmosfére a stabilizuje teplotu Zeme. Pre geológiu existujú dva typy uhlíkového cyklu: pomalý, ktorý sa vyskytuje za státisíce rokov, a rýchly, ktorý sa vyskytuje od desiatok do stotisíc rokov.

Uhlík

Uhlík je chemický prvok, ktorý sa nachádza v hojnej miere v horninách a v menšej miere v pôde, v oceáne, v rastlinách, v atmosfére, v živých organizmoch a v objektoch. Je ukovaný vo hviezdach, je štvrtým najpočetnejším prvkom vo vesmíre a je nevyhnutný pre udržanie života na Zemi, ako ho poznáme. Je to však tiež jedna z príčin závažného problému: zmeny podnebia.

Na veľmi dlhých časových škálach (milióny až desiatky miliónov rokov) môže pohyb tektonických dosiek a zmeny rýchlosti, akou uhlík preniká do vnútra Zeme, zmeniť globálnu teplotu. Zem prešla touto zmenou za posledných 50 miliónov rokov, od extrémne horúceho kriedového podnebia (asi pred 145 až 65 miliónmi rokov) po pleistocénne ľadové podnebie (asi 1,8 milióna až 11 500 rokov).

Pomalý cyklus

Vďaka sérii chemických reakcií a tektonickej aktivity uhlíku trvá medzi uhlíkmi, pôdou, oceánom a atmosférou v uhlíkovom cykle, ktorý sa vyskytuje pomaly, 100 až 200 miliónov rokov. Pomalým cyklom v priemere prejde za jeden rok desať až 100 miliónov ton uhlíka. Pre porovnanie, ľudské emisie uhlíka do atmosféry sú rádovo 10 miliárd ton, zatiaľ čo rýchly uhlíkový cyklus sa pohybuje od 10 do 100 miliárd uhlíka ročne.

Pohyb uhlíka z atmosféry do litosféry (hornín) začína dažďom. Atmosférický uhlík v kombinácii s vodou vytvára kyselinu uhličitú, ktorá sa usadzuje na povrchu dažďom. Táto kyselina rozpúšťa horniny v procese zvanom chemické zvetrávanie, pri ktorom sa uvoľňujú ióny vápnika, horčíka, draslíka alebo sodíka. Tieto ióny sa transportujú do riek a z riek do oceánu.

  • Aký je pôvod plastu, ktorý znečisťuje oceány?
  • Okysľovanie oceánov: vážny problém pre planétu

V oceáne sa ióny vápnika kombinujú s iónmi hydrogenuhličitanu a vytvárajú uhličitan vápenatý, aktívnu zložku antacidových prostriedkov. V oceáne väčšinu uhličitanu vápenatého produkujú organizmy budujúce škrupiny (kalcifikujúce) (napríklad koraly) a planktón (napríklad kokokolitofóry a foraminifery). Po odumretí týchto organizmov klesajú na morské dno. Postupom času sa vrstvy škrupín a sedimentov zhutňujú a menia sa na horniny, ktoré ukladajú uhlík a vytvárajú sedimentárne horniny, ako je vápenec.

Týmto spôsobom sa vytvára asi 80% karbonátových hornín. Zvyšných 20% obsahuje uhlík z rozložených živých bytostí (organický uhlík). Teplo a tlak stláčajú organický materiál bohatý na uhlík po milióny rokov a vytvárajú usadené horniny, napríklad bridlicu. Vo zvláštnych prípadoch, keď sa organická hmota v mŕtvych rastlinách hromadí rýchlo a bez času na rozklad, sa z vrstiev organického uhlíka namiesto sedimentárnych hornín, ako sú bridlice, stávajú ropa, uhlie alebo zemný plyn.

V pomalom cykle sa uhlík vracia do atmosféry sopečnou činnosťou. Je to tak preto, že pri zrážke povrchov zemskej a oceánskej kôry Zeme sa jeden ponorí pod druhý a hornina, ktorú nesie, sa pod extrémnym teplom a tlakom topí. Zahriata hornina sa rekombinuje v silikátových mineráloch a uvoľňuje oxid uhličitý.

