地球上最大的循环是谁搞的？它就在你身边！

近年来，“碳中和”“碳达峰”成为各种媒体上大量出现的名词，人们，尤其是石油人对它们的关注日益增加。那么如何理解它们的真正含义？通过哪些路径才能实现？这还得从地球上的碳库和碳循环说起。

地球的碳库

碳是生命物质中的主要元素之一，是有机质的重要组成部分。地球上主要有四大碳库，即大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库。碳元素在大气、陆地、海洋等各大碳库之间不断地循环变化。

大气碳库。大气碳库的大小约为7300亿吨，在几大碳库中是最小的，但它却足以成为联系海洋碳库与陆地生态系统碳库的纽带和桥梁，大气中的碳含量直接影响整个地球系统的物质循环和能量流动。大气中含碳气体主要有二氧化碳、甲烷和一氧化碳等，相对于海洋和陆地生态系统来说，大气中的碳量是最容易计算的，而且也是最准确的。由于在这些气体中二氧化碳含量最大，也最为重要，所以大气中的二氧化碳浓度往往可以看作大气中碳含量的一个重要指标。所谓的“碳中和”“碳达峰”的主要关注点就在这里。

海洋碳库。海洋具有贮存和吸收大气中二氧化碳的能力，其可溶性无机碳含量约为374000亿吨，是大气中含碳量的50多倍。海洋决定着大气中的二氧化碳浓度。大气中的二氧化碳不断与海洋表层进行交换，从而使得大气与海洋表层之间迅速达到平衡。人类活动导致的碳排放中有30%～50%被海洋吸收，但海洋缓冲大气中二氧化碳浓度变化的能力不是无限的。由于人类活动使得碳排放的速率比阳离子的提供速率大几个数量级，随着大气中二氧化碳浓度的不断上升，海洋吸收二氧化碳的能力不可避免地会逐渐降低。

陆地生态系统碳库。陆地生态系统蓄积的碳量约为20000亿吨，其中，土壤有机碳库蓄积的碳量约是植被碳库的2倍。陆地生态系统碳蓄积主要发生在森林地区，森林生态系统在地圈、生物圈的生物地球化学过程中起着重要的“缓冲器”和“阀”的功能，约80%的地上碳蓄积和约40%的地下碳蓄积发生在森林生态系统，余下的部分主要贮存在耕地、湿地、冻原、高山草原及沙漠、半沙漠中。碳蓄积主要发生在热带地区，全球50%以上的植被碳和近1/4的土壤有机碳贮存于热带森林和热带草原生态系统，约15%的植被碳和近18%的土壤有机碳贮存在温带森林和草地，剩余部分的陆地碳蓄积则主要发生在北部森林、冻原、湿地、耕地及沙漠、半沙漠地区。

地球上最大的碳库是岩石圈碳库，其中的石油、天然气和煤炭等人们熟知的化石燃料，含碳量约占地球碳总量的99.9%。这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。

碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在，总量约为2 . 7亿亿吨；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；生物库中则存在几百种被生物合成的有机物。这些物质的存在形式受到各种因素的调节。

多种多样的碳循环

碳循环指碳元素在地球上的生物圈、岩石圈、水圈及大气圈中交换，并随地球的运动循环不止的现象。由于碳是构成地球上绝大多数物质的基础，它的循环堪称地球上最伟大的循环。

地球上的碳循环主要表现为自然生态系统的绿色植物从空气中吸收二氧化碳，经光合作用转化为碳水化合物并释放出氧气，同时又通过生物地球化学循环过程及人类活动将二氧化碳释放到大气中。

自然生态系统的绿色植物将吸收的二氧化碳通过光合作用转化为植物体的碳水化合物，并经过食物链的传递转化为动物体的碳水化合物，而植物和动物的呼吸作用又把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放到大气，大气中的二氧化碳这样循环一次约需20年。另一部分碳则构成了生物的有机体，自身贮存下来，在动植物死亡之后，大部分动植物的残体通过微生物的分解作用最终以二氧化碳的形式排放到大气中，少部分在被微生物分解之前被沉积物掩埋，经过漫长的年代转化为化石燃料（煤、石油、天然气等），当这些化石燃料风化或作为燃料燃烧时，其中的碳又转化为二氧化碳排放到大气中。人类消耗大量矿物燃料对碳循环产生重大影响。

生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从大气中吸收二氧化碳，在水的参与下经光合作用转化为葡萄糖并释放出氧气，有机体再利用葡萄糖合成其他有机化合物。有机化合物经食物链传递，又成为动物和细菌等其他生物体的一部分。生物体内的碳水化合物一部分作为有机体代谢的能源经呼吸作用被氧化为二氧化碳和水，并释放出其中储存的能量。

自然界中绝大多数的碳储存于地壳岩石中，岩石中的碳因自然和人为的各种化学作用分解后进入大气和海洋，同时死亡生物体及其他各种含碳物质又不停地以沉积物的形式返回地壳中，由此构成了全球碳循环的一部分。碳的地球生物化学循环控制了碳在地表或近地表的沉积物和大气、生物圈及海洋之间的迁移。

植物、可光合作用的微生物通过光合作用从大气中吸收碳的速率， 与通过生物的呼吸作用将碳释放到大气中的速率大体相等， 大气中二氧化碳的含量在受到人类活动干扰以前是相当稳定的。石油、煤炭是碳固化过剩的一种副产品， 一旦被人类利用， 就会释放出海量的碳。

大气和海洋、陆地之间也存在着碳循环，二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气，这种碳交换发生在大气和海水的交界处；大气中的二氧化碳也可以溶解在雨水和地下水中成为碳酸，并通过径流被河流输送到海洋中，这些碳酸盐通过沉积过程又形成石灰岩、白云石和碳质页岩等；在化学和物理作用下，这些岩石风化后所含的碳又以二氧化碳的形式排放到大气中。火山爆发也可使一部分有机碳和碳酸盐中的碳再次加入碳循环。碳质岩石的破坏，在短时期内对循环的影响虽不大，但对几百万年中碳量的平衡来说却是重要的。

人类活动对碳循环的影响

人类活动主要指人们燃烧矿物燃料以获得能量时，产生大量的二氧化碳。从1949年到1969年，由于燃烧矿物燃料及其他工业活动，二氧化碳的生成量大约每年增加 4.8％，其结果是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，导致气候异常。矿物燃料燃烧生成并排入大气的二氧化碳有一小部分可被海水溶解，但海水中溶解态二氧化碳的增加又会引起海水中酸碱平衡和碳酸盐溶解平衡的变化。

矿物燃料的不完全燃烧会产生少量的一氧化碳。自然过程也会产生一氧化碳。一氧化碳在大气中存留时间很短，主要是被土壤中的微生物所吸收，也可通过一系列化学或光化学反应转化为二氧化碳。

人类活动向大气中释放了大量的二氧化碳，这些二氧化碳大约有57%被自然生态系统所吸收，约43%留在大气中。与工业化前相比，现今全球大气中二氧化碳浓度大幅增加，导致全球气候系统的变暖。

全球变暖是人类社会活动造成地球气候变化的后果。“碳”就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源。“碳”耗用得多，导致地球变暖的元凶“二氧化碳”也制造得多。与此同时，全球变暖也在改变（影响）着人们的生活方式，带来越来越多的问题。

实现“碳中和”“碳达峰”的目的，就是要尽量减少这种因为碳的过度排放所带给地球和人类社会的破坏。

作者：王大锐