Въглеродният цикъл - балансът в природата

• Нарушаваме го от 18 век досега и подсилваме климатичните промени
• Почвата е най-големият активен сухоземен „резервоар“ на СО2

Въглеродът е четвъртият най-разпространен елемент във Вселената и „кръвта“ на Земята, без която животът тук не би бил възможен. В по-голямата си част - около 65,5 млрд. метрични тона - се съхранява в скалите. Останалото е в океана, атмосферата, растенията, почвата. Всички живи организми също са съставени от въглерод, а в човешкото тяло той се нарежда на второ място след кислорода по маса, със своите 18%.

Биосферата и връзката ѝ с другите сфери на въглеродния цикъл. Източник: ©Biochar

Природата по перфектен начин балансира обмяната му от всеки един „резервоар“ в друг (а това са литосферата, хидросфератата, атмосферата, биосферата и педосферата). По пътя си реагира с други химични елементи и образува различни химични съединения, от които въглероден диоксид или варовик. Този обмен наричаме въглероден цикъл, той има бавни и бързи компоненти. Така например бавните геоложки процеси, като образуването на седиментни скали и изкопаеми горива от някога съществуващи на земята растения и водорасли, представляват кръговрат на въглерод през дълъг период от време.

Опростена диаграма на въглеродния цикъл през атмосферата, педосферата и хидросферата. Източник: Valerie Martin, Technical Education Research Center (TERC)

Друг пример, с който илюстрираме този кръг между недрата на земята и небето, е фотосинтезата. Заедно с вода и слънчева енергия растенията абсорбират от въздуха въглероден диоксид - същият, който ние, живите аеробни същества - хора и животни, сме отделили в атмосферата чрез дишането си.

По същество във водата се случва същото, както на сушата: животните ядат растенията и планктона, издишват CO₂ и отделят други въглеродсъдържащи съединения. След това те се разлагат допълнително и накрая се отлагат като утайка - отложена скала. Въглероден двуокис също се обменя постоянно между водата и земята, например чрез птици, които ядат водни животни. Растенията и фитопланктонът са основните компоненти на бързия въглероден цикъл.

Бързият въглероден цикъл е толкова тясно свързан с живота на растенията, че вегетационният сезон може да се види по начина, по който въглеродният диоксид се колебае в атмосферата. През зимата в Северното полукълбо, когато малко растения растат и много се разлагат, концентрациите на въглероден диоксид в атмосферата се покачват. През пролетта, когато растенията започват да растат отново, концентрациите спадат. Сякаш въглеродът пулсира в биосферата на Земята.

В дългосрочен план въглеродният цикъл не позволява целият въглерод на Земята да навлезе в атмосферата (както е на Венера) или да се съхранява изцяло в скалите. Този баланс поддържа температурата на планетата ни относително стабилна, като термостат. Този термостат работи в продължение на няколкостотин хиляди години като част от бавния въглероден цикъл. Това означава, че за по-кратки периоди от време - десетки до сто хиляди години - температурата на Земята може да варира. И за това се люшка между ледникови епохи и по-топли междуледникови периоди.

Всяка промяна, която отнема повече въглерод от един и дава повече в друг резервоар, може да наруши равновесието в кръговрата на въглерода и да усили тези краткотрайни температурни промени.

С прекомерна намеса в околната среда – с обезлесяване и най-вече изгаряне на изкопаеми горива (нефт, природен газ, въглища) правим точно това. Учените неведнъж ни напомнят, че от началото на геоложкия период кватернер до индустриалната епоха този кръговрат е бил практически безупречен. Оттогава изгарянето на тези залежи прекалено бързо обогатява атмосферата ни с CO₂ . Неслучайно тогава, в края на 18-ти век, са дали името на елемента „Carbon” от латинската дума за въглища „carbo“.

В резултат на повече въглероден двуокис в атмосферата от нормалното, все повече и повече от него навлиза и в моретата, и в езерата. Това е причината водата да променя стойността на киселинност, тъй като повече CO₂ произвежда въглеродна киселина там. Много морски обитатели имат проблеми с адаптирането към тези промени и умират, а това води до загуба на видове.

Европейската комисия посочва, че човешката дейност има най-голям принос за повишаване на концентрацията на CO₂ спрямо останалите парникови газове, които водят до глобално затопляне - метан, диазотен оксид и флуорсъдържащи газове. До 2020 г. неговата концентрация в атмосферата е нараснала до 48% над прединдустриалното равнище (преди 1750 г.), пресмятат те.

Зелената сделка и всички нови екополитики целят именно това – да намалят вредното влияние на парниковия ефект в околната среда, да преобразят бизнесите и производствата, да сме пример за света.

По данни на Организацията по прехрана и земеделие (ФАО) земеделието, горското стопанство и други практики на земеползване са причина за 24% от световните емисии на парникови газове, а общите световни емисии от животновъдството възлизат на 7,1 гигатона CO₂ еквивалент годишно, което се равнява на 14,5% от общите антропогенни емисии на парниковите газове.

Една агролесовъдна система обаче, която целенасочено интегрира дървета с култури и добитък, може да има положителен ефект като увеличи поглъщането на въглерод от атмосферата, за което ще разкажем по-подробно в следващ материал.

Земният пазител на въглерод

Океаните са най-големите съхранители на въглерод, съдържат 100 пъти повече, отколкото в атмосферата. Но в голямата си част, океаните не участват в активната циркулация на въглерода на планетата, тъй като той „лежи“ в дълбините им.

Следващ по ред източник е най-големият сухоземен въглероден резервоар, който също така участва активно в кръговрата на въглерод в земната екосиситема - това е почвата.

Тя съхранява почти три пъти повече въглерод от надземната биомаса и два пъти повече количество, отколкото атмосферата.

Почвата съдържа въглерод в различни органични форми, като растителна постеля, дървени въглища или вкаменелости. Около една трета от органичния въглерод в почвата се намира в горите, друга една трета - в саваните и пасищата, а останалата част - във влажните зони и други биоми. Въглеродът е необходим на почвата, той подобрява задържането на вода и други нейни свойства, важни за плодородието.

Обработваемите земи обаче са с изчерпани въглеродни емисии в сравнение с почвите под местна растителност, като горите. Тъй като земеделската земя съставлява цели 37% от обитаемата земя в световен мащаб по данни на ФАО, дори леко увеличение на запасите от органичен въглерод в тях може значително да допринесе за смекчаване на изменението на климата. Все още обаче селското стопанство прави обратното.

Преди две години Европейската комисия е изчислила, че обработваемата земя в ЕС губи около 7,4 милиона тона въглерод годишно. Също така големи загуби на въглерод се наблюдават в много страни при бивши торфища, които са изкуствено дренирани с цел производство.

Новата стратегия на ЕС за почвите до 2030 г. има за цел да приложи мерки за увеличаване на запасите от органичен въглерод в почвата (Soil organic carbon - SOC), за да се постигне климатична неутралност до 2050 г. Селското стопанство, насърчаващо улавянето на въглерод в почвите - въглеродно земеделие, ще е силен играч в това.