  • Oxid uhličitý: čo je CO2?

Keď vybuchnú sopky, vytlačia plyn do atmosféry a pokryjú zem kremičitými horninami, čím sa cyklus opäť začne. Sopky ročne vypúšťajú 130 až 380 miliónov metrických ton oxidu uhličitého. Pre porovnanie, ľudia emitujú asi 30 miliárd ton oxidu uhličitého ročne - 100 až 300 krát viac ako sopky - spaľovaním fosílnych palív.

  • Alkohol alebo benzín?

Ak napríklad v atmosfére stúpa oxid uhličitý z dôvodu zvýšenia sopečnej činnosti, stúpajú teploty, čo vedie k väčšiemu množstvu dažďov, ktoré rozpúšťajú viac hornín a vytvárajú viac iónov, ktoré nakoniec ukladajú viac uhlíka na dno oceánu. Vyváženie pomalého uhlíkového cyklu trvá niekoľko stotisíc rokov.

Pomalý cyklus však obsahuje aj o niečo rýchlejšiu zložku: oceán. Na povrchu, kde sa vzduch stretáva s vodou, sa plynný oxid uhličitý rozpúšťa a vetrá z oceánu v neustálej výmene s atmosférou. Akonáhle sa ocitne v oceáne, plynný oxid uhličitý reaguje s molekulami vody a uvoľňuje vodík, čím sa oceán stáva kyslejším. Vodík reaguje s uhličitanom pri zvetrávaní hornín za vzniku bikarbonátových iónov.

Pred priemyselnou érou oceán vylučoval oxid uhličitý do atmosféry v rovnováhe s uhlíkom, ktorý oceán dostával počas opotrebovania hornín. Keď sa však zvýšila koncentrácia uhlíka v atmosfére, oceán teraz z atmosféry odstraňuje viac uhlíka, ako ho uvoľňuje. Počas tisícročí bude oceán absorbovať až 85% extra uhlíka, ktorý ľudia dávajú do atmosféry spaľovaním fosílnych palív, ale tento proces je pomalý, pretože súvisí s pohybom vody z povrchu oceánu do jeho hĺbky.

Medzitým vietor, prúdy a teplota riadia rýchlosť, akou oceán odstraňuje oxid uhličitý z atmosféry. (Viď Oceánová uhlíková bilancia na Pozemskom observatóriu.) Zmeny teplôt a prúdov oceánov pravdepodobne pomohli odstrániť uhlík a obnoviť uhlík v atmosfére za tých niekoľko tisíc rokov, keď začali a skončili doby ľadové. .

Rýchly uhlíkový cyklus

Čas potrebný na prechod uhlíka rýchlym uhlíkovým cyklom sa meria počas celého života. Rýchly uhlíkový cyklus je v podstate pohyb uhlíka cez formy života na Zemi alebo v biosfére. Asi 1 000 až 100 miliárd metrických ton uhlíka prechádza každoročne rýchlym uhlíkovým cyklom.

Uhlík hrá v biológii zásadnú úlohu vďaka svojej schopnosti vytvárať veľa väzieb - až štyri na atóm - v zdanlivo nekonečnej škále zložitých organických molekúl. Mnoho organických molekúl obsahuje atómy uhlíka, ktoré vytvorili silné väzby s inými atómami uhlíka a spojili sa do dlhých reťazcov a kruhov. Takéto uhlíkové reťazce a krúžky sú základom živých buniek. Napríklad DNA je tvorená dvoma prepletenými molekulami vybudovanými okolo uhlíkového reťazca.

Väzby v dlhých uhlíkových reťazcoch obsahujú veľa energie. Keď sa prúdy oddelia, akumulovaná energia sa uvoľní. Táto energia robí molekuly uhlíka vynikajúcim zdrojom paliva pre všetko živé.

