कार्बन चक्र क्या हैं?
कार्बन चक्र विभिन्न वातावरणों में तत्व कार्बन के विस्थापन आंदोलन हैं
मिशेल ग्रिएस्ट द्वारा संपादित और आकार बदला हुआ चित्र, Unsplash . पर उपलब्ध है
कार्बन चक्र चट्टानों, मिट्टी, महासागरों और पौधों सहित विभिन्न वातावरणों में तत्व कार्बन के विस्थापन आंदोलन हैं। यह इसे वायुमंडल में पूरी तरह से बनने से रोकता है और पृथ्वी के तापमान को स्थिर करता है। भूविज्ञान के लिए, कार्बन चक्र दो प्रकार के होते हैं: धीमा, जिसमें सैकड़ों हजारों वर्ष लगते हैं, और तेज, जिसमें दसियों से 100,000 वर्ष लगते हैं।
कार्बन
कार्बन एक रासायनिक तत्व है जो चट्टानों में और कुछ हद तक मिट्टी, समुद्र, सब्जियों, वातावरण, जीवित प्राणियों और वस्तुओं के जीवों में प्रचुर मात्रा में पाया जाता है। यह सितारों में जाली है, ब्रह्मांड में चौथा सबसे प्रचुर तत्व है और पृथ्वी पर जीवन के रखरखाव के लिए आवश्यक है जैसा कि हम जानते हैं। हालांकि, वह एक महत्वपूर्ण समस्या के कारणों में से एक है: जलवायु परिवर्तन।
बहुत लंबे समय के पैमाने (लाखों से दसियों लाख वर्षों) में, टेक्टोनिक प्लेटों की गति और उस दर में परिवर्तन जिस पर कार्बन पृथ्वी के आंतरिक भाग में प्रवेश करता है, वैश्विक तापमान को बदल सकता है। क्रेटेशियस (लगभग 145 से 65 मिलियन वर्ष पूर्व) की अत्यंत गर्म जलवायु से लेकर प्लेइस्टोसिन के हिमनदों की जलवायु (लगभग 1.8 मिलियन से 11,500 वर्ष पूर्व) तक, पृथ्वी ने पिछले 50 मिलियन वर्षों में यह परिवर्तन किया है।
धीमा चक्र
रासायनिक प्रतिक्रियाओं और विवर्तनिक गतिविधि की एक श्रृंखला के माध्यम से, कार्बन को धीरे-धीरे होने वाले कार्बन चक्र में चट्टानों, मिट्टी, महासागर और वातावरण के बीच स्थानांतरित करने में 100 से 200 मिलियन वर्ष लगते हैं। एक वर्ष में औसतन दस से 100 मिलियन टन कार्बन धीमे चक्र से गुजरता है। तुलना के लिए, वायुमंडल में मानव कार्बन उत्सर्जन 10 बिलियन टन के क्रम में है, जबकि तीव्र कार्बन चक्र प्रति वर्ष दस से 100 बिलियन कार्बन तक चलता है।
वायुमंडल से स्थलमंडल (चट्टानों) तक कार्बन की गति वर्षा से शुरू होती है। वायुमंडलीय कार्बन, पानी के साथ मिलकर कार्बोनिक एसिड बनाता है, जो बारिश के माध्यम से सतह पर जमा हो जाता है। यह एसिड रासायनिक अपक्षय नामक प्रक्रिया में चट्टानों को घोलता है, कैल्शियम, मैग्नीशियम, पोटेशियम या सोडियम आयनों को मुक्त करता है। इन आयनों को नदियों और नदियों से समुद्र में ले जाया जाता है।
- महासागरों को प्रदूषित करने वाले प्लास्टिक की उत्पत्ति क्या है?
