2022年地球系统的碳循环文字资 .pdf

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1、- 1 - 地球系统的碳循环，是指碳在岩石圈、水圈、气圈和生物圈之间，CaCO3、MgCO3、CO2， 、CH4、 (CH2O)n( 有机碳 )等形式相互转换和运移的过程。碳循环的重要性: 1、植物的光合作用驱动的碳循环不但为人类提供最基本的食物，而且是煤、石油、天然气和森林形成的前提，为人类提供在时空上可以调节的基本能源。2、受到全球碳循环调节的大气二氧化碳、甲烷等气体，由于可以吸收由地表放射回来的长波辐射， 从而使地球表面温度升高，因此， 碳循环通过调节大气温室气体浓度而调节地球表面温度，使其适合生命的发展。碳在圈层间的循环和效应：1、大气碳库是联系海洋和陆地生态系统的纽带和桥梁，对于大气

2、中的碳来说，岩石圈和人类活动圈是其净源，水圈和生物圈可能是源也可能是汇。2、海洋具有储存和吸收大气二氧化碳的能力，影响着大气二氧化碳的收支平衡，有可能成为人类活动产生的二氧化碳的最主要的汇。大气二氧化碳不断的与海洋表层进行碳交换， 浅层海水吸收二氧化碳并通过生物化学过程向深部转移；海洋是碳酸盐沉积的主要场所，由陆地水文系统输送到海洋的碳酸盐成分，主要在温热带海底沉积；海洋中的浮游生物通过光合作用吸收碳并且向深海和海底沉积物输送。3、陆地生态系统是一个土壤-植被 -大气相互作用的复杂系统，是全球碳循环中受人类影响最大的部分，全球碳循环中最大的不确定性主要是来自陆地生态系统。4、地球内部的二氧化碳

3、通过地热区、活动断裂带或火山活动不断的释放出来，直接进入大气圈或存储在沉积地层中形成二氧化碳气田；在岩溶作用中， 一方面由于碳酸盐的溶解通过水从大气吸收二氧化碳，另一方面由于钙化的沉积则向大气圈释放二氧化碳。影响碳循环的因素一、碳循环的载体1、生物因素（1）动物因素动物是排放二氧化碳的主体，当然C 是组成一切生命的最基本的元素，所以地球上的碳循环无处不在，动物主要是以消费者的形式出现的，他们不但呼吸排放CO2,而且它先是使碳循环在其机体里合成葡萄糖，然后转化成身体的各个组织或排除体外的排泄物，等到他们死亡，尸体又被其他微生物分解，因此完成了碳循环中的使碳从有机界过渡到无机界（2)植物因素植物一

4、方面通过呼吸作用排除二氧化碳，一方面通过光合作用吸收二氧化碳，合成含碳有机物，是大自然天然吸收二氧化碳的工具，而且使他转化成生物赖以生存的能源物质(3)微生物因素微生物通过分解动植物尸体，把有机碳转化为无机的二氧化碳，排放到大气中影响碳循环的主要因素包括了生物和非生物，几个方面环环相扣，缺一不可， 动物作为消费者是二氧化碳的主要产生者，而植物又是转化二氧化碳的主体，微生物作为分解者去分解动植物的有机体， 所以世界上才不会有堆积如山的尸体，使有机碳变成了无机碳，是碳循环过程中又以重要的因素，如果没有生产者， 那么地球上的动物和有些微生物赖以生存的氧气会越来越少，二氧化碳越来越多，使全球气候变暖，

5、改变地球环境2、非生物因素名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 2 - 主要包括一些煤和气体燃烧所释放的二氧化碳排放到大气中，还有工业的排放，汽车尾气的排放等非生物影响空气中二氧化碳的含量，如果过度的燃烧废品，排放二氧化碳， 那么超出了自然界的自我调节能力，那么也会严重的影响碳循环过程二、影响循环的其他因素大气环流对二氧化碳的世界范围的输送和全球气候的变化也对碳循环有深切的影响1、大气环流将空气中的二氧化碳带到世界

6、的其他地方，带来了全球的二氧化碳的流动循环，碳循环不再是局限于某个地方的，是全球共同的2、 当然全球的气候变化，比如全球冰期和间冰期还有暖湿期的转换，会影响地球上的动植物的种类和分布，对碳循环也有很大的影响碳循环过程碳的地球化学循环：碳的地球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、土壤圈、岩石圈和水圈（海洋、湖泊、河流）之间的迁移碳的生物循环：在碳的生物循环中,大气中的二氧化碳被植物吸收后,通过光合作用转变成有机物质，然后通过生物呼吸作用和细菌分解作用又从有机物质转换为二氧化碳而进入大气。碳的生物循环包括了碳在动、植物及环境之间的迁移转化。1、人类和大气和岩石圈2、植物和大气3、

7、动物和大气4、陆地和海洋5、水域生物和大6 碳质岩石和海洋7、岩石和大气8、土壤和岩石9、植物和土壤10、土壤微生物与大气11、湿地土壤12、人类和土壤13、人类和海洋1、由陆地水文系统输送到海洋的碳酸盐成分，主要在温热带海底沉积2、海洋环流和二氧化碳在海水中的溶解模型已证明，每年来自矿物燃料的二氧化碳的大约40 ， 即约 2 10”g碳被海洋吸收进入到海洋中。海洋从大气中吸收的二氧化碳(107 10 gC)，稍大于从海洋返回大气中的二氧化碳(105 10gC) ， 因此海洋被认为是二氧化碳的最大的汇。3、在海陆变迁的过程中，必然导致碳的储存形式发生变化。珊瑚礁（ coral reef）是指造

8、礁石珊瑚群体死后其遗骸构成的岩体。珊瑚礁的主体是由珊瑚虫组成的。珊瑚虫是海洋中的一种腔肠动物在生长过程中能吸收海水中的钙和二氧化碳，然后分泌出石灰石，变为自己生存的外壳。每一个单体的珊瑚虫只有米粒那样大小，它们一群一群地聚居在一起，一代代地新陈代谢，生长繁衍，同时不断分泌出石灰石，并粘合在一起。这些石灰石经过以后的压实、石化，形成岛屿和礁石，也就是所谓的珊瑚礁。珊瑚礁是海洋中生产力水平最高的生态系统之一，其碳循环受到有机碳代谢(光合作用呼吸作用 )和无机碳代谢 (钙化溶解 )两大代谢过程的共同作用，过程十分复杂。 珊瑚礁植物的光合作用保证了有机碳的有效补充，动物摄食及微生物降解等生物过程驱动了

9、珊瑚礁区有机碳高效循环，只有不超过7的有机碳进人沉积物，而向大洋区水平输出的有机碳通量变化幅度较大，主要受到水动力条件的影响。珊瑚礁区碳酸盐沉积(无机碳代谢 )是全球碳酸盐库的重要组成部分，年累积量达到全球CaCO3 年累积量的23一 26，是影响大气CO2浓度的重要组成。陆地碳库的贮量1、岩石圈是地球上最大的碳库，但其与生物圈、水圈和大气圈之间的碳循环量很小，而名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 3 - 且岩石

10、圈中碳素的周转十分缓慢，因此， 在许多碳循环模型中均未将岩圈考虑在内（化石燃料除外）。岩石圈中的碳以有机碳和碳酸盐两种形态存在。估算出整个岩石圈的有机碳贮量为 Pg C，其中化石燃料约为500010000Pg C。整个岩石圈的碳素总贮量为Pg C，地球共包含有大约Pg C。2、陆地土壤是地球表面最大的碳库，其有机碳总贮量约在14001500 Pg C 之间。学者Parton 等将土壤碳库区分为活性（active） 、缓性（ slow）和钝性（ passive）三部分。活性碳库由活的土壤微生物及其代谢产物组，周转迅速， 生存时间小于一年；缓性碳库包括植物材料中经生物代谢难以分解的成分，生存时间为

11、几十年；钝性碳库包括化学代谢反应中不能够分解的有机质成分，如木质素和部分纤维素，生存时间一般在几百年至数千年之间。土壤与岩石的碳循环腐殖质是碳在土壤中存在主要形式，一般情况下， 土壤中的有机碳可通过矿化作用形成气体直接或地表径流间接携带释放至大气中。大气中的二氧化碳溶解在雨水和地下水中成为碳酸， 碳酸能把石灰岩变为可溶态的重碳酸盐，并被河流输送到海洋中。海水中的碳酸盐和重碳酸盐含量是饱和的，接纳新输入的碳酸盐，便有等量的碳酸盐沉积下来。通过不同的成岩过程，又形成为石灰岩、白云石和碳质页岩。在化学和物理作用下，这些岩石被破坏，所含的碳又以二氧化碳的形式释放入大气中。继而一部分碳被动、植物吸收，碳

12、随着动、植物残体在被分解之前成为有机沉积物存贮在土壤中。岩石圈：岩石圈是地球上部相对于软流圈而言的坚硬的岩石圈层。厚约60120 公里，为地震高波速带。包括地壳的全部和上地幔的上部，由花岗质岩、玄武质岩和超基性岩组成。其下为地震波低速带、部分熔融层和厚度100 公里的软流圈。对岩石圈的认识，分歧很大，有人认为岩石圈与地壳是同义词，而与下部软流圈即上地幔有区别，但岩石圈与上地幔系过渡关系而无明显界面；有人认为岩石圈至少应包括地壳和地幔上层。大气层： (atmosphere)又叫大气圈，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要有氮气，占781；氧气占209；氩气占093；还有少量的二氧化

13、碳、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气）和水蒸气。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000 千米以上，但没有明显的界限。整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，再上面就是星际空间了。风化作用：地表表层的岩石，在太阳辐射、大气、水及生物的作用下，其物理、化学性质不断地发生着变化，并形成新的物质的过程。包括：物理、化学、生物风化。温度是导致岩石风化的重要作用：寒冷地区温度低、生物稀少，生物份风化、化学风化作用都较弱。在冰原地区、温度变化较大的地区，岩石缝隙里的水分状态不断变化，温度降低到一定程度时水从液态变成固态时，

14、体积增加， 冲胀岩石缝隙， 当温度升高以至固态水变成液态，体积又变小，岩石缝隙的压力减小，如此冻结与融化交替频繁加速了岩石缝隙的扩大，甚至粉碎速度加快，从而加速了岩石的风化。空气的干燥度也是物理风化中的一个影响因素。在干旱地区， 缺少水的作用， 物理风化作用较弱，而湿润温暖地区，微生物、植物丰富，风化作用较强。干燥时期，风化的岩层碎屑粒较粗， 湿润时期粒较细。 如果刮起沙尘暴， 干燥期沙尘暴的频率、强度都较大， 湿润期频率、强度较小。物质大气中的化学物质，比如酸性气体CO2、SO2 等，碱性气体NH3 等，在水的作用下，这些酸碱性物质腐蚀岩石，使岩石分解崩塌，加速风化。反过来岩石的化学风化，将

15、吸收大气中的二氧化碳。吸收的二氧化碳，以化学径流名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 4 - 的形式被输送到海洋，海洋生物光合作用吸收二氧化碳，将之固定并沉积到海底。当岩石风化加强， 吸收的大气二氧化碳增加。当海洋释放到大气中的二氧化碳，不能补偿岩石风化从大气中吸收的二氧化碳的数量时，大气中的二氧化碳含量将会减少。由于温室效应减弱，将减缓气候的变暖，甚至导致气候的变冷。风显然也是风化的重要影响因素之一风会侵蚀岩石层

16、，会吹起已经风化了沙粒，甚至形成沙尘暴。反过来，沙尘暴使大气能见度降低、空气浑浊，严重影响人们的生活。短期： 植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物， 经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后 ,残体中的碳 ,通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气。长期： 一部分（约千分之一）动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。这些沉积物经过悠长的年代，在热能和压力作用下转变成矿物燃料 煤、石油和天然气等。当它们在风化过程

17、中或作为燃料燃烧时，其中的碳氧化成为二氧化碳排入大气。1、土壤空气土壤中空气成分与大气是不同的，且不如大气中稳定。土壤空气中的含氧量一般只有 1012%，在土壤板结或积水、透气性不良的情况下，可降到10%以下，此时会抑制植物根系的呼吸，从而影响植物的生理功能。土壤空气中CO2 含量比大气高几十至几百倍，排水良好的土壤中在0.1%左右，其中一部分可扩散到近地面的大气中被植物叶子光合作用时吸收， 一部分可直接被根系吸收。但在通气不良的土壤中，CO2 的浓度常可达1015%，这不利于植物根系的发育和种子萌发，CO2 的进一步增加会对植物产生毒害作用，破坏根系的呼吸功能， 甚至导致植物窒息死亡。土壤通

18、气不良会抑制好气性微生物，减缓有机物的分解活动， 使植物可利用的营养物质减少；但若过分通气又会使有机物的分解速率太快，使土壤中腐殖质数量减少，不利于养分的长期供应。2、土壤有机质它包括腐殖质和非腐殖质两大类。前者是土壤微生物在分解有机质时重新合成的多聚体化合物，约占土壤有机质的8590%，对植物的营养有重要的作用。土壤有机质能改善土壤的物理和化学性质，有利于土壤团粒结构的形成，从而促进植物的生长和养分的吸收。3、 植物的主要成分是纤维素。纤维素最为骨架构成了植物。纤维素的基本结构，学过生化的都应该知道，是纤维二糖。其实就是 1 ，4 糖苷键连接的葡萄糖。因此分解的主要作用就是将纤维素做为食物的

19、细菌，利用自身分泌的纤维素酶来分解植物遗体。细菌和真菌可将植物遗体分解成二氧化碳、水和无机盐， 这些物质又能被植物重新吸收和利用，其中水和无机盐可被植物根吸收，二氧化碳可做为光合作用原料，进而制造有机物。1、植物生长旺盛期，二氧化碳排放量大。微生物在一定的水热条件下分解土壤中的有机物，产生二氧化碳。二氧化碳的排放量受到土壤温度和水位高低的限制，温度越高，土壤中的有机质分解越剧烈，二氧化碳排放量越大。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - -

20、 - - - - - 5 - 水分达到饱和之前，土壤湿度越大， 促进土壤呼吸作用，湿度增加，二氧化碳的产量也会增加，当水分饱和之后，缺少氧气，呼吸减缓，二氧化碳减少。2、水分是 CH4 产生必要条件CH4 的适宜温度在3040Eh 与 CH4 成负相关CH4 在碱性土壤比酸性土壤的含量多海洋生态系统碳循环示意图海水按高度和功能分为大气、海洋表面、海洋表层、跃温层、中层和深层海水、海底和海洋沉积层。大气通过扩散在海洋表层建立无机碳系统，主要是浮游植物的光和作用与呼吸作用，中层和深层海水通过涌升和混合与表层作用，中层的有机碳和碳酸盐碳沉积到海底成为表面沉积物，埋藏到海底沉积层成为沉积的碳水生生态系

21、统 , 是大气 CO 2 的一个巨大的汇。海洋对大气CO2 的汇以及大气圈和海洋之间碳的变换量在很大程度上取决于混合层碳酸盐化学、水中溶解碳的平流传输、CO 2 通过空气 海水界面的扩散、海洋生物生产和所产生的有机碳化合物的沉降等. CO 2 在海水表面和大气圈之间交换的一个重要控制因子是CO 2 在海水与大气间的分压差, 其中海水 CO 2 分压的大小取决于多种因素, 如植物光合作用、洋流涌升、 温度、盐度和 pH 值. 海洋生物的呼吸及其对有机碳的分解产生CO 2 等气体 , 可增加海水的p CO2, 导致 CO 2 向大气中释放。海洋生物呼吸主要存在于海洋混合层之下。有证据表明,海洋初级

22、生产量部分控制着大洋混合层的深度。在高生产力的海洋区域, 由于向海底沉降的有机颗粒携带的碳和营养盐经分解回到无机形式的速率非常缓慢,使得表面水的CO 2 含量比深度超过1000m 处的水低 15% 海洋生物光合作用形成的有机碳沉积到海底以很慢的速率经分解返回大气在没有人类活动之前，大气与岩石圈中的碳的含量基本维持平衡。岩石圈中的碳主要是以碳酸盐岩的形式。 这里的碳通过变质作用，火山活动，断裂放气等作用排放到大气中，是大气中碳的主要来源； 大气中的碳在岩石风化和岩溶作用的过程中返回到岩石圈，除此之外， 植物通过光合作用，固定一部分的碳，当它们死后，埋藏地下，形成化石，回到岩石圈中。人类活动出现以

23、后，这种平衡关系被打破，人类进入工业时代以后，大量开采煤， 石油，天然气等化石燃料，化石燃料的燃烧，使空气中的碳的含量猛增，使大量的固化碳被活化；另一方面， 人类植树造林， 改良耕作制度等一系列措施，使空气中的一部分碳固化到土壤之中，对空气中的碳含量的增加有一定的缓解作用。C 循环过程中出现的问题岩石与大气的C 交换：工业革命那个以后，化石燃料的燃烧-造成大量沉积岩中的无机碳释放到大气中。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - -

24、- - - 6 - 土壤有机碳的大量释放：土壤是一个巨大的“ 碳库 ” ，以中国为例， 中国陆地生态系统总坛储量为 13.31*10 的九次方吨，而土壤总储碳量为28.65*10 的九次方吨。由此可以看出土壤含碳量的巨大， 但是一方面由于土壤荒漠化，土壤有机质矿化使得很多碳以二氧化碳形式进入大气之中。另一方面，由于水土流失，造成大量的丰富含碳表土流失，表土快速分解，最终释放到大气中。土壤从“ 碳汇 ” 变为一个碳源。湿地碳循环： 湿地是介于陆地与水体之间的一种特殊的生态系统，促於造陆过程中积累了大量的无机碳和有机碳。其储碳量占陆地生态圈总坛量的20%。在人类活动的长期影响下，特别是农业开发和泥

25、炭开发，导致大面积的湿地被疏干湿地面积缩小，无中间商，固碳功能大大减弱或消失，使其由“ 碳汇 ” 变为 “ 碳源 ” ，造成大气中C 含量增加。植物与大气间的碳循环：主要存在三方面问题：1。植物面积大量减少。2。部分植物趋于老龄化， 这些植物不仅不能固碳，而且向大气中排放二氧化碳，比如加拿大的森林总和是不能固碳，而且每一年都在向大气中排放二氧化碳3。已被植物固定的碳，因为燃烧或是化学分解，再次回到大气之中。在我准备做这个工作以前我以为这些是有解决方法的，但是当我做完的时候，我才知道不是前人不去解决这些问题，而是因为， 这些都和民生， 经济是直接挂钩的。我们不能多做什么，我们能够做的是让别人都知道这些，当每个人的心里都存有一颗绿色的星球的时候，我相信一切都会好起来的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -