Der Kohlenstoff-Zyklus ist der biogeochemical Zyklus, durch den Kohlenstoff unter der Biosphäre, pedosphere, geosphere, dem Hydrobereich und der Atmosphäre der Erde ausgetauscht wird. Es ist einer der wichtigsten Zyklen der Erde und berücksichtigt Kohlenstoff, der wiederzuverwenden und überall in der Biosphäre und allen seinen Organismen wiederzuverwenden ist.

Der Kohlenstoff-Zyklus wurde von Joseph Priestley und Antoine Lavoisier am Anfang entdeckt, und von Humphry Davy verbreitet. Als es wird jetzt gewöhnlich einschließlich der folgenden Hauptreservoire von durch Pfade des Austausches miteinander verbundenem Kohlenstoff gedacht:

• Die Atmosphäre
• Die Landbiosphäre, die gewöhnlich definiert wird, um Süßwasser-Systeme und nichtlebendes organisches Material, solcher als einzuschließen.
• Die Ozeane, einschließlich aufgelösten anorganischen Kohlenstoff und des Lebens und nichtlebenden Seebiota,
• Die Bodensätze einschließlich fossiler Brennstoffe.
• Das Interieur der Erde, Kohlenstoff vom Mantel und Kruste der Erde werden zur Atmosphäre und dem Hydrobereich durch Vulkane und geothermische Systeme veröffentlicht.

Die jährlichen Bewegungen von Kohlenstoff, der Kohlenstoff-Austausch zwischen Reservoiren, kommen wegen verschiedener chemischer, physischer, geologischer und biologischer Prozesse vor. Der Ozean enthält die größte aktive Lache von Kohlenstoff in der Nähe von der Oberfläche der Erde, aber der tiefe Ozeanteil dieser Lache ist mit der Atmosphäre ohne einen Außeneinfluss, wie ein schwarzer Raucher oder eine nicht kontrollierte Tief-Wasserölquelle-Leckstelle nicht schnell wert.

Das globale Kohlenstoff-Budget ist das Gleichgewicht des Austausches (Einkommen und Verluste) von Kohlenstoff zwischen den Kohlenstoff-Reservoiren oder zwischen einer spezifischer Schleife (z.B, Atmosphäre  Biosphäre) vom Kohlenstoff-Zyklus. Eine Überprüfung des Kohlenstoff-Budgets einer Lache oder Reservoirs kann Auskunft darüber geben, ob die Lache oder das Reservoir als eine Quelle oder Becken für das Kohlendioxyd fungieren.

In der Atmosphäre

Kohlenstoff besteht in der Atmosphäre der Erde in erster Linie als das Gaskohlendioxyd (CO). Obwohl es ein kleiner Prozentsatz der Atmosphäre ist (etwa 0.04 % auf einer Mahlzahn-Basis), spielt es eine Lebensrolle im Unterstützen des Lebens. Anderes Benzin, das Kohlenstoff in der Atmosphäre enthält, ist Methan, und chlorofluorocarbons (ist der Letztere völlig anthropogen). Bäume und andere grüne Werke wie Gras-Bekehrter-Kohlendioxyd in Kohlenhydrate während der Fotosynthese, Sauerstoff im Prozess veröffentlichend. Dieser Prozess ist in relativ neuen Wäldern am fruchtbarsten, wo Baumwachstum noch schnell ist. Die Wirkung ist in laubwechselnden Wäldern während des Frühlings am stärksten, durchblätternd. Das ist als ein jährliches Signal in der Kurve von Keeling der gemessenen CO Konzentration sichtbar. Nordhemisphäre-Frühling herrscht vor, weil es viel mehr Land in gemäßigten Breiten in dieser Halbkugel gibt als im südlichen.

• Wälder versorgen 86 % oberirdischer Landkohlenstoff des Planeten und 73 % Boden-Kohlenstoff des Planeten.
• An der Oberfläche der Ozeane zu den Polen wird Meerwasser kühler, und mehr kohlenstoffhaltige Säure wird gebildet, weil CO mehr auflösbar wird. Das wird mit dem thermohaline Umlauf des Ozeans verbunden, der dichtes Oberflächenwasser ins Interieur des Ozeans transportiert (sieh den Zugang auf der Löslichkeitspumpe).
• In oberen Ozeangebieten der hohen biologischen Produktivität wandeln Organismen reduzierten Kohlenstoff zu Geweben oder Karbonate um, um Teile wie Schalen hart zu verkörpern, und. Diese werden beziehungsweise (Pumpe des weichen Gewebes) oxidiert und (Karbonat-Pumpe) an niedrigeren durchschnittlichen Niveaus des Ozeans wiederaufgelöst als diejenigen, an denen sie sich geformt haben, auf einen Fluss nach unten von Kohlenstoff hinauslaufend (sieh Zugang auf der biologischen Pumpe).
• Die Verwitterung des Silikat-Felsens (sieh Zyklus des Karbonat-Silikats). Kohlenstoffhaltige Säure reagiert mit dem abgewetterten Felsen, um Bikarbonat-Ionen zu erzeugen. Die erzeugten Bikarbonat-Ionen werden zum Ozean getragen, wo sie verwendet werden, um Seekarbonate zu machen. Verschieden von aufgelöstem CO im Gleichgewicht oder den Geweben, die Verwitterung verfallen, bewegt den Kohlenstoff in ein Reservoir nicht, von dem es zur Atmosphäre sogleich zurückkehren kann.
• 1958 war das atmosphärische Kohlendioxyd an Mauna Loa ungefähr 320 Teile pro Million (ppm), und 2011 ist es über 391ppm.
• Emission von Future CO kann durch die Identität von Kaya berechnet werden.

Kohlenstoff wird in die Atmosphäre auf mehrere Weisen veröffentlicht:

• Durch die Atmung, die von Werken und Tieren durchgeführt ist. Das ist eine exothermic Reaktion, und sie schließt das Brechen von Traubenzucker (oder andere organische Moleküle) ins Kohlendioxyd und Wasser ein.
• Durch den Zerfall des Tieres und der Pflanzensache. Fungi und Bakterien brechen die Kohlenstoff-Zusammensetzungen in toten Tieren und Werken und wandeln den Kohlenstoff zum Kohlendioxyd um, wenn Sauerstoff, oder Methan da ist wenn nicht.
• Durch das Verbrennen des organischen Materials, das den Kohlenstoff oxidiert, den es enthält, Kohlendioxyd (und andere Dinge, wie Wasserdampf) erzeugend. Das Verbrennen von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdölprodukte und Erdgas veröffentlicht Kohlenstoff, der im geosphere seit Millionen von Jahren versorgt worden ist. Das Brennen agrofuels veröffentlicht auch Kohlendioxyd, das seit nur ein paar Jahren oder weniger versorgt worden ist.
• Produktion von Zement. Kohlendioxyd wird veröffentlicht, wenn Kalkstein (Kalzium-Karbonat) geheizt wird, um Limone (Kalzium-Oxyd), ein Bestandteil von Zement zu erzeugen.
• An der Oberfläche der Ozeane, wo das Wasser wärmer, aufgelöstes Kohlendioxyd wird, wird zurück in die Atmosphäre veröffentlicht.
• Vulkanische Ausbrüche und metamorphism veröffentlichen Benzin in die Atmosphäre. Vulkanisches Benzin ist in erster Linie Wasserdampf, Kohlendioxyd und Schwefel-Dioxyd. Das veröffentlichte Kohlendioxyd ist dem durch die Silikat-Verwitterung entfernten Betrag grob gleich; so die zwei Prozesse, die die chemische Rückseite von einander, Summe zu grob der Null sind, und das Niveau des atmosphärischen Kohlendioxyds auf zeitlichen Rahmen weniger als ungefähr 100,000 Jahre nicht betreffen.

In der Biosphäre

Kohlenstoff ist ein wesentlicher Teil des Lebens auf der Erde. Ungefähr Hälfte des trockenen Gewichts von den meisten lebenden Organismen ist Kohlenstoff. Es spielt eine wichtige Rolle in der Struktur, Biochemie und Nahrung aller lebenden Zellen. Lebende Biomasse hält ungefähr 575 gigatons von Kohlenstoff, von dem der grösste Teil Holz ist. Böden halten etwa 1,500 gigatons, größtenteils in der Form von organischem Kohlenstoff, mit vielleicht einem Drittel der anorganische Formen von Kohlenstoff wie Kalzium-Karbonat.