- महासागरीय अम्लीकरण: ग्रह के लिए एक गंभीर समस्या
समुद्र में, कैल्शियम आयन बाइकार्बोनेट आयनों के साथ मिलकर कैल्शियम कार्बोनेट बनाते हैं, जो एंटासिड में सक्रिय घटक है। समुद्र में, अधिकांश कैल्शियम कार्बोनेट शेल-बिल्डिंग (कैल्सीफाइंग) जीवों (जैसे कोरल) और प्लवक (जैसे कोकोलिथोफोर्स और फोरामिनिफेरा) द्वारा निर्मित होता है। इन जीवों के मरने के बाद ये समुद्र तल में डूब जाते हैं। समय के साथ, गोले और तलछट की परतें संकुचित हो जाती हैं और चट्टानों में बदल जाती हैं, कार्बन का भंडारण करती हैं, जिससे चूना पत्थर जैसी तलछटी चट्टानें पैदा होती हैं।
लगभग 80% कार्बोनेट चट्टानें इसी तरह से उत्पन्न होती हैं। शेष 20% में विघटित जीवों (कार्बनिक कार्बन) से उत्पन्न कार्बन होता है। गर्मी और दबाव लाखों वर्षों में कार्बन युक्त कार्बनिक पदार्थों को संकुचित करते हैं, जिससे शेल जैसी तलछटी चट्टानें बनती हैं। विशेष मामलों में, जब मृत पौधों से कार्बनिक पदार्थ जल्दी से जमा हो जाते हैं, तो अपघटन के लिए कोई समय नहीं होता है, कार्बनिक कार्बन की परतें शेल जैसी तलछटी चट्टानों के बजाय तेल, कोयला या प्राकृतिक गैस बन जाती हैं।
धीमे चक्र में, ज्वालामुखी गतिविधि के माध्यम से कार्बन वायुमंडल में वापस आ जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब पृथ्वी की सतह और समुद्र की पपड़ी टकराती है, तो एक दूसरे के नीचे डूब जाती है और जो चट्टान वह ले जाती है वह अत्यधिक गर्मी और दबाव में पिघल जाती है। गर्म चट्टान कार्बन डाइऑक्साइड को मुक्त करते हुए सिलिकेट खनिजों में पुनर्संयोजित होती है।
- कार्बन डाइऑक्साइड: CO2 क्या है?
जब ज्वालामुखी फटते हैं, तो वे वायुमंडल में गैस को बाहर निकाल देते हैं और पृथ्वी को सिलिसियस चट्टान से ढक देते हैं, जिससे चक्र फिर से शुरू हो जाता है। ज्वालामुखी प्रति वर्ष 130 से 380 मिलियन मीट्रिक टन कार्बन डाइऑक्साइड का उत्सर्जन करते हैं। तुलना के लिए, मनुष्य एक वर्ष में लगभग 30 बिलियन टन कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जित करता है - ज्वालामुखियों की तुलना में 100 से 300 गुना अधिक - जीवाश्म ईंधन को जलाना।
- शराब या गैसोलीन?
यदि ज्वालामुखीय गतिविधि में वृद्धि के कारण वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड बढ़ता है, उदाहरण के लिए, तापमान बढ़ता है, जिससे अधिक बारिश होती है, जो अधिक चट्टान को घोलती है, और अधिक आयन बनाती है जो अंततः समुद्र तल पर अधिक कार्बन जमा करती है। धीमे कार्बन चक्र को पुनर्संतुलित करने में कुछ लाख वर्ष लगते हैं।
हालाँकि, धीमे चक्र में थोड़ा तेज़ घटक भी होता है: महासागर। सतह पर, जहां हवा पानी से मिलती है, कार्बन डाइऑक्साइड गैस घुल जाती है और वातावरण के साथ निरंतर आदान-प्रदान में समुद्र से बाहर निकलती है। एक बार समुद्र में, कार्बन डाइऑक्साइड गैस हाइड्रोजन को छोड़ने के लिए पानी के अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करती है, जिससे समुद्र अधिक अम्लीय हो जाता है। बाइकार्बोनेट आयनों का उत्पादन करने के लिए हाइड्रोजन चट्टानों के अपक्षय से कार्बोनेट के साथ प्रतिक्रिया करता है।
औद्योगिक युग से पहले, महासागर ने रॉक वियर के दौरान प्राप्त कार्बन के साथ कार्बन डाइऑक्साइड को वातावरण में उगल दिया। हालाँकि, जैसे-जैसे वायुमंडलीय कार्बन सांद्रता में वृद्धि हुई है, महासागर अब वायुमंडल से जितना कार्बन छोड़ता है उससे अधिक कार्बन निकालता है। सहस्राब्दियों से, महासागर अतिरिक्त कार्बन का 85% तक अवशोषित करेगा जिसे लोग जीवाश्म ईंधन जलाकर वातावरण में डालते हैं, लेकिन यह प्रक्रिया धीमी है क्योंकि यह समुद्र की सतह से इसकी गहराई तक पानी की गति से जुड़ी है।
