מחזור הפחמן
מחזור הפחמן (באנגלית: Carbon cycle) הוא מחזור ביוגאוכימי שבו פחמן עובר בין הביוספרה, הגאוספרה, הפדוספרה, ההידרוספרה והאטמוספירה של כדור הארץ. פחמן הוא המרכיב העיקרי של תרכובות ביולוגיות ומהווה חלק חשוב בכל יצור חי, כמו כן הוא גם מרכיב עיקרי של מינרלים רבים כגון אבן גיר. יחד עם מחזור החנקן ומחזור המים, מחזור הפחמן כולל רצף של אירועים שהם המפתח להפיכת כדור הארץ למסוגל לקיים חיים. מחזור הפחמן מתאר את תנועת הפחמן בזמן שהוא משנה צורות בכל הביוספרה, כמו גם תהליכים ארוכי טווח של קיבוע פחמן למאגרי פחמן ושחרורם. מאגרי פחמן ביבשה ובאוקיינוס מהווים כיום כרבע מפליטת הפחמן האנתרופוגנית מדי שנה.
בני אדם שיבשו את מחזור הפחמן הביולוגי במשך מאות שנים על ידי שינוי השימוש בקרקע. שיבוש זה התגבר מאד מאז המהפכה התעשייתית ובמיוחד מאז תחילת המאה-ה20, בעקבות כרייה בקנה מידה רחב של דלק מאובנים (פחם, הפקת נפט וגז, וכן ייצור מלט) מהגיאוספרה. עד שנת 2020, ריכוז פחמן דו חמצני באטמוספירה גדל בכמעט 52% בהשוואה לרמות הפרה-תעשייתיות. דבר זה גרם להתחממות עולמית של האטמוספרה ופני כדור הארץ. עליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני גרם גם להגברת החומציות של פני האוקיינוס בכ-30% עקב פחמן דו חמצני מומס, חומצה פחמנית ותרכובות אחרות, והוא משנה מהותית את הכימיה הימית. רוב הפחמן המאובנים הופק במהלך חצי המאה האחרונה בלבד, והשיעורים ממשיכים לעלות במהירות, מה שתורם לשינויי אקלים הנגרמים על ידי אדם. ההשלכות הגדולות ביותר על מחזור הפחמן, ולביוספרה המאפשרת באופן קריטי את הציוויליזציה האנושית, עדיין צפויות להתפתח עקב האינרציה העצומה אך מוגבלת של מערכת כדור הארץ. החזרת האיזון למערכת הטבעית הזו היא בעדיפות בינלאומית, המתוארת הן בהסכם האקלים של פריז והן ביעד 13 לפיתוח בר קיימא. עם זאת קיימים כוחות כלכליים חזקים למניעת שינוי מדיניות בתחום האקלים - כמו הכחשת אקלים ואינרציה של שימוש רב בדלק מאובנים עקב נושאים כמו נעילה טכנולוגית, לובי פוליטי, קשרי הון שלטון והרגלי צריכה ונוחות של צרכנים.
מרכיבים מרכזיים במחזור הפחמן
בדרך כלל מתארים את מחזור הפחמן באמצעות ארבעה מאגרים ראשיים של פחמן, שקשורים ביניהם באמצעות נתיבים של חילופי חומרים ותגובות כימיות. המאגרים הם:
- האטמוספירה,
- הביוספרה היבשתית (שכוללת גם מערכות של מים מתוקים וחומר אורגני שלא מצוי ביצורים חיים כמו פחמן בקרקע),
- האוקיינוסים (שכוללים פחמן א-אורגני שהומס במים ופחמן אורגני ביצורים חיים ובשרידי יצורים מתים),
- המשקעים (Sediments) (שכוללים את הדלקים מחצביים).
קיימת תנועה בין המאגרים בגלל מגוון של תהליכים פיזיקליים, כימיים, גאולוגיים וביולוגיים. הים מהווה את מאגר הפחמן הגדול ביותר הנמצא ליד פני-השטח של כדור הארץ, אבל חלקו של המאגר נמצא בעומק האוקיינוס ולכן מגיב באיטיות רבה עם המאגר האטמוספרי.
מאזן הפחמן העולמי (Global carbon budget) הוא מאזן של תחלופות (הכנסות והוצאות) של פחמן בין מאגרי הפחמן או בתוך לולאה ספציפית של פחמן (לדוגמה אטמוספירה-ביוספרה) של מחזור הפחמן. בחינת מאזן הפחמן של מאגר פחמן יכולה לספק מידע כמו האם המאגר משמש מקור או כיור עבור פחמן דו חמצני באטמוספירה.