• Autotrophs sind Organismen, die ihre eigenen organischen Zusammensetzungen mit dem Kohlendioxyd von der Luft oder dem Wasser erzeugen, in dem sie leben. Um das zu tun, verlangen sie eine Außenenergiequelle. Fast alle autotrophs verwenden Sonnenstrahlung, um das zur Verfügung zu stellen, und ihr Produktionsprozess wird Fotosynthese genannt. Eine kleine Zahl von autotrophs nutzt chemische Energiequellen in genanntem chemosynthesis eines Prozesses aus. Die wichtigsten autotrophs für den Kohlenstoff-Zyklus sind Bäume in Wäldern auf dem Land und phytoplankton in den Ozeanen der Erde. Fotosynthese folgt der Reaktion 6CO + 6HO  CHO + 6O
• Kohlenstoff wird innerhalb der Biosphäre übertragen, weil heterotrophs mit anderen Organismen oder ihren Teilen (z.B, Früchte) füttern. Das schließt das Auffassungsvermögen des toten organischen Materials (Geröll) durch Fungi und Bakterien für die Gärung oder den Zerfall ein.
• Der grösste Teil von Kohlenstoff verlässt die Biosphäre durch die Atmung. Wenn Sauerstoff da ist, aerobic Atmung kommt vor, der Kohlendioxyd in die Umgebungsluft oder das Wasser, im Anschluss an die Reaktion CHO + 6O  6CO + 6HO veröffentlicht. Sonst, anaerobic Atmung kommt vor und veröffentlicht Methan in die Umgebungsumgebung, die schließlich seinen Weg in die Atmosphäre oder den Hydrobereich (z.B, als Sumpf-Benzin oder Flatulenz) macht.
• Das Brennen der Biomasse (z.B Waldfeuer, Holz hat für die Heizung, irgend etwas anderes Organisches verwendet), kann auch wesentliche Beträge von Kohlenstoff zur Atmosphäre übertragen
• Kohlenstoff kann auch innerhalb der Biosphäre in Umlauf gesetzt werden, wenn tote organische Sache (wie Torf) eingetragen im geosphere wird. Tierschalen des Kalzium-Karbonats können schließlich insbesondere Kalkstein durch den Prozess der Ablagerung werden.
• Viel muss vom Radfahren von Kohlenstoff im tiefen Ozean erfahren werden. Zum Beispiel ist eine neue Entdeckung, dass larvacean Schleim-Häuser (allgemein bekannt als "Abteufer") in solcher großer Anzahl geschaffen werden, dass sie so viel Kohlenstoff an den tiefen Ozean liefern können, wie vorher durch Bodensatz-Fallen entdeckt worden ist. Wegen ihrer Größe und Zusammensetzung werden diese Häuser in solchen Fallen selten gesammelt, so haben die meisten Biogeochemical-Analysen sie falsch ignoriert.

Die Kohlenstoff-Lagerung in der Biosphäre ist unter Einfluss mehrerer Prozesse auf verschiedenen Zeitskalen: Während primäre Nettoproduktivität a und Saisonzyklus folgt, kann Kohlenstoff bis zu mehrere hundert von Jahren in Bäumen und bis zu Tausenden von Jahren in Böden versorgt werden. Änderungen in jenen langfristigen Kohlenstoff-Lachen (z.B durch de - oder Aufforstung oder durch temperaturzusammenhängende Änderungen in der Boden-Atmung) können so globale Klimaveränderung betreffen.

Im Hydrobereich

Die Ozeane enthalten ungefähr 36,000 gigatonnes von Kohlenstoff, größtenteils in der Form des Bikarbonat-Ions (mehr als 90 % mit dem grössten Teil des Rests, der Karbonat ist). Äußerste Stürme wie Orkane und Taifune begraben viel Kohlenstoff, weil sie so viel Bodensatz abwaschen. Zum Beispiel hat eine Forschungsmannschaft im Problem im Juli 2008 der Zeitschrift Geologie berichtet, dass ein einzelner Taifun in Taiwan so viel Kohlenstoff im Ozean — in der Form von Bodensatz begräbt — wie alle anderen Regen in diesem das ganze Jahr lang verbundenen Land. Anorganischer Kohlenstoff, der Kohlenstoff-Zusammensetzungen ohne Kohlenstoff-Kohlenstoff oder mit dem Kohlenstoffwasserstoffobligationen ist, ist in seinen Reaktionen innerhalb von Wasser wichtig. Dieser Kohlenstoff-Austausch wird wichtig im Steuern des pH im Ozean und kann sich auch als eine Quelle oder Becken für Kohlenstoff ändern. Kohlenstoff wird zwischen der Atmosphäre und dem Ozean sogleich ausgetauscht. In Gebieten von ozeanischem upwelling wird Kohlenstoff zur Atmosphäre veröffentlicht. Umgekehrt übertragen Gebiete von downwelling Kohlenstoff (CO) von der Atmosphäre bis den Ozean. Wenn CO in den Ozean eingeht, nimmt er an einer Reihe von Reaktionen teil, die lokal im Gleichgewicht sind:

Lösung:

:: CO (atmosphärischer) CO hat (aufgelöst)

Konvertierung zu kohlenstoffhaltiger Säure:

:: CO (aufgelöst) + HO HCO

Die erste Ionisation:

:: HCO H + HCO (Bikarbonat-Ion)

Die zweite Ionisation:

:: HCO H + CO (Karbonat-Ion)