इस बीच, हवाएं, धाराएं और तापमान उस दर को नियंत्रित करते हैं जिस पर समुद्र वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाता है। (पृथ्वी वेधशाला में महासागर कार्बन संतुलन देखें।) यह संभावना है कि समुद्र के तापमान और धाराओं में परिवर्तन ने कार्बन को हटाने और कार्बन को कुछ हज़ार वर्षों में वातावरण में बहाल करने में मदद की है, जो कि हिमयुग शुरू और समाप्त हुआ था।
तेज कार्बन चक्र
कार्बन को तीव्र कार्बन चक्र से गुजरने में लगने वाला समय जीवन भर में मापा जाता है। तीव्र कार्बन चक्र मूल रूप से पृथ्वी पर या जीवमंडल में जीवन रूपों के माध्यम से कार्बन की गति है। लगभग 1,000 से 100,000 मिलियन मीट्रिक टन कार्बन हर साल तेजी से कार्बन चक्र से गुजरता है।
जटिल कार्बनिक अणुओं की एक अंतहीन श्रृंखला में कार्बन कई बंधन बनाने की क्षमता के कारण जीव विज्ञान में एक आवश्यक भूमिका निभाता है - प्रति परमाणु चार तक। कई कार्बनिक अणुओं में कार्बन परमाणु होते हैं जिन्होंने अन्य कार्बन परमाणुओं के साथ मजबूत बंधन बनाए हैं, जो लंबी श्रृंखलाओं और रिंगों में संयोजित होते हैं। ऐसी कार्बन श्रृंखलाएं और वलय जीवित कोशिकाओं की नींव हैं। उदाहरण के लिए, डीएनए एक कार्बन श्रृंखला के चारों ओर बने दो परस्पर जुड़े अणुओं से बना होता है।
लंबी कार्बन शृंखलाओं के बंधों में बहुत अधिक ऊर्जा होती है। जब धाराएँ अलग हो जाती हैं, तो संचित ऊर्जा मुक्त हो जाती है। यह ऊर्जा कार्बन अणुओं को सभी जीवित चीजों के लिए ईंधन का एक उत्कृष्ट स्रोत बनाती है।
पौधे और फाइटोप्लांकटन तीव्र कार्बन चक्र के प्रमुख घटक हैं। फाइटोप्लांकटन (समुद्र में सूक्ष्म जीव) और पौधे कार्बन डाइऑक्साइड को अपनी कोशिकाओं में अवशोषित करके वातावरण से बाहर निकालते हैं। सूर्य से ऊर्जा का उपयोग करते हुए, पौधे और प्लवक कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और पानी को मिलाकर चीनी (CH2O) और ऑक्सीजन बनाते हैं। रासायनिक प्रतिक्रिया इस प्रकार है:
CO2 + H2O + ऊर्जा = CH2O + O2
ऐसा हो सकता है कि कार्बन एक पौधे से निकलकर वायुमंडल में वापस आ जाए, लेकिन उन सभी में एक ही रासायनिक प्रतिक्रिया होती है। बढ़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्राप्त करने के लिए पौधे चीनी को तोड़ते हैं। जानवर (लोगों सहित) पौधों या प्लवक को खाते हैं और ऊर्जा के लिए पौधे की चीनी को तोड़ते हैं। पौधे और प्लवक मर जाते हैं और सड़ जाते हैं (बैक्टीरिया द्वारा खाए जाते हैं) या आग से भस्म हो जाते हैं। सभी मामलों में, ऑक्सीजन चीनी के साथ मिलकर पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और ऊर्जा छोड़ती है। मूल रासायनिक प्रतिक्रिया इस प्रकार है:
CH2O + O2 = CO2 + H2O + ऊर्जा
सभी चार प्रक्रियाओं में, प्रतिक्रिया में जारी कार्बन डाइऑक्साइड आमतौर पर वातावरण में समाप्त हो जाती है। तेजी से कार्बन चक्र पौधों के जीवन से इतना निकटता से जुड़ा हुआ है कि बढ़ते मौसम को देखा जा सकता है कि कार्बन डाइऑक्साइड वातावरण में कैसे तैरता है। उत्तरी गोलार्ध की सर्दियों में, जब कुछ भूमि पौधे बढ़ रहे होते हैं और कई सड़ रहे होते हैं, कार्बन डाइऑक्साइड की वायुमंडलीय सांद्रता बढ़ जाती है। वसंत के दौरान, जब पौधे फिर से बढ़ने लगते हैं, तो सांद्रता कम हो जाती है। मानो पृथ्वी सांस ले रही हो।
कार्बन चक्र में परिवर्तन
तेज और धीमी कार्बन चक्रों को अबाधित छोड़ दिया जाए तो वातावरण, भूमि, पौधों और महासागरों में कार्बन की अपेक्षाकृत स्थिर सांद्रता बनी रहती है। लेकिन जब कुछ भी एक जलाशय में कार्बन की मात्रा को बदलता है, तो प्रभाव दूसरे के माध्यम से तरंगित होता है।