Rastliny a fytoplanktón sú hlavnými zložkami rýchleho uhlíkového cyklu. Fytoplanktón (mikroskopické organizmy v oceáne) a rastliny odstraňujú oxid uhličitý z atmosféry absorpciou do svojich buniek. Rastliny a planktón využívajú energiu slnečného žiarenia a kombinujú oxid uhličitý (CO2) a vodu za vzniku cukru (CH2O) a kyslíka. Chemická reakcia vyzerá takto:

CO2 + H2O + energia = CH2O + O2

Môže sa stať, že uhlík cestuje z rastliny a vracia sa do atmosféry, ale všetky zahŕňajú rovnakú chemickú reakciu. Rastliny štiepia cukor, aby získali energiu, ktorú potrebujú na rast. Zvieratá (vrátane ľudí) jedia rastliny alebo planktón a štiepia cukor rastliny na energiu. Rastliny a planktón hynú a hnijú (sú pohltené baktériami) alebo sú pohltené požiarom. Vo všetkých prípadoch sa kyslík kombinuje s cukrom a uvoľňuje vodu, oxid uhličitý a energiu. Základná chemická reakcia vyzerá takto:

CH2O + O2 = CO2 + H2O + energia

Pri štyroch procesoch oxid uhličitý uvoľnený pri reakcii zvyčajne končí v atmosfére. Rýchly uhlíkový cyklus je tak úzko spätý so životom rastlín, že vegetačné obdobie je viditeľné podľa spôsobu, akým sa v atmosfére vznáša oxid uhličitý. V zime na severnej pologuli, keď rastie málo suchozemských rastlín a mnohé sa rozkladajú, sa zvyšuje atmosférická koncentrácia oxidu uhličitého. Na jar, keď rastliny opäť začnú rásť, koncentrácie klesajú. Je to, akoby Zem dýchala.

Zmeny v uhlíkovom cykle

Rýchle a pomalé uhlíkové cykly, ktoré nie sú ničím nerušené, udržiavajú relatívne konštantnú koncentráciu uhlíka v atmosfére, krajine, rastlinách a oceáne. Ale keď niečo zmení množstvo uhlíka v jednej nádrži, efekt sa vlní v ostatných.

V minulosti Zeme sa uhlíkový cyklus zmenil v reakcii na zmenu podnebia. Variácie na obežnej dráhe Zeme menia množstvo energie, ktorú Zem prijíma od Slnka, a vedú k cyklu ľadových dôb a horúcich období, ako je súčasné podnebie Zeme. (Pozri Milutin Milankovitch) Doba ľadová sa vyvinula, keď sa letá na severnej pologuli ochladili a na zemi sa hromadil ľad, čo následne spomaľovalo uhlíkový cyklus. Niekoľko faktorov, vrátane nižších teplôt a zvýšeného rastu fytoplanktónu, medzitým mohlo zvýšiť množstvo uhlíka, ktoré oceán odstránil z atmosféry. Pokles atmosférického uhlíka spôsobil ďalšie ochladenie. Rovnako tak na konci poslednej doby ľadovej, pred 10 000 rokmi, sa oxid uhličitý v atmosfére dramaticky zvyšoval s otepľovacími teplotami.

Zmeny na obežnej dráhe Zeme sa dejú neustále, v predvídateľných cykloch. Za asi 30 000 rokov sa obežná dráha Zeme dostatočne zmení, aby znížila slnečné žiarenie na severnej pologuli na úrovne, ktoré viedli k poslednej dobe ľadovej.

Dnes sa zmeny v uhlíkovom cykle dejú kvôli ľuďom. Cyklus uhlíka narušujeme spaľovaním fosílnych palív a odlesňovaním.

Odlesňovaním sa uvoľňuje uhlík uložený v kmeňoch, stonkách a listoch - biomasa. Odstránením lesa sa eliminujú rastliny, ktoré by inak počas rastu odstraňovali uhlík z atmosféry. Existuje celosvetový trend nahradzovania lesov monokultúrami a pastvinami, ktoré ukladajú menej uhlíka. Vystavujeme tiež pôdu, ktorá vylučuje uhlík z rozkladajúcej sa rastlinnej hmoty do atmosféry. V súčasnosti ľudia každý rok emitujú do atmosféry necelú miliardu ton uhlíka prostredníctvom zmien vo využívaní pôdy.