Dieser Satz von Reaktionen, der jedes seinen eigenen Gleichgewicht-Koeffizienten hat, bestimmt die Form, die anorganischer Kohlenstoff in den Ozeanen annimmt. Die Koeffizienten, die empirisch für Ozeanwasser bestimmt worden sind, sind selbst Funktionen der Temperatur, des Drucks und der Anwesenheit anderer Ionen (besonders borate). Im Ozean bevorzugt das Gleichgewicht stark Bikarbonat. Da dieses Ion drei von atmosphärischem CO entfernte Schritte ist, hat das Niveau der anorganischen Kohlenstoff-Lagerung im Ozean kein Verhältnis der Einheit zum atmosphärischen teilweisen Druck von CO. Der Faktor für den Ozean ist ungefähr zehn: D. h. für eine 10-%-Zunahme in atmosphärischem CO nimmt ozeanische Lagerung (im Gleichgewicht) um ungefähr 1 % mit dem genauen Faktor-Abhängigen auf lokalen Bedingungen zu. Dieser Pufferfaktor wird häufig den "Faktor von Revelle" nach Roger Revelle genannt.

In den Ozeanen kann sich aufgelöstes Karbonat mit aufgelöstem Kalzium verbinden, um festes Kalzium-Karbonat, CaCO größtenteils als die Schalen von mikroskopischen Organismen hinabzustürzen. Wenn diese Organismen sterben, sinken ihre Schalen und wachsen auf dem Ozeanboden an. Mit der Zeit bilden diese Karbonat-Bodensätze Kalkstein, der das größte Reservoir von Kohlenstoff im Kohlenstoff-Zyklus ist. Das aufgelöste Kalzium in den Ozeanen kommt aus der chemischen Verwitterung von Felsen des Kalzium-Silikats, während deren kohlenstoffhaltige und andere Säuren in Grundwasser mit Kalzium tragenden Mineralen reagieren, die Kalzium-Ionen zur Lösung befreien und einen Rückstand kürzlich gebildeter aluminiumreicher Tonminerale und unlöslicher Minerale wie Quarz zurücklassen.

Der Fluss oder die Absorption des Kohlendioxyds in die Ozeane in der Welt sind unter Einfluss der Anwesenheit weit verbreiteter Viren innerhalb von Ozeanwasser, die viele Arten von Bakterien anstecken. Die resultierenden Bakterientodesfälle erzeugen eine Folge von Ereignissen, die zu außerordentlich vergrößerter Atmung des Kohlendioxyds führen, die Rolle der Ozeane als ein Kohlenstoff-Becken erhöhend.

Siehe auch

• Biochar
• Atmen
• C4MIP
• Zyklus von Calvin
• Kohlenstoff-Zyklus, der wiederbalanciert
• Kohlenstoff-Diät
• Kohlendioxyd in der Atmosphäre der Erde
• Kohlenstoff-Fußabdruck
• Wirbel-Kovarianz-Fluss (auch bekannt als Wirbel-Korrelation, Wirbel-Fluss)
• Hydrologie (Landwirtschaft)
• Hydrologische Einschätzung der Geländeauffüllungsleistung (HILFE)
• Latenter Hitzefluss
• Wassereinschätzung Und Planung des Systems (WEAP)
• Boden-Pflanzenatmosphäre-Kontinuum
• Defizit-Bewässerung
• Globales Kohlenstoff-Projekt
• Einheitliches Kohlenstoff-Beobachtungssystem
• Niedrige Kohlenstoff-Diät
• Stickstoff-Zyklus
• Ozeanansäuerung
• Torf-Sumpf
• Permafrostboden-Kohlenstoff-Zyklus
• Primäre Produktion
• Werfen Sie auf Erde und den "Langsamen Kohlenstoff-Zyklus" Schneebälle

Weiterführende Literatur

• Der Kohlenstoff-Zyklus, die aktualisierte Zündvorrichtung durch die Erdsternwarte von NASA, 2011

• - der Artikel über den fehlenden Kohlenstoff versenkt

Außenverbindungen

• Kohlenstoff-Zyklus-Wissenschaftsprogramm - eine Zwischenagenturpartnerschaft.
• Carbon Cycle Greenhouse Gases Group von NOAA
• Globales Kohlenstoff-Projekt - Initiative der Erdsystemwissenschaftspartnerschaft
• UNEP - Der gegenwärtige Kohlenstoff-Zyklus - Klimaveränderungskohlenstoff-Niveaus und Flüsse
• Die umkreisende Kohlenstoff-Sternwarte der NASA
• Carboscope, eine Website, die Karten von Flüssen von Treibhausgasen (CO2 und CH4) präsentiert
• CarboSchools, eine europäische Website mit vielen Mitteln, Kohlenstoff-Zyklus in Höheren Schulen zu studieren.
• Kohlenstoff und Klima, eine Bildungswebsite mit einem Kohlenstoff-Zyklus applet, um Ihren eigenen Vorsprung zu modellieren.