पृथ्वी के अतीत में, जलवायु परिवर्तन की प्रतिक्रिया में कार्बन चक्र बदल गया है। पृथ्वी की कक्षा में भिन्नताएं पृथ्वी को सूर्य से प्राप्त होने वाली ऊर्जा की मात्रा को बदल देती हैं और पृथ्वी की वर्तमान जलवायु की तरह हिमयुगों और गर्म अवधियों के एक चक्र की ओर ले जाती हैं। (मिलुटिन मिलनकोविच देखें) हिमयुग तब विकसित हुआ जब उत्तरी गोलार्ध की ग्रीष्म ऋतु ठंडी हो गई और पृथ्वी पर बर्फ जमा हो गई, जिसने बदले में कार्बन चक्र को धीमा कर दिया। इस बीच, ठंडे तापमान और बढ़े हुए फाइटोप्लांकटन विकास सहित कई कारकों ने समुद्र द्वारा वायुमंडल से निकाले गए कार्बन की मात्रा में वृद्धि की हो सकती है। वायुमंडलीय कार्बन में गिरावट के कारण और ठंडक आई। इसी तरह, पिछले हिमयुग के अंत में, 10,000 साल पहले, तापमान के गर्म होते ही वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड नाटकीय रूप से बढ़ गया था।
अनुमानित चक्रों में, पृथ्वी की कक्षा में परिवर्तन लगातार हो रहे हैं। लगभग 30,000 वर्षों में, पृथ्वी की कक्षा उत्तरी गोलार्ध में सूर्य के प्रकाश को उस स्तर तक कम करने के लिए पर्याप्त रूप से स्थानांतरित हो गई होगी, जिसके कारण अंतिम हिमयुग हुआ था।
आज कार्बन चक्र में बदलाव लोगों की वजह से हो रहा है। हम जीवाश्म ईंधन को जलाकर और वनों की कटाई करके कार्बन चक्र को बाधित करते हैं।
वनों की कटाई से चड्डी, तनों और पत्तियों में जमा कार्बन - बायोमास निकलता है। एक जंगल को साफ करने से, पौधे जो अन्यथा वातावरण से कार्बन लेते हैं, वे समाप्त हो जाते हैं। वनों को मोनोकल्चर और चरागाहों से बदलने की दुनिया भर में प्रवृत्ति है, जो कम कार्बन जमा करते हैं। हम मिट्टी को भी उजागर करते हैं जो कार्बन को सड़ने वाले पौधों के पदार्थ से वायुमंडल में निकाल देती है। वर्तमान में, मानव भूमि-उपयोग परिवर्तनों के माध्यम से प्रत्येक वर्ष वायुमंडल में केवल एक अरब टन कार्बन का उत्सर्जन कर रहे हैं।
मानव हस्तक्षेप के बिना, जीवाश्म ईंधन से कार्बन धीमी कार्बन चक्र में लाखों वर्षों में ज्वालामुखी गतिविधि के माध्यम से धीरे-धीरे वायुमंडल में लीक हो जाएगा। कोयले, तेल और प्राकृतिक गैस को जलाने से, हम हर साल भारी मात्रा में कार्बन (कार्बन जिसे जमा होने में लाखों साल लगते हैं) छोड़ते हुए इस प्रक्रिया में तेजी लाते हैं। ऐसा करने से हम कार्बन को धीमे चक्र से तेज चक्र की ओर ले जाते हैं। 2009 में, मनुष्यों ने जीवाश्म ईंधन को जलाकर लगभग 8.4 बिलियन टन कार्बन वायुमंडल में छोड़ा।
औद्योगिक क्रांति की शुरुआत के बाद से, जब लोगों ने जीवाश्म ईंधन जलाना शुरू किया, तो वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता लगभग 280 भाग प्रति मिलियन से बढ़कर 387 भाग प्रति मिलियन हो गई, जो 39% की वृद्धि थी। इसका मतलब यह है कि वायुमंडल में प्रत्येक मिलियन अणुओं के लिए, उनमें से 387 अब कार्बन डाइऑक्साइड हैं - दो मिलियन वर्षों में उच्चतम सांद्रता। मीथेन सांद्रता 1750 में 715 भागों प्रति बिलियन से बढ़कर 2005 में 1,774 भाग प्रति बिलियन हो गई, जो कम से कम 650,000 वर्षों में उच्चतम सांद्रता है।
कार्बन चक्र बदलने के प्रभाव
छवि: कार्बन चक्र - NASA
वह सब अतिरिक्त कार्बन कहीं जाने की जरूरत है। अब तक स्थलीय और महासागरीय पौधों ने वातावरण में अतिरिक्त कार्बन का 55% अवशोषित कर लिया है, जबकि लगभग 45% वायुमंडल में ही रहता है। आखिरकार, मिट्टी और महासागर अधिकांश अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित कर लेते हैं, लेकिन 20% तक कई हजारों वर्षों तक वातावरण में रह सकते हैं।
