文档介绍：《低碳经济的工程科学》课程期末大作业

全球碳循环
在我们的生活当中,到处都在上演着碳循环。例如,我们呼吸着新鲜空气,这个过程就是把氧气吸进体内,经过一系列化学反应,将二氧化碳排出体外。再例如,植物将我们呼出的二氧化碳吸收,再放出氧气,这些都是碳循环。
1碳循环
碳循环,地球上有五个碳库,最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料,但是这两个库中的碳活动缓慢,实际上起着贮存库的作用。还有三个碳库:大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容量小而活跃,起着交换库的作用。碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在,在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在,在水圈中以多种形式存在,在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物。根据生态学原理,一个系统中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过程总是降低或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。显然,大量开采化石燃料以及开采森林等活动都是非自然过程。这些活动导致了大气二氧化碳浓度的不断上升。鉴于大气二氧化碳上升可能引起的严重生态后果,科学家对于全球碳循环进行了广泛的研究。具体内容包括地球各部分(大气、海洋和森林等)碳储量估算,森林生态系统与其它部分碳的交换量(流)的估算,以及人类干扰对各个库和流的影响。在陆地生态系统中,森林是最大的有机碳的贮库,占整个陆地碳库的56%。因此了解森林生态系统在碳循环中的作用,对于研究陆气系统的碳循环乃至全球碳循环都是一个基础,具有重要的意义。
大气中的二氧化碳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。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。
一部分动、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,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。人类燃烧矿物燃料以获得能量时,产生大量的二氧化碳。由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动,二氧化碳的生成量每年递增,使得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。
植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率,与通过动植物的呼吸和微生物的分解作用将碳释放到大气中的速率大体相等,根据生态学原理,一个系统中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过程总是降低或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。显然,大量开采化石燃料以及开采森林等活动都是非自然过程,这些活动导致了大气二氧化碳浓度的不断上升。
如下图,就是一个碳循环的简化流程图:
对于全球碳循环,本文将从地球上各种不同的生态系统的碳循环的调查,来诠释全球碳循环。
2生态系统
生态系统,指在自然界的一定的空间内,生物与环境构成的统一整体,在这个统一整体中,生物与环境之间相互影响、相互制约,不断演变,并在一定时期内处于相对稳定的动平衡状态。生态系统的范围可大可小,相互交错,最大的生态系统是生物圈;最为复杂的生态系