Bez zásahu človeka by uhlík z fosílnych palív pomaly unikol do atmosféry sopečnou činnosťou počas miliónov rokov v pomalom uhlíkovom cykle. Spaľovaním uhlia, ropy a zemného plynu proces urýchľujeme a každý rok vypúšťame do atmosféry obrovské množstvo uhlíka (uhlík, ktorého akumulácia trvala milióny rokov). Týmto spôsobom posúvame uhlík z pomalého cyklu do rýchleho cyklu. V roku 2009 ľudia uvoľnili do atmosféry asi 8,4 miliárd ton uhlíka spaľovaním fosílnych palív.

Od začiatku priemyselnej revolúcie, keď ľudia začali spaľovať fosílne palivá, sa koncentrácie oxidu uhličitého v atmosfére zvýšili z približne 280 častí na milión na 387 častí na milión, čo predstavuje nárast o 39%. To znamená, že na každý milión molekúl v atmosfére je teraz 387 z nich oxid uhličitý - najvyššia koncentrácia za dva milióny rokov. Koncentrácie metánu sa zvýšili zo 715 častíc na miliardu v roku 1750 na 1 774 častíc na miliardu v roku 2005, čo je najvyššia koncentrácia za posledných najmenej 650 000 rokov.

Účinky zmeny uhlíkového cyklu

uhlíkové cykly

Obrázok: Uhlíkové cykly - NASA

Všetok ten extra uhlík musí niekam ísť. Zatiaľ suchozemské a oceánske rastliny absorbovali 55% extra uhlíka v atmosfére, zatiaľ čo asi 45% zostalo v atmosfére. Pôda a oceány nakoniec absorbujú väčšinu extra oxidu uhličitého, ale až 20% môže zostať v atmosfére mnoho tisíc rokov.

Nadbytočný uhlík v atmosfére ohrieva planétu a pomáha suchozemským rastlinám viac rásť. Prebytok uhlíka v oceáne spôsobuje, že voda je kyslejšia, čo ohrozuje morský život. Viac sa o tejto téme dozviete v článku: „Acidifikácia oceánov: vážny problém pre planétu“.

Atmosféra

Je príznačné, že v atmosfére zostáva toľko oxidu uhličitého, pretože CO2 je najdôležitejší plyn na reguláciu teploty Zeme. Oxid uhličitý, metán a halogénované uhľovodíky sú skleníkové plyny, ktoré absorbujú širokú škálu energie - vrátane infračervenej energie (tepla) emitovanej Zemou - a potom ju znova emitujú. Znovu vydaná energia putuje všetkými smermi, niektoré sa však vracajú na Zem a zohrievajú povrch. Bez skleníkových plynov by bola Zem zmrznutá na -18 ° C. S množstvom skleníkových plynov by bola Zem ako Venuša, kde si atmosféra udržuje teploty okolo 400 ° C.

Pretože vedci vedia, aké vlnové dĺžky energie absorbuje každý skleníkový plyn a akú koncentráciu majú plyny v atmosfére, môžu vypočítať, koľko každý plyn prispieva k otepľovaniu planéty. Oxid uhličitý spôsobuje asi 20% skleníkového efektu Zeme; vodná para je zodpovedná za asi 50%; a mraky predstavujú 25%. Zvyšok spôsobujú malé častice (aerosóly) a menšie skleníkové plyny, napríklad metán.

  • Sú aerosólové plechovky recyklovateľné?

Koncentrácie vodnej pary vo vzduchu sú riadené teplotou Zeme. Teplejšie teploty odparujú viac vody z oceánov, rozširujú vzdušné hmoty a vedú k vyššej vlhkosti. Chladenie spôsobuje, že vodná para kondenzuje a padá ako dážď, krupobitie alebo sneh.