वातावरण में अतिरिक्त कार्बन ग्रह को गर्म करता है और भूमि पौधों को बड़ा होने में मदद करता है। समुद्र में अतिरिक्त कार्बन पानी को अधिक अम्लीय बना देता है, जिससे समुद्री जीवन खतरे में पड़ जाता है। लेख में इस विषय के बारे में और जानें: "महासागरों का अम्लीकरण: ग्रह के लिए एक गंभीर समस्या"।
वातावरण
यह महत्वपूर्ण है कि इतना कार्बन डाइऑक्साइड वातावरण में रहता है क्योंकि CO2 पृथ्वी के तापमान को नियंत्रित करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण गैस है। कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और हेलोकार्बन ग्रीनहाउस गैसें हैं जो ऊर्जा की एक विस्तृत श्रृंखला को अवशोषित करती हैं - जिसमें पृथ्वी द्वारा उत्सर्जित अवरक्त ऊर्जा (गर्मी) शामिल है - और फिर इसे फिर से उत्सर्जित करती है। पुन: उत्सर्जित ऊर्जा सभी दिशाओं में यात्रा करती है, लेकिन कुछ पृथ्वी पर लौटती है, सतह को गर्म करती है। ग्रीनहाउस गैसों के बिना, पृथ्वी -18 डिग्री सेल्सियस पर जम जाएगी। बहुत सारी ग्रीनहाउस गैसों के साथ, पृथ्वी शुक्र की तरह होगी, जहां का वातावरण 400 डिग्री सेल्सियस के आसपास तापमान बनाए रखता है।
क्योंकि वैज्ञानिक जानते हैं कि प्रत्येक ग्रीनहाउस गैस किस तरंग दैर्ध्य की ऊर्जा को अवशोषित करती है और वातावरण में गैसों की सांद्रता, वे गणना कर सकते हैं कि प्रत्येक गैस ग्लोबल वार्मिंग में कितना योगदान देती है। कार्बन डाइऑक्साइड पृथ्वी के ग्रीनहाउस प्रभाव का लगभग 20% कारण बनता है; जल वाष्प लगभग 50% है; और बादल 25% का प्रतिनिधित्व करते हैं। बाकी छोटे कणों (एयरोसोल) और मीथेन जैसे छोटे ग्रीनहाउस गैसों के कारण होता है।
- क्या एरोसोल के डिब्बे रिसाइकिल करने योग्य हैं?
वायु में जलवाष्प की सांद्रता पृथ्वी के तापमान द्वारा नियंत्रित होती है। गर्म तापमान महासागरों से अधिक पानी का वाष्पीकरण करते हैं, वायु द्रव्यमान का विस्तार करते हैं और अधिक आर्द्रता की ओर ले जाते हैं। ठंडा होने से जलवाष्प संघनित हो जाता है और वर्षा, ओलावृष्टि या हिम के रूप में गिर जाता है।
दूसरी ओर, कार्बन डाइऑक्साइड, पानी की तुलना में वायुमंडलीय तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला में एक गैस बनी हुई है। कार्बन डाइऑक्साइड अणु जल वाष्प सांद्रता को बनाए रखने के लिए आवश्यक प्रारंभिक ताप प्रदान करते हैं। जब कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता कम हो जाती है, तो पृथ्वी ठंडी हो जाती है, वायुमंडल से कुछ जल वाष्प गिर जाती है, और जल वाष्प के कारण होने वाला ग्रीनहाउस ताप गिर जाता है। इसी तरह, जब कार्बन डाइऑक्साइड सांद्रता बढ़ती है, तो हवा का तापमान बढ़ जाता है और अधिक जल वाष्प वायुमंडल में वाष्पित हो जाता है - जो ग्रीनहाउस के ताप को बढ़ाता है।
इसलिए जबकि कार्बन डाइऑक्साइड जल वाष्प की तुलना में ग्रीनहाउस प्रभाव में कम योगदान देता है, वैज्ञानिकों ने पाया है कि कार्बन डाइऑक्साइड वह गैस है जो तापमान निर्धारित करती है। कार्बन डाइऑक्साइड वायुमंडल में जलवाष्प की मात्रा को नियंत्रित करती है और इसलिए ग्रीनहाउस प्रभाव के आकार को नियंत्रित करती है।
कार्बन डाइऑक्साइड की बढ़ती सांद्रता पहले से ही ग्रह को गर्म कर रही है। जबकि ग्रीनहाउस गैसें बढ़ रही हैं, 1880 के बाद से औसत वैश्विक तापमान में 0.8 डिग्री सेल्सियस (1.4 डिग्री फ़ारेनहाइट) की वृद्धि हुई है।
