دورة الكربون Carbon cycle

يعد الغلاف الغازي والغلاف المائي المستودع الرئيسي للكربون غير العضوي. ويجد الكربون في الطبيعة في صورة صلبة في الطبقات الصخرية وفي المركبات العضوية، وفي حالة سائلة في خلايا الكائنات الحية وفي المياه، كما الكربون في حالة غازية في الغلاف الغازي وهواء التربة وبين هذه الحالات يتم التبادل والتفاعل في دورة الكربون. وتبدأ دورة الكربون بان تقوم النباتات الخضراء والطحالب الخضراء بامتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء المحيط والماء من التربة بواسطة الجذور وتستخدم الطاقة الشمسية للقيام بعملية التمثيل الضوئي وانتاج المركبات العضوية من خلال المعادلة الاتية:

6H₂O + 6CO₂→C₆H₁₂O₆ + 6O₂ 

وتتوقف آناء الليل عملية التمثيل الضوئي. واثناء عملية التنفس التي تتم ليلا ونهارا ينطلق غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يعود للغلاف الغازي وفي المناطق التي ترتفع فيها كثافة النباتات كالغابات تزداد كمية غاز ثاني أكسيد الكربون المتصاعدة في الليل الى 25% عن المعدل الطبيعي وبخاصة الجزء القريب من التربة. ومع طلوع الشمس تعود نسبة غاز ثاني أكسيد الكربون الى معدلها الطبيعي.

وعندما تتغذى المستهلكات على المواد العضوية تتحول تلك المواد الى كتلة حيوية وينطلق غاز ثاني أكسيد الكربون الى الغلاف الغازي. وينتج عن الكائنات المستهلكة والمنتجة افرازات وفضلات، وبعد موت هذه الكائنات الحية تتعرض مع فضلاتها الى التحلل ويعود غاز ثاني أكسيد الكربون الى الغلاف الغازي مرة اخرى.

ويترتب عن عملية تجوية الصخور الكلسية العضوية الدولموليت والتي أسهم في تكوينها المواد العضوية عودة جزء من الكربون المثبت الى الغلاف الغازي وكذلك البراكين تسهم في اعادة جزء من الكربون الى الغلاف الغازي، حيث تأخذ النباتات والطحالب الخضراء من جديد ثاني أكسيد الكربون وتعيد الدورة من جديد. وتجدر الاشارة الى ان كل جزء من دورة الكربون له اهمية خاصة، فاذا قضي مثلا على النباتات الخضراء والطحالب لا يمكن للكربون ان يخرج من المستودع الجوي، حيث ان الكائنات المستهلكة لا يمكنها الاستفادة من ثاني أكسيد الكربون الجوي وتحويله الى مواد عضوية. ولو قضي على الكائنات المحللة فان المادة العضوية المتخلفة عن افرازات الكائنات الحية وعن بقايا اجسامها سوف تتراكم بسرعة ولا يعود الكربون للغلاف الغازي وبذلك تختل الدورة.

وعند زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الغازي (نسبة co₂ حاليا في الهواء 0,03% اي 300 جزء في المليون تزداد سنويا الى 0,2%) تقل نسبة معدلات الأشعة تحت الحمراء المعكوسة الى الأرض الى الفضاء الخارجي وبالتالي تتجمع في الغلاف الغازي. وهذا يعود الى خصائص غاز ثاني أكسيد الكربون في امتصاص الأشعة تحت الحمراء الامر الذي يؤدي الى رفع درجة حرارة الأرض وتغير المناخ العالمي وتسمى هذه الظاهرة بظاهرة البيت الزجاجي، ففي البيت الزجاج يسمح الزجاج بدخول الضوء المنظور (750nm -(400  ولكنه يحجز الأشعة تحت الحمراء المنعكسة من السطح ومن النباتات داخل البيت الزجاجي مسببا بذلك الارتفاع في درجة الحرارة.

ولو ارتفع معدل درجة الحرارة على المستوى العالمي من 2 -4 مئوية فأن ذلك يؤدي الى ذوبان كميات كبيرة من جليد القطبين الشمالي والجنوبي مما يسبب ارتفاع منسوب المياه في البحار والمحيطات واغراق كثير من المدن الساحلية مثل نيويورك وكوبنهاجن، وكذلك القضاء على نسبة كبيرة من المياه الجوفية والعذبة.

ويتضح مما سبق ان يجب المحافظة على النظم البيئية بالتوفير في استهلاك الوقود الحفري وايجاد مصادر بديلة للطاقة مثل الطاقة الشمسية والرياح.

والجدول التالي يبين تواجد الكربون على الكرة الارضية وكميته ببلايين الاطنان.

وعموما تعتبر ذرات الكربون في حالة تبادل مستمر فيما بين الكائنات الحية والميتة، والغلاف الجوي، والمحيطات، والصخور، والتربة. ومع كل نفس خارج، نطلق ثاني أكسيد الكربون من رئتينا إلى الغلاف الجوي، والذي يحتوي على ذرات الكربون الموجودة في النباتات والحيوانات التي نتغذى عليها. وربما كانت ذرات الكربون الموجودة في أجسامنا اليوم كانت تنتمي فيما مضى إلى العديد من النباتات والحيوانات المختلفة -لعل من بينها الديناصورات وغيرها من المخلوقات المنقرضة.

لقد تغير توزيع الكربون فيما بين الغلاف الجوي، والكائنات الحية، واليابسة، والمحيطات، على مر الزمن. فمنذ 550 مليون سنة تقريباً كان تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي 7000 جزء في المليون -وهو ما يمثل أكثر من 18 ضعفاً لما هو عليه اليوم. ولكن، أين ذهب كل هذا الكربون الذي كان موجوداً في الغلاف الجوي؟ لقد تحول في معظمه إلى صخور رسوبية مثل الحجر الجيري. وتعتبر كيفية حدوث ذلك جزءاً من القصة الأكبر لدورة الكربون.

حيث تعد دورة الكربون مزيجاً من عمليات بيولوجية، وكيميائية، وفيزيائية، تعمل على نقل الكربون من مكان إلى مكان توضح الصورة بعضاً من العمليات التي ينتقل بها الكربون فيما بين الكائنات الحية والميتة، والغلاف الجوي والمحيطات، والصخور، والتربة. ولكنها لا تشمل التدخلات البشرية.  والشكل التالي يبين دورة الكربون