Oxid uhličitý, na druhej strane, zostáva plynom v širšom rozmedzí atmosférických teplôt ako voda. Molekuly oxidu uhličitého poskytujú počiatočné zahrievanie potrebné na udržanie koncentrácií vodných pár. Pri poklese koncentrácií oxidu uhličitého sa Zem ochladzuje, z atmosféry padá malé množstvo vodnej pary a klesá pokles teploty spôsobený vodnými parami. Rovnako tak pri zvyšovaní koncentrácií oxidu uhličitého sa zvyšuje teplota vzduchu a do atmosféry sa odparuje viac vodných pár - čo zosilňuje ohrev skleníka.

Zatiaľ čo teda oxid uhličitý prispieva k skleníkovému efektu menej ako vodná para, vedci zistili, že oxid uhličitý je plyn, ktorý určuje teplotu. Oxid uhličitý riadi množstvo vodnej pary v atmosfére, a tým aj veľkosť skleníkového efektu.

Zvyšujúca sa koncentrácia oxidu uhličitého už spôsobuje zahrievanie planéty. Súčasne s rastom skleníkových plynov sa od roku 1880 zvýšili priemerné globálne teploty o 0,8 stupňa Celzia (1,4 stupňa Fahrenheita).

Toto zvýšenie teploty nie je všetko, čo sa otepľuje, čo uvidíme na základe aktuálnych koncentrácií oxidu uhličitého. K ohrevu skleníka nedochádza okamžite, pretože oceán absorbuje teplo. To znamená, že teplota Zeme sa zvýši najmenej o 0,6 stupňa Celzia (1 stupeň Fahrenheita) kvôli oxidu uhličitému, ktorý sa už nachádza v atmosfére. Stupeň ďalšieho zvyšovania teplôt čiastočne závisí od toho, koľko uhlíka ľudia v budúcnosti uvoľnia do atmosféry.

Oceán

Asi 30% oxidu uhličitého, ktorý ľudia dávajú do atmosféry, sa šíri do oceánu priamou chemickou výmenou. Rozpustením oxidu uhličitého v oceáne vzniká kyselina uhličitá, ktorá zvyšuje kyslosť vody. Alebo lepšie povedané, mierne zásaditý oceán sa stáva o niečo menej zásaditým. Od roku 1750 kleslo pH povrchu oceánu o 0,1, čo je 30% zmena kyslosti.

Okyslenie oceánu ovplyvňuje morské organizmy dvoma spôsobmi. Najskôr kyselina uhličitá reaguje s uhličitanovými iónmi vo vode za vzniku bikarbonátu. Avšak tie isté uhličitanové ióny sú tým, čo zvieratá na vytváranie škrupín, ako sú koraly, potrebujú na vytvorenie škrupín uhličitanu vápenatého. Ak je k dispozícii menej uhličitanu, je potrebné, aby zvieratá utrácali viac energie na výrobu škrupín. Výsledkom je, že škrupiny sa nakoniec stávajú tenšie a krehkejšie.

Po druhé, čím je voda kyslejšia, tým lepšie rozpúšťa uhličitan vápenatý. Z dlhodobého hľadiska táto reakcia umožní oceánu absorbovať prebytočný oxid uhličitý, pretože kyslejšia voda rozpustí viac hornín, uvoľní viac uhličitanových iónov a zvýši schopnosť oceánu absorbovať oxid uhličitý. Medzitým však kyslejšia voda rozpustí uhličitanové škrupiny morských organizmov, vďaka čomu budú jamkové a slabé.

Teplejšie oceány - produkt skleníkového efektu - môžu tiež znížiť množstvo fytoplanktónu, ktorý rastie najlepšie v studených vodách bohatých na živiny. To by mohlo obmedziť schopnosť oceánu extrahovať uhlík z atmosféry prostredníctvom rýchleho uhlíkového cyklu.

Na druhej strane je oxid uhličitý nevyhnutný pre rast rastlín a fytoplanktónu. Zvýšenie oxidu uhličitého môže zvýšiť rast hnojením tých niekoľkých druhov fytoplanktónu a oceánskych rastlín (napríklad morských rias), ktoré odstraňujú oxid uhličitý priamo z vody. Väčšine druhov však nepomáha zvýšená dostupnosť oxidu uhličitého.