तापमान में यह वृद्धि कार्बन डाइऑक्साइड की वर्तमान सांद्रता के आधार पर हम सभी वार्मिंग नहीं देखेंगे। ग्रीनहाउस हीटिंग तुरंत नहीं होता है क्योंकि समुद्र गर्मी को अवशोषित करता है। इसका मतलब है कि पहले से ही वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड के कारण पृथ्वी का तापमान कम से कम 0.6 डिग्री सेल्सियस (1 डिग्री फ़ारेनहाइट) बढ़ जाएगा। इससे अधिक तापमान किस हद तक बढ़ता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि भविष्य में मनुष्य कितना अधिक कार्बन वातावरण में छोड़ते हैं।
महासागर
कार्बन डाइऑक्साइड का लगभग 30% जो लोग वातावरण में डालते हैं, प्रत्यक्ष रासायनिक विनिमय के माध्यम से समुद्र में फैल जाते हैं। कार्बन डाइऑक्साइड को समुद्र में घोलने से कार्बोनिक एसिड बनता है, जिससे पानी की अम्लता बढ़ जाती है। या यूँ कहें कि थोड़ा सा क्षारीय महासागर थोड़ा कम क्षारीय हो जाता है। 1750 के बाद से, समुद्र की सतह का पीएच 0.1 गिर गया है, अम्लता में 30% परिवर्तन।
महासागरीय अम्लीकरण समुद्री जीवों को दो तरह से प्रभावित करता है। सबसे पहले, कार्बोनिक एसिड बाइकार्बोनेट बनाने के लिए पानी में कार्बोनेट आयनों के साथ प्रतिक्रिया करता है। हालाँकि, ये वही कार्बोनेट आयन हैं जो कोरल जैसे खोल बनाने वाले जानवरों को कैल्शियम कार्बोनेट के गोले बनाने की आवश्यकता होती है। कम कार्बोनेट उपलब्ध होने के कारण, जानवरों को अपने गोले बनाने के लिए अधिक ऊर्जा खर्च करने की आवश्यकता होती है। नतीजतन, गोले पतले और अधिक नाजुक हो जाते हैं।
दूसरा, पानी जितना अधिक अम्लीय होता है, कैल्शियम कार्बोनेट उतना ही बेहतर होता है।लंबी अवधि में, यह प्रतिक्रिया महासागर को अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करने की अनुमति देगी क्योंकि अधिक अम्लीय पानी अधिक चट्टान को भंग कर देगा, अधिक कार्बोनेट आयनों को छोड़ देगा, और कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करने की महासागर की क्षमता में वृद्धि करेगा। इस बीच, हालांकि, अधिक अम्लीय पानी समुद्री जीवों के कार्बोनेट के गोले को भंग कर देगा, जिससे वे कमजोर और कमजोर हो जाएंगे।
गर्म महासागर - ग्रीनहाउस प्रभाव का एक उत्पाद - फाइटोप्लांकटन की प्रचुरता को भी कम कर सकता है, जो ठंडे, पोषक तत्वों से भरपूर पानी में सबसे अच्छा बढ़ता है। यह तेजी से कार्बन चक्र के माध्यम से वातावरण से कार्बन निकालने की महासागर की क्षमता को सीमित कर सकता है।
दूसरी ओर, कार्बन डाइऑक्साइड पौधों और फाइटोप्लांकटन की वृद्धि के लिए आवश्यक है। कार्बन डाइऑक्साइड में वृद्धि फाइटोप्लांकटन और समुद्री पौधों (जैसे समुद्री घास) की उन कुछ प्रजातियों को निषेचित करके विकास को बढ़ा सकती है जो सीधे पानी से कार्बन डाइऑक्साइड लेते हैं। हालांकि, अधिकांश प्रजातियों को कार्बन डाइऑक्साइड की बढ़ती उपलब्धता से मदद नहीं मिलती है।
धरती
भूमि पर पौधों ने लगभग 25% कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित कर लिया है जो मनुष्य वातावरण में डालते हैं। कार्बन की मात्रा जिसे पौधे अवशोषित करते हैं, साल-दर-साल बहुत भिन्न होता है, लेकिन सामान्य तौर पर, दुनिया के पौधों ने 1960 के दशक से अवशोषित कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा में वृद्धि की है। इस वृद्धि का केवल एक हिस्सा जीवाश्म ईंधन उत्सर्जन के प्रत्यक्ष परिणाम के रूप में हुआ है।
प्रकाश संश्लेषण में पादप द्रव्य में परिवर्तित होने के लिए अधिक वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड उपलब्ध होने के कारण, पौधे बड़े होने में सक्षम थे। वृद्धि में यह वृद्धि कार्बन निषेचन के रूप में जानी जाती है। मॉडल भविष्यवाणी करते हैं कि यदि वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड दोगुना हो जाता है, तो पौधे 12 से 76 प्रतिशत अधिक बढ़ सकते हैं, जब तक कि पानी की कमी जैसी कोई और चीज उनकी वृद्धि को सीमित नहीं करती है। हालांकि, वैज्ञानिकों को यह नहीं पता है कि वास्तविक दुनिया में कार्बन डाइऑक्साइड पौधों की वृद्धि को कितना बढ़ा रहा है, क्योंकि पौधों को बढ़ने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड से अधिक की आवश्यकता होती है।
