碳素回圈

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[拼音]:tansu xunhuan

[外文]:carbon cycle

自然界中的有机和无机含碳化合物在生物和非生物的作用下,一系列相互转化的过程。它保证了二氧化碳资源的重复利用,使植物生产能不断进行,并且清除了环境中的有机质废物,保持碳素在自然界中的平衡。

地壳内回圈

碳经过地表沉积物、地表岩层和地壳进行的回圈。它受成岩作用、变质作用、造山作用和造陆作用的推动,是一个极缓慢的地质变化过程,由岩石风化和火山爆发(产生二氧化碳)与地壳外回圈连线。

地壳外回圈

碳通过大气、水域和陆地生物圈进行的回圈。在这个过程中,大部分有机含碳化合物以较高的速度进行合成及分解。一小部分有机含碳化合物经海洋沉积,进入地壳内回圈。

陆地碳回圈

绿色植物进行光合作用,将大气中的二氧化碳合成碳水化合物,构成植物细胞结构及贮藏物质,土壤、淡水中的光合细菌及藻类也能固定二氧化碳,但其量甚微。这些植物和藻类像一个巨大的碳泵、把浓度很低的二氧化碳集中起来(空气中碳的重量百分比为0.03,而生物物质碳的重量平均百分比为24.9),特别是四碳植物能在二氧化碳含量为百万分之几的环境中进行光合作用。二氧化碳固定速度随植被及地区而异,热带雨林生长迅速,每年每平方米可固定碳1~3.5千克,冻土沙漠则仅固定10克碳左右。地球陆地全年总固碳量约630亿吨。其中一部分作为动物的食物,变成动物的组成成分。一部分进入微生物体内。植物、动物和微生物的有机质构成陆地总生物量。

植物的枯枝败叶、动物的排洩物及动、植物残体都是环境中的有机废物,不断进入土壤并被微生物分解。土壤中的真菌和异养细菌是上述有机质的主要分解者。进入土壤的有机质分为可溶性及不溶性两大类。可溶性有机质包括简单的糖类、有机酸和氨基酸等,其数量不大,可被大多数微生物直接吸收、代谢。不溶性有机质数量较大,主要为蛋白质、核酸、油脂、淀粉、纤维素、半纤维素、木质素以及几丁质等。这些物质分别靠土壤中具有相应酶活性的微生物群进行分解。例如,纤维素诱导纤维素分解菌合成纤维酶,分泌至细胞外,将纤维素分解成纤维二糖,然后进一步分解成单糖,单糖像其他可溶性物质一样,可进入微生物的细胞代谢。难分解的芳香族化合物通过微生物的转化形成腐殖质,构成土壤有机质主体。腐殖质仍可被微生物分解,不过相当缓慢。微生物分解有机质,一部分碳构成微生物细胞结构,被暂时固定;一部分碳通过呼吸作用变成二氧化碳释放。待微生物死亡后,有机质又遭分解,释放出二氧化碳。

有机质的分解速度因条件而异,热带雨林区分解快;寒冷地区分解慢;常年积水、通气不良的沼泽地带和酸度太高的土壤中,有机质很少分解,作为草炭被积累起来。

海洋中的碳回圈

海洋几乎是一个封闭系统,碳可以自给自足。海洋中有机质的主要生产者是海水表层的浮游生物,它们吸收溶解在水中的二氧化碳,进行光合作用。海洋浮游植物的生产能力随区域和季节而异,矿质营养丰富的区域,每年二氧化碳固定量可达0.5~1千克/米2,营养贫乏的区域二氧化碳的固定量仅达上述量的10%或更少。全部海洋中每年固定的碳约450亿吨。海洋中的浮游植物为浮游动物的食物,它们进行光合作用时放出氧供动物呼吸,动、植物呼吸放出的二氧化碳又供植物合成。海洋中大部分生物群为微小生物,它们生命时间短,死亡后或自溶或被分解,未被分解的则下沉至深海,以有机质沉积物的形式,进入地壳内回圈。

人类活动影响碳素回圈的平衡,尤其是燃料矿石的燃烧使大气中二氧化碳的含量增加。1860年以前,大气中的二氧化碳含量在 0.03%以下,现在已增至0.033%。大气中二氧化碳含量增加造成全球范围的气温升高,也带来其他一系列的后果,已引起各国的重视。

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