Zem

Rastliny na zemi absorbovali približne 25% oxidu uhličitého, ktorý ľudia umiestnili do atmosféry. Množstvo uhlíka, ktoré rastliny absorbujú, sa z roka na rok veľmi líši, ale všeobecne platí, že svetové elektrárne zvyšujú množstvo oxidu uhličitého, ktoré absorbujú od roku 1960. Iba časť tohto nárastu nastala ako priamy dôsledok emisií fosílnych palív.

Vďaka väčšiemu množstvu atmosférického oxidu uhličitého, ktoré bolo možné pri fotosyntéze premeniť na rastlinnú hmotu, mohli rastliny viac rásť. Toto zvýšenie rastu je známe ako uhlíkové hnojenie. Modely predpovedajú, že rastliny môžu rásť o 12 až 76% viac, ak sa atmosférický oxid uhličitý zdvojnásobí, pokiaľ nič iné, ako napríklad nedostatok vody, neobmedzuje ich rast. Vedci však nevedia, o koľko oxid uhličitý zvyšuje rast rastlín v skutočnom svete, pretože rastliny potrebujú na svoj rast viac ako oxid uhličitý.

Rastliny tiež potrebujú vodu, slnečné svetlo a živiny, najmä dusík. Ak rastlina nemá jednu z týchto vecí, nebude rásť, bez ohľadu na to, aké hojné sú ďalšie potreby. Existuje limit, koľko môžu rastliny uhlíka odstrániť z atmosféry, a tento limit sa líši od regiónu k regiónu. Zatiaľ sa zdá, že hnojenie oxidom uhličitým zvyšuje rast rastlín, kým rastlina nedosiahne hranicu množstva dostupného vody alebo dusíka.

Niektoré zmeny absorpcie uhlíka sú výsledkom rozhodnutí o využití pôdy. Poľnohospodárstvo sa stalo oveľa intenzívnejším, takže môžeme pestovať viac potravín na menšej pôde. Vo vysokých a stredných šírkach sa opustená pôda vracia späť do lesa a tieto lesy ukladajú oveľa viac uhlíka v dreve aj v pôde ako plodiny. Na mnohých miestach zabraňujeme haseniu rastlín, aby sa uhlík rastliny nedostal do atmosféry. To umožňuje hromadenie drevného materiálu (ktorý ukladá uhlík). Všetky tieto rozhodnutia o využívaní pôdy pomáhajú rastlinám absorbovať uhlík uvoľňovaný človekom na severnej pologuli.

V trópoch sa však lesy vyklčujú, často požiarom, a tým sa uvoľňuje oxid uhličitý. V roku 2008 predstavovalo odlesňovanie asi 12% všetkých emisií oxidu uhličitého pre ľudí.

K najväčším zmenám v suchozemskom cykle uhlíka pravdepodobne dôjde z dôvodu zmeny podnebia. Oxid uhličitý zvyšuje teploty, predlžuje vegetačné obdobie a zvyšuje vlhkosť. Oba faktory viedli k ďalšiemu rastu rastlín. Rastliny však stresujú aj vyššie teploty. Pri dlhšom, teplejšom vegetačnom období potrebujú rastliny na prežitie viac vody. Vedci už vidia dôkazy o tom, že rastliny na severnej pologuli v lete kvôli vysokým teplotám a nedostatku vody spomaľujú rast.

Sušené a vodou namáhané rastliny sú tiež náchylnejšie na oheň a hmyz, keď sa vegetačné obdobie predĺži. Na ďalekom severe, kde má zvýšenie teploty najväčší vplyv, už lesy začali viac spaľovať a uvoľňovať uhlík z rastlín a pôdy do atmosféry. Tropické lesy môžu byť tiež mimoriadne náchylné na sušenie. Pri menšom množstve vody tropické stromy spomaľujú rast a absorbujú menej uhlíka alebo hynú a uvoľňujú uhlík uložený v atmosfére.

Otepľovanie spôsobené nárastom skleníkových plynov môže tiež „upiecť“ pôdu, čo urýchľuje rýchlosť odtoku uhlíka na niektorých miestach. To je obzvlášť znepokojujúce na ďalekom severe, kde sa topí zamrznutá pôda - permafrost. Permafrost obsahuje bohaté uhlíkové usadeniny v rastlinnej hmote, ktoré sa hromadia už tisíce rokov, pretože chlad klesá. Keď sa pôda zahreje, rozpadne sa organická hmota a uhlík - vo forme metánu a oxidu uhličitého - prenikne do atmosféry.

Súčasný výskum odhaduje, že permafrost na severnej pologuli obsahuje 1 672 miliárd ton (Petagramas) organického uhlíka. Ak sa iba 10% tohto permafrostu roztopí, mohlo by do atmosféry uvoľniť dostatok ďalšieho oxidu uhličitého, aby sa v roku 2100 zvýšili teploty o 0,7 stupňa Celzia (1,3 stupňa Fahrenheita).

Štúdium uhlíkového cyklu

Mnoho otázok, ktoré si vedci ešte musia zodpovedať ohľadom uhlíkového cyklu, sa točí okolo toho, ako sa mení. Atmosféra teraz obsahuje viac uhlíka ako kedykoľvek predtým za najmenej dva milióny rokov. Každý zásobník v cykle sa bude meniť, keď uhlík prechádza cyklom.

Aké budú tieto zmeny? Čo sa stane s rastlinami pri zvyšovaní teplôt a zmene podnebia? Odstránia z atmosféry viac uhlíka, ako sa vrátia? Stanú sa menej produktívnymi? Koľko uhlíka navyše sa permafrost rozpustí v atmosfére a koľko zosilní otepľovanie? Mení cirkulácia alebo otepľovanie oceánu rýchlosť, ktorou oceán absorbuje uhlík? Stane sa oceánsky život menej produktívnym? Koľko oceán okyslí a aké bude mať účinky?

Úlohou NASA pri zodpovedaní týchto otázok je poskytovať globálne satelitné pozorovania a súvisiace pozorovania v teréne. Na začiatku roku 2011 zhromažďovali informácie o uhlíkovom cykle dva typy satelitných prístrojov.

Prístroje s moderným rozlíšením Image Spectroradiometer (MODIS), ktoré lietajú na satelitoch NASA Terra a Aqua, merajú množstvo uhlíkových rastlín a fytoplanktónu, ktoré sa počas rastu premieňajú na hmotu, čo sa nazýva čistá primárna produktivita. Senzory MODIS tiež merajú, koľko požiarov nastane a kde horí.

Dva satelity Landsat poskytujú podrobný pohľad na oceánske útesy, čo na zemi rastie a ako sa mení krajinná pokrývka. Je vidieť rast mesta alebo premenu z lesa na farmu. Tieto informácie sú kľúčové, pretože využívanie pôdy je zodpovedné za jednu tretinu všetkých emisií uhlíka človeka.

Budúce satelity NASA budú v týchto pozorovaniach pokračovať a budú tiež merať oxid uhličitý a metán v atmosfére, výške a vegetačnej štruktúre.

Všetky tieto opatrenia nám pomôžu vidieť, ako sa globálny uhlíkový cyklus mení v priebehu času. Pomôžu nám posúdiť vplyv, ktorý máme na uhlíkový cyklus, jeho uvoľňovanie do atmosféry alebo hľadanie spôsobov, ako ho uložiť inde. Ukážu nám, ako zmena podnebia mení cyklus uhlíka a ako zmena cyklu mení podnebie.

Väčšina z nás však bude zmeny uhlíkového cyklu pozorovať osobnejšie. Uhlíkový cyklus je pre nás jedlo, ktoré jeme, elektrina v našich domácnostiach, plyn v autách a počasie nad hlavou. Pretože sme súčasťou uhlíkového cyklu, naše rozhodnutia o tom, ako žijeme, sa šírili počas celého cyklu. Rovnako zmeny v cykle uhlíka ovplyvnia spôsob nášho života. Keď každý z nás pochopí svoju úlohu v uhlíkovom cykle, vedomosti nám umožnia riadiť náš osobný dopad a porozumieť zmenám, ktoré vidíme vo svete okolo nás.