पौधों को भी पानी, धूप और पोषक तत्वों, विशेष रूप से नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है। यदि किसी पौधे में इनमें से एक भी चीज नहीं है, तो वह नहीं बढ़ता, चाहे अन्य की कितनी ही प्रचुर आवश्यकता क्यों न हो। वायुमंडल से कितने कार्बन प्लांट ले सकते हैं इसकी एक सीमा है, और यह सीमा एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में भिन्न होती है। अब तक, ऐसा प्रतीत होता है कि कार्बन डाइऑक्साइड निषेचन पौधों की वृद्धि को तब तक बढ़ाता है जब तक कि पौधे उपलब्ध पानी या नाइट्रोजन की मात्रा पर एक सीमा तक नहीं पहुंच जाता।
कार्बन अवशोषण में कुछ परिवर्तन भूमि उपयोग निर्णयों का परिणाम हैं। कृषि बहुत अधिक गहन हो गई है, इसलिए हम कम भूमि पर अधिक भोजन उगा सकते हैं। उच्च और मध्य अक्षांशों में, परित्यक्त भूमि जंगल में लौट रही है, और ये वन फसलों की तुलना में लकड़ी और मिट्टी दोनों में बहुत अधिक कार्बन जमा करते हैं। कई जगहों पर हम आग को बुझाकर प्लांट कार्बन को वायुमंडल में प्रवेश करने से रोकते हैं। यह वुडी सामग्री (जो कार्बन को स्टोर करता है) को बनाने की अनुमति देता है। ये सभी भूमि उपयोग निर्णय पौधों को उत्तरी गोलार्ध में मनुष्यों द्वारा जारी कार्बन को अवशोषित करने में मदद कर रहे हैं।
उष्ण कटिबंध में, हालांकि, जंगलों को अक्सर आग के माध्यम से साफ किया जा रहा है, और इससे कार्बन डाइऑक्साइड निकलता है। 2008 में, वनों की कटाई ने सभी मानव कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन का लगभग 12% हिस्सा लिया।
स्थलीय कार्बन चक्र में सबसे बड़ा परिवर्तन जलवायु परिवर्तन के कारण होने की संभावना है। कार्बन डाइऑक्साइड तापमान बढ़ाता है, बढ़ते मौसम को बढ़ाता है और आर्द्रता बढ़ाता है। दोनों कारकों के कारण कुछ अतिरिक्त पौधों की वृद्धि हुई। हालांकि, गर्म तापमान भी पौधों पर दबाव डालते हैं। लंबे और गर्म मौसम के साथ, पौधों को जीवित रहने के लिए अधिक पानी की आवश्यकता होती है। वैज्ञानिक पहले से ही सबूत देख रहे हैं कि उत्तरी गोलार्ध में पौधे गर्म तापमान और पानी की कमी के कारण गर्मियों में धीमी गति से विकास करते हैं।
बढ़ते मौसम के लंबे होने पर सूखे और पानी की कमी वाले पौधे भी आग और कीड़ों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। सुदूर उत्तर में, जहां बढ़ते तापमान का सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है, जंगलों ने पहले से ही अधिक जलना शुरू कर दिया है, जिससे पौधों और मिट्टी से वातावरण में कार्बन निकल रहा है। उष्णकटिबंधीय वन भी सूखने के लिए अतिसंवेदनशील हो सकते हैं। कम पानी के साथ, उष्णकटिबंधीय पेड़ अपनी वृद्धि को धीमा कर देते हैं और कम कार्बन को अवशोषित करते हैं, या मर जाते हैं और संग्रहीत कार्बन को वातावरण में छोड़ देते हैं।
बढ़ती ग्रीनहाउस गैसों के कारण होने वाली वार्मिंग भी मिट्टी को "भुना" सकती है, जिससे कुछ जगहों पर कार्बन की निकासी की दर तेज हो जाती है। सुदूर उत्तर में यह विशेष रूप से चिंताजनक है, जहां जमी हुई जमीन - पर्माफ्रॉस्ट - पिघल रही है। पर्माफ्रॉस्ट में पौधों के पदार्थ से कार्बन का समृद्ध भंडार होता है जो हजारों वर्षों से बना हुआ है क्योंकि ठंड क्षय को धीमा कर देती है। जब मिट्टी गर्म होती है, कार्बनिक पदार्थ सड़ जाते हैं और कार्बन - मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में - वायुमंडल में प्रवेश करता है।
