Kruženje ugljika u prirodi

U prirodi se neprestano odvija mnoštvo procesa koji omogućuju kruženje tvari i energije, a u njima sudjeluju sva živa bića. Jedan od najvažnijih kružnih procesa u prirodi je ugljikov kružni proces. Ugljika ima u svim dijelovima biosfere, a najviše je prisutan u obliku ugljikovog dioksida. Ugljik nalazimo duboko u tlu, u fosilnim gorivima, na kopnu gdje izgrađuje živu i neživu prirodu, prisutan je u oceanima i atmosferi. Dva najvažnija procesa kojima se odvija kruženje ugljika, tj. ugljikovog dioksida u prirodi, jesu: fotosinteza i stanično disanje. Prve biljke koje su mogle vršiti fotosintezu pojavile su se prije, oko 2 milijarde godina. Fotosinteza je proces kojim biljke, koristeći energiju Sunčeve svjetlosti, uz pomoć ugljikovog dioksida i vode, proizvode složenije spojeve, poput glukoze te oslobađaju kisik koji odlazi u atmosferu.

_{Sunčeva svjetlost}

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

^{klorofil glukoza}

Na taj se način tijekom vremena u zraku smanjivala koncentracija ugljikovog dioksida a povećavala koncentracija kisika, što je bilo presudno za razvoj života kakvog danas poznajemo. Glukozu koja nastaje fotosintezom, biljke koriste za izgradnju drugih organskih spojeva (škroba i celuloze), te kao rezervu energije. Životinje i ljudi, s druge pak strane, da bi dobili energiju, hrane se biljkama. Pri tom se zbiva proces suprotan fotosintezi koji nazivamo stanično disanje. Staničnim disanjem glukoza polagano izgara s kisikom iz zraka, pri čemu nastaju ugljikov dioksid i voda, uz oslobađanje energije prema pojednostavljenoj jednadžbi:

_{stanično disanje}

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Na taj način ugljik prolazi kroz različite hranidbene lance u kojima se manja količina otpušta u obliku ugljikovog dioksida, dok se veći dio ugljika ugrađuje u živa bića.

Dakle, procesom fotosinteze ugljikov dioksid iz atmosfere troši se za proizvodnju organskih tvari, dok se disanjem, gorenjem ili raspadanjem vraća natrag u atmosferu.

Postoji i stalna izmjena ugljikovog dioksida između zraka i vode. U oceanima je otopljeno 50 puta više ugljikovog dioksida nego što ga ima u atmosferi. Dio ugljikova dioksida iz zraka se otapa i taloži u obliku kalcijeva karbonata. Ugljična kiselina u kopnenim vodama pomalo otapa karbonatne stijene pretvarajući ih u topljive hidrogenkarbonate koje odnosi u mora i oceane. Tamo ih koriste morske životinje za izgradnju ljuštura, a uginućem ih talože u naslagama na dnu gdje će ostati milijunima godina, stvarajući s ostalim morskim organizmima u određenim uvijetima fosilno gorivo – naftu.

Može se slobodno reći da ciklus ugljika određuje ritam života na Zemlji.

Zemlja je pogodna za život jer njena atmosfera, tj. atmosferski plinovi, od kojih je najvažniji ugljikov dioksid, CO₂, zadržavaju dovoljno pristigle Sunčeve topline u svojim nižim slojevima, poput stakla koje zadržava toplinu u stakleniku. Zbog toga se taj prirodni efekt i naziva efektom staklenika. Da nije njega, prosječna bi temperatura na Zemlji bila oko –18˚C.

Prosječni udio ugljikovog dioksida u atmosferi dugo je bio stalan. Prirodni procesi održavali su ravnotežu između stvaranja i potrošnje ugljikovog dioksida. Međutim, u zadnjih 150 godina, udio CO₂ u atmosferi neprekidno raste zbog povećane potrošnje fosilnih goriva. Posljedica toga je porast prosječne temperature na Zemlji koja uzrokuje otapanje ledenjaka, podizanje morske razine, promjenu ekosustava i klime. Protokolom iz Kyota (Japan), najvažnijim protokolom za zaštitu okoliša, 170 zemalja svijeta obvezalo se da će smanjiti emisiju (ispuštanje) stakleničkih plinova u atmosferu kako bi se zaustavilo globalno zagrijavanje Zemlje.