全球碳循环过程气候_全球碳循环过程及其机制和特点

1.碳循环具有全球性的原因

2.如图是生态系统中碳循环的示意图，请据图回答下列问题：？

3.二氧化碳为什么对全球气候影响如此巨大

4.碳循环的基本特点及其规律

5.全球气候变化对物质循环系统的影响

6.除了温室效应，碳循环对气候的影响还有什么？

定义1：碳元素(主要是二氧化碳)在大气、海洋及生物圈之间转移和交换的过程。

定义2：碳及其化合物在全球海洋生物地球化学过程中的循环。

定义3：绿色植物(生产者)在光合作用时从大气中取得碳，合成糖类，然后经过消费者和分解者，通过呼吸作用和残体腐烂分解，碳又返回大气的过程。?

定义4：碳在大气、陆地生命体和土壤有机质等几个分室中的迁移和转化过程。?

定义5：生物圈中的碳以有机碳和无机碳形式不断生成、分解、转移、再生并相互转化的物质循环过程。

1.生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从空气中吸收二氧化碳，经光合作用转化为葡萄糖，并放出氧气（O2）。

2.在大气中,二氧化碳是含碳的主要气体,也是碳参与物质循环的主要形式。

3.自然界碳循环的基本过程如下：大气中的二氧化碳（CO2）被陆地和海洋中的植物吸收,然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。

4.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。?

5.

碳循环具有全球性的原因

你好

自然界碳循环的基本过程如下：大气中的二氧化碳（co2）被陆地和海洋中的植物吸收,然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。自然界中碳的分布、碳的流动和交换见表1和表2。

有机体和大气之间的碳循环

　绿色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。大气中的二氧化碳这样循环一次约需20年。

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。人类消耗大量矿物燃料对碳循环发生重大影响。

大气和海洋之间的二氧化碳交换

　二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气。这种交换发生在气和水的界面处，由于风和波浪的作用而加强。这两个方向流动的二氧化碳量大致相等，大气中二氧化碳量增多或减少，海洋吸收的二氧化碳量也随之增多或减少。

碳质岩石的形成和分解

　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（风化）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。火山爆发也可使一部分有机碳和碳酸盐中的碳再次加入碳的循环。碳质岩石的破坏，在短时期内对循环的影响虽不大，但对几百万年中碳量的平衡却是重要的。

人类活动的干预

　人类燃烧矿物燃料以获得能量时，产生大量的二氧化碳。从1949年到1969年，由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动，二氧化碳的生成量估计每年增加

4.8％。其结果是大气中二氧化碳浓度升高。这样就破坏了自然界原有的平衡，可能导致气候异常。矿物燃料燃烧生成并排入大气的二氧化碳有一小部分可被海水溶解，但海水中溶解态二氧化碳的增加又会引起海水中酸碱平衡和碳酸盐溶解平衡的变化。

矿物燃料的不完全燃烧会产生少量的一氧化碳。自然过程也会产生一氧化碳。一氧化碳在大气中存留时间很短，主要是被土壤中的微生物所吸收，也可通过一系列化学或光化学反应转化为二氧化碳。

如图是生态系统中碳循环的示意图，请据图回答下列问题：？

碳循环具有全球性的原因如下：

碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的，大气中的二氧化碳，能随大气环流在全球范围内流动。碳循环是指碳元素在地球上的生物圈、岩石圈、水圈及大气圈中交换，并随地球的运动循环不止的现象。

生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从大气中吸收二氧化碳，在水的参与下经光合作用转化为葡萄糖并释放出氧气，有机体再利用葡萄糖合成其他有机化合物。有机化合物经食物链传递，又成为动物和细菌等其他生物体的一部分。生物体内的碳水化合物一部分作为有机体代谢的能源经呼吸作用被氧化为二氧化碳和水，并释放出其中储存的能量。

人类活动

人类燃烧矿物燃料以获得能量时，产生大量的二氧化碳。从1949年到1969年，由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动，二氧化碳的生成量估计每年增加4.8%。其结果是大气中二氧化碳浓度升高，这样就破坏了自然界原有的平衡，可能导致气候异常。

矿物燃料燃烧生成并排入大气的二氧化碳有一小部分可被海水溶解，但海水中溶解态二氧化碳的增加又会引起海水中酸碱平衡和碳酸盐溶解平衡的变化。矿物燃料的不完全燃烧会产生少量的一氧化碳，自然过程也会产生一氧化碳。一氧化碳在大气中存留时间很短，主要是被土壤中的微生物所吸收，也可通过一系列化学或光化学反应转化为二氧化碳。