वर्तमान शोध का अनुमान है कि उत्तरी गोलार्ध में पर्माफ्रॉस्ट में 1,672 बिलियन टन (पेटाग्राम) कार्बनिक कार्बन है। यदि उस पर्माफ्रॉस्ट का केवल 10% ही पिघलता है, तो यह 2100 में तापमान को 0.7 डिग्री सेल्सियस (1.3 डिग्री फ़ारेनहाइट) बढ़ाने के लिए वातावरण में पर्याप्त अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ सकता है।
कार्बन चक्र का अध्ययन
कार्बन चक्र के बारे में वैज्ञानिकों को अभी तक कई सवालों का जवाब देना बाकी है कि यह कैसे बदल रहा है। वातावरण में अब कम से कम दो मिलियन वर्षों में किसी भी समय की तुलना में अधिक कार्बन है। चक्र में प्रत्येक जलाशय बदल जाएगा क्योंकि कार्बन चक्र से गुजरता है।
कैसे होंगे ये बदलाव? तापमान बढ़ने और जलवायु परिवर्तन से पौधों का क्या होगा? क्या वे लौटने की तुलना में वायुमंडल से अधिक कार्बन निकालेंगे? क्या वे कम उत्पादक बन जाएंगे? पर्माफ्रॉस्ट वातावरण में कितना अतिरिक्त कार्बन पिघलाएगा और यह वार्मिंग को कितना बढ़ा देगा? क्या महासागरीय परिसंचरण या वार्मिंग उस दर को बदल देती है जिस पर महासागर कार्बन को अवशोषित करता है? क्या समुद्री जीवन कम उत्पादक हो जाएगा? महासागर कितना अम्लीय होगा और इसके क्या प्रभाव होंगे?
इन सवालों के जवाब देने में नासा की भूमिका वैश्विक उपग्रह अवलोकन और संबंधित क्षेत्र अवलोकन प्रदान करना है। 2011 की शुरुआत तक, दो प्रकार के उपग्रह उपकरण कार्बन चक्र से संबंधित जानकारी एकत्र कर रहे थे।
नासा के टेरा और एक्वा उपग्रहों को उड़ाने वाले मॉडरेट रेजोल्यूशन इमेजिंग स्पेक्ट्रोमाडोमीटर (MODIS) उपकरण, कार्बन पौधों की मात्रा को मापते हैं और फाइटोप्लांकटन जैसे-जैसे बढ़ते हैं, शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता नामक एक उपाय होता है। MODIS सेंसर यह भी मापते हैं कि कितनी आग लगी है और वे कहाँ जलती हैं।
दो लैंडसैट उपग्रह समुद्र की चट्टानों का विस्तृत दृश्य प्रदान करते हैं, भूमि पर क्या बढ़ रहा है और भूमि का आवरण कैसे बदल रहा है। किसी शहर का विकास या जंगल से खेत में परिवर्तन देखना संभव है। यह जानकारी महत्वपूर्ण है क्योंकि भूमि उपयोग सभी मानव कार्बन उत्सर्जन के एक तिहाई के लिए जिम्मेदार है।
भविष्य के नासा उपग्रह इन अवलोकनों को जारी रखेंगे और वातावरण, ऊंचाई और वनस्पति संरचना में कार्बन डाइऑक्साइड और मीथेन को भी मापेंगे।
इन सभी उपायों से हमें यह देखने में मदद मिलेगी कि समय के साथ वैश्विक कार्बन चक्र कैसे बदल रहा है। वे हमें यह आकलन करने में मदद करेंगे कि कार्बन चक्र पर हमारा क्या प्रभाव पड़ रहा है, कार्बन को वायुमंडल में छोड़ रहा है या इसे कहीं और स्टोर करने के तरीके ढूंढ रहा है। वे हमें दिखाएंगे कि कैसे जलवायु परिवर्तन कार्बन चक्र को बदल रहा है और कैसे परिवर्तन चक्र जलवायु को बदल रहा है।
हालाँकि, हम में से अधिकांश लोग कार्बन चक्र में अधिक व्यक्तिगत तरीके से बदलाव देखेंगे। हमारे लिए, कार्बन चक्र वह भोजन है जो हम खाते हैं, हमारे घरों में बिजली, हमारी कारों में गैस और हमारे सिर के ऊपर का मौसम। चूंकि हम कार्बन चक्र का हिस्सा हैं, इसलिए चक्र के माध्यम से हम कैसे तरंगित रहते हैं, इस बारे में हमारे निर्णय। इसी तरह, कार्बन चक्र में परिवर्तन हमारे जीने के तरीके को प्रभावित करेगा। जैसा कि हम में से प्रत्येक कार्बन चक्र में अपनी भूमिका को समझने के लिए आता है, ज्ञान हमें अपने व्यक्तिगत प्रभाव को नियंत्रित करने और हमारे आसपास की दुनिया में हम जो परिवर्तन देख रहे हैं उसे समझने में सक्षम बनाता है।