זרמי פחמן אל ומתוך האטמוספירה
מאגר הפחמן דו חמצני באטמוספירה מהווה את אחד מגזי החממה ומהווה גורם אילוץ קרינתי חשוב שמאפשר את אפקט החממה החיוני לשמירה על החיים בכדור הארץ. עם זאת אבל הגדלה שלו גוררת התחממות עולמית שעלולה לסכן את המשך קיום האנושות.
שני הזרמים עצומים של פחמן דו חמצני אל ומתוך האטמוספירה זורמים מ/אל מאגר הביוספרה, ומ/אל המאגר באוקיינוסים. לפי ה-IPCC, לפני המהפכה התעשייתית זרמו בכל שנה 440 ג'יגה טון של פחמן דו חמצני אל האטמוספירה בתהליכי הנשימה של צמחים ובעלי חיים, ואילו כמות דומה נקלטה ממנה בתהליך הפוטוסינתזה. באופן דומה האוקיינוסים פלטו וקלטו 260 ג'יגה טון של פחמן דו חמצני בשנה.
מחזור הפחמן קשור באופן ישיר למחזור החמצן. שניהם יחד משתתפים בהליכים כימיים-ביולוגיים חשובים שחיוניים לשמירה על איזון הגזים בעולם: פוטוסינתזה (בקרב אצות וצמחים) ונשימה (בקרב בעלי-חיים, צמחים וחיידקים). הנשימה היא למעשה תהליך של שריפה. [1] שני התהליכים הללו מנוגדים זה לזה - בפוטוסינתזה משתמשים באנרגיה כדי לקבע פחמן למולקולות אורגניות תוך שחרור של מים וחמצן. בנשימה או שריפה משחררים פחמן דו חמצני תוך ניצול של חמצן מהאוויר ויוצרים מחדש חלק מאנרגיה שהוטמעה בזמן הפוטוסינתזה.
התערבות האדם במחזור הפחמן
ערכים מורחבים – התחממות עולמית, החמצת אוקיינוסים
האדם תורם תרומה צנועה לפליטות הפחמן הדו חמצני יחסית לזרמים הטבעיים, אך תרומתו עולה באופן לינארי ולא מאוזנת ולכן משנה את מאזן מחזור הפחמן בכדור הארץ כולו.
שינוי זה גורם לשינויים בתהליכים אחרים הקשורים אליו כמו מאזן החומציות באוקיינוסים ומאזן הטמפרטורה באטמוספירה. נכון לשנת 2007, ה-IPCC מעריך את פליטות הפחמן הדו חמצני מתעשייה ותחבורה המשתמשות בדלק מחצבי ב-26 ג'יגה טון לשנה. ואת הפליטות הנגרמות עקב שינויי יעודי קרקע (עקב בירוא יערות לדוגמה) מעריכים בכ-6 ג'יגה טון לשנה. דברים אלה משפיעים על משתנים אחרים במחזור הפחמן - כמו קליטה מוגברת בקרב צמחים (10 ג'יגה טון), וקליטה ושחרור אל ומתוך האוקיינוסים (70 ו-80 ג'יגה טון בהתאמה) - בשל קליטה זו האוקיינוסים הופכים להיות חומציים יותר (ראו החמצת אוקיינוסים להרחבה). ובנוסף קיימים עוד תהליכים קטנים יותר (כמו שחרור של גזים מהרי געש או קליטת גזים עקב ירידת משקעים). נכון לשנת 2007, הכמות הכוללת של פחמן דו חמצני באטמוספירה גדלה בכ-15 ג'יגה טון בשנה.
למרות השינוי הקטן כביכול, הדעה המקובלת בקרב מדעני אקלים היא שהגידול של מאגר הפחמן הדו חמצני באטמוספירה במהלך המאה ה-20, שגדל מ-300 ל-375 ppm הגדילה באופן ניכר את אפקט החממה ומהווה את הסיבה העיקרית להתחממות העולמית שעלולה ליצור שינוי אקלימי שיסכן את החקלאות.
התערבות האדם במחזור הפחמן אינה המחזור האקולוגי היחיד שבני האדם משפיעים אליו, ומחזור זה אינו היחיד שיש לו השלכות מסוכנות על עתיד האנושות. לפי המאמר גבולות פלנטריים שיבוש של מחזור החנקן ושל מחזור החנקן מהווים סיכון נוסף שעלול לפגוע באנושות בצורה מסוכנת.
ראו גם
קישורים חיצוניים
- מחזור הפחמן בוויקיפדיה האנגלית
- שבוע המדע:מחזור הפחמן סרטון של נאס"א בנושא, ביוטיוב