以上内容参考：百度百科—碳循环

二氧化碳为什么对全球气候影响如此巨大

解题思路：生态系统中碳循环：

①碳在无机环境中是以二氧化碳和碳酸盐形式存在的．

②碳在无机环境和生物群落之间是以二氧化碳形式进行循环的．

③碳在生物群落中，以含碳有机物形式存在．

④大气中的碳主要通过植物光合作用进入生物群落．

⑤生物群落中的碳通过动植物的呼吸作用、微生物的分解作用、化石燃料的燃烧等方式可以回到大气中．

（1）大气中的二氧化碳通过光合作用进入生物群落，所以图中缺少了从大气二氧化碳库到绿色植物的箭头．

（2）图中在A过程中起作用的生态系统的功能成分是分解者，通过分解有机物释放出二氧化碳．

（3）由于生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，所以生态系统能够维持相对稳定．由于化石燃料的燃烧，破坏了生态系统的碳循环，导致了全球气候变化这一全球性生态环境问题，对生物圈的稳定性产生不利影响．

（4）生态系统中的物质循环是指组成生物体的C、H、O、N、P、S 等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，有从生物群落到无机环境的循环过程，因而具有全球性和物质被生物群落反复利用的特点．

故答案为：（1）从大气二氧化碳库到绿色植物

（2）分解者

（3）自我调节能力 D

（4）全球性 物质被生物群落反复利用

,7,如图是生态系统中碳循环的示意图，请据图回答下列问题：

（1）上图中缺少的一个重要箭头是______（从何处到何处）．

（2）图中在A过程中起作用的生态系统的功能成分是______．

（3）生态系统能够维持相对稳定，在于生态系统具有______．目前，图中的______过程，破坏了生态系统的碳循环，导致了全球气候变化这一全球性生态环境问题，对生物圈的稳定性产生不利影响．

（4）生态系统中物质循环的特点是：______和______．

碳循环的基本特点及其规律

关于气候

气候与天气不同，天气预报可以精确到分钟级别，而气候的研究是以年为单位的。按照世界气象组织的规定，每30年就是一个标准的气候计量时间段。简单来说，气候学研究的是全球范围内多年来的平均天气状况。

气温、降水等气候要素及各种均值、极值等统计量是表述气候的基本依据。比如二十四节气表，就是中国古人依据长期的经验对气候做出的总结。影响地球气候的因素很多，包括：太阳活动、地表植被、大气环流、洋流、海陆分布、地势地形、地球的运动等，如今还要加上一个人类活动。因为随着人类的全球扩张以及工业化进程，人类已经拥有了能够影响地球气候的能力。

上图为不同地理区域对应的气候带

太阳活动是影响气候的关键因素，比如在某一个时期节点，太阳的活动比较活跃，地球上的气候就会产生较大波动。

不过从短时间内来看，比如100年，人类对地球局部气候的影响已经超过了上面的其它因素。在当代，人类文明的能力已经能够影响到地球表面植被的分布情况，能够使曾经的绿洲变成荒漠。在大规模人口聚居的城市，由于人类活动所产生的热量堆积起来，使市区的温度比郊区高上好几度，这被称之为热岛效应。

热岛效应示意图

人类活动除了会在局部地区产生热岛效应，还会使地球平均气温上升，而导致地球平均气温上升的主要原因就是大量的温室气体排放。全球变暖是人为因素导致的，这并不是或者谎言，这是多国科学家经过长时间的研究得出的结论。从上世纪末，联合国等国际组织都为全球变暖表达了忧虑，并取了具体行动，比如达成了《京都议定书》等协议。

什么是温室气体？

温室气体具有保温的作用。温室气体对太阳光中的可见光（波长较短）具有高度的穿透性，而对地面反射的红外光（波长较长）具有高度的吸收性。它们能大量吸收太阳光中的红外线辐射，并将之释放到大气中，还能拦截地球表面反射回太空中的辐射。

当太阳光照射到地球表面时，会使地表升温，地球表面同样会将大量的太阳光再次辐射回外太空，而大气中的温室气体能够截留地球表面的辐射，阻止了地球散热，使地球表面变得更暖，就像给地球盖了一层棉被。这种温室气体使地球表面温度上升的效应，就被称之为温室效应。世界上最早论述相关问题的是法国科学家及数学家傅里叶。

目前地球大气中主要的温室气体有水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等。不同温室气体吸收红外线的能力与其分子结构有关。

《联合国气候变化框架公约的京都议定书》中规定要控制6种温室气体，它们是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化合物（HFCs） 、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（6）。其中，后三类气体产生温室效应的能力最强，但由于二氧化碳在空气中的含量较多，对地球升温的贡献占了近一半。

二氧化碳是主要的温室气体

地球大气是混合物，主要由78%的氮气、21%的氧气、0.94%的稀有气体、0.03%~0.04%的二氧化碳构成，余下0.03%则是水蒸气、臭氧、甲烷和其它大气悬浮微粒。可以发现，地球大气中二氧化碳含量其实很少，连0.1%都不到。不过就是这小小的二氧化碳增幅，就足以使全球平均气温上升。

古气候学家综合多方面的测量数据，发现在工业革命以前大气中的二氧化碳含量大约为0.0275%。据科学家统计，在上世纪50年代，那时地球大气中的二氧化碳含量达到了0.0315%，而到了70年代就增加至0.0325%，并且二氧化碳浓度的增长速率还在加快。

大气中二氧化碳浓度增加的主要原因有两方面。一是工业革命以来化石燃料的广泛使用。19世纪中叶以来，随着化石燃料的广泛使用，二氧化碳的排放量逐年升高，平均每年的增长率估计在4%左右。过去一个世纪的二氧化碳排放量超过了人类上千年的二氧化碳排放总量，不仅是全球人口的暴涨，还在于个人的碳排放量需求增加了数倍。

二是人类对植被的破坏速度大大增加。地球表面的绿色植物就是一个巨大的造氧工厂，还具有固定碳的作用。据估计，每平方米的森林可以转化1~2公斤的二氧化碳。由于人类的居住以及农业、工业生产需要，大量的森林被砍伐。上世纪70年代每年约有24亿立方米的木材被伐，其中有一半都被烧掉了，使空气中的二氧化碳含量增加了很多。植物的减少将使大气中的二氧化碳得不到及时转化。

研究表明，自工业革命以来，地球表面的平均温度就一直在上升，特别是最近半个世纪，地球表面平均温度的增幅与大气中二氧化碳浓度的增幅几乎同步。

上图为地球表面温度和二氧化碳浓度的趋势变化

温室效应的危害

由此可见，如果不取行动，人类的二氧化碳排放量迟早会打破自然界中的碳循环平衡。

如果按照现有二氧化碳浓度的增长水平，到了2050年，大气中高浓度的二氧化碳会使地球表面平均气温上升好几度。可能有的人觉得没什么，平均气温不就上升几度吗？没什么大惊小怪的。要知道，平均气温上升会导致某一时刻的极端气温出现大幅度波动。比如，全球平均气温虽然上升了1℃，夏天就要比过去热好几度。

上图为最近100多年的全球平均气温变化示意图

气温的急剧变化，会使全球各地出现极端气候的频率增加。除了全球降水量将会重新分配，全球变暖会使高山及两极地区的冰盖融化，海平面上升，许多海拨较低的地方会变成泽国，世界地图会因此而改变。此外，高浓度的二氧化碳还有可能使海水中的二氧化碳含量上升，让海水酸度增加，危害海洋生物的生存，不过考虑到冰川融化，具体情况还有待考量。另外，全球温度急剧上升，绝对会加速地球上的物种灭绝速度。全球变暖带来的危害还不止这些，就不细说了。

如图所示，由于全球变暖，北极圈的冰盖开始融化，北极熊失去了赖以生存的家园，以后我们也许就只能在动物园看到北极熊了。

从上世纪70年代开始，美国科学家就利用卫星研究北冰洋的海冰覆盖情况，那时北冰洋的海冰覆盖率在50%以上，而到了2007年海冰覆盖率最低时只有29%，2012年最低值达到了24%。可能过不了多久，当北半球到了夏季，北冰洋上就完全没有冰了。

上图为北极圈卫星照片

金星就是最好的例子

如果人类现在尽快取行动，扼制大气中二氧化碳含量的增长趋势，上面描述的场景可能就不会出现。不过我们可以从别的星球上感受一下温室效应的可怕。

金星是位于水星和地球之间的一颗行星，表面平均温度高达475℃。更靠近太阳的水星，其表面温度在白天最高也才427摄氏度。为何离太阳远的行星表面温度反而比离太阳近的行星的表面温度更高呢？关于金星表面高温的成因，美国科学家卡尔?萨根最先给出了解释，他认为这是金星大气产生的温室效应造成的。

上图为金星表面火山喷发模拟图，来源于欧洲宇航局。

通过金星探测器传回的数据，我们发现金星上的大气主要由二氧化碳构成，还含有少量的氮气。金星与地球的大小差不多，但金星表面的大气比地球浓密，表面大气压大约是地球表面大气压的92倍。正是因为大量二氧化碳的存在，才使得金星表面的温室效应异常恐怖，如果没有二氧化碳，金星表面的平均温度将下降300多度。

地球大气中的二氧化碳含量若继续升高，地球表面的平均温度必然会持续攀升，虽然达不到金星那样的恐怖程度，但对人类以及地球上面的生命将会是个严重的威胁。

结语

综上所述，地球大气中二氧化碳含量虽然不到0.1%，但因为二氧化碳是重要的温室气体，所以才会对地球气候产生巨大的影响。二氧化碳浓度的上升是全球升温的主要助力，这已经成为了科学界的共识。

正因为如此，世界各国才大力倡导低碳生活、减少碳排放。在经济发展与减少碳排放这个两难问题面前，终究还是要依靠技术变革来打破僵局，新能源无疑是发展的重点。

全球气候变化对物质循环系统的影响

燃料本身就是有机碳氢化合物，所以如果不能与空气中的氧气发生燃烧化学反应变成对人体和环境基本无害的水和二氧化碳（但二氧化碳正在被认为是对全球大气环境有危害的温室气体），就有可能成为有害物质而排放出，例如当燃料和空气的比例过小（混合气过稀）而导致发动机失火时就是如此，这是碳氢化合物（HC）排放的主要机理之一；燃料如果太多会导致混合气过浓而不能完全燃烧，其中含碳较多的成分要么变成含碳较少的碳氢化合物或醛类物质（气体），要么变成含碳较多结构更为复杂的颗粒物（PM），或者变成固体的碳烟颗粒物（也是PM），或者变成燃烧中间产物一氧化碳（CO），所以氧气不足造成的不完全燃烧产物是碳氢化合物（HC）排放的又一个机理，也是碳烟及颗粒物（PM）排放和一氧化碳（CO）排放的唯一机理。碳烟的生成需要氧气严重不足，所以主要在非均质燃烧的柴油机中生成，汽油机因为燃料与空气均质混合后才燃烧，并且混合气一般不会太浓，所以一般没有碳烟，颗粒物（PM）排放也很少（但如果有机油进入混合气中，如活塞环坏了导致串机油或燃烧混合油的二冲程汽油机，则也会产生碳烟和颗粒物；另外，如果汽油机供油系统故障导致供油失控，则也会产生碳烟）。氮氧化物（NOx）是由空气中的氧气和氮气反应生成的，包括NO、NO2等，其中又以NO为主，但是空气中的氧气和氮气在大气状态下并不会发生化学反应，只是因为燃烧形成的1200~2400℃的高温环境为氧气和氮气反应生成NO、NO2创造了条件，才造成了氮氧化物（NOx）排放，这就是氮氧化物（NOx）排放的形成机理。铅盐直接来自于燃料，只要燃料不含铅，发动机就不会有铅污染。

碳排放与温室效应。全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用化石燃料（如煤、石油等），排放出大量的ＣＯ2等多种温室气体。由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。

碳排放的积极应对。与其他污染物不同，CO2的减排存在很大的技术难度。目前，主要有3种技术方向和选择。一是取化石能源的替代技术，主要包括清洁能源替代技术、可再生能源技术、新能源技术(核能目前已经被排除在联合履约和CDM机制之外)；二是提高能效，进而通过减少能耗实现削减CO2排放；三是碳埋存、碳捕获及生物碳汇技术。此外，税收等财政金融政策可以起到加速技术改造进程，优化配置，降低全社会减排成本的作用。

除了温室效应，碳循环对气候的影响还有什么？

在气候变暖条件下,陆地生态系统碳循环的变化主要体现在以下几个方面:1)低纬度地区生态系统NPP一般表现为降低,而在中高纬度地区通常表现为增加,而在全球尺度上表现为NPP增加;2)土壤呼吸作用增强,但经过一段时间后表现出一定的适应性;3)高纬度地区的生态系统植被碳库表现为增加趋势,低纬度地区生态系统植被碳库变化不大,或略微降低,在全球尺度上表现为植被碳库增加;4)地表凋落物的产量和分解速率增加;5)土壤有机碳分解加速,进而减少土壤碳储存,同时植被碳库向土壤碳库的流动增加从而增加土壤碳库,这两种作用在不同生态系统的比重不同,在全球尺度上表现为土壤碳库的减少;6)尽管不同生态系统表现各异,总体上全球陆地生态系统表现为一个弱碳源.

土壤碳循环,对全球变暖的影响。由人类活动引起的温室效应以及由此造成的气候变暖对森林生态系统的影响已引起人们的普遍关注.森林土壤碳循环作为全球碳循环的重要组成部分,是决定未来陆地生物圈表现为碳源/碳汇的关键环节,揭示这一作用对于准确理解全球变化背景下陆地生态系统碳循环过程具有重要的指导意义.本文主要通过论述影响土壤碳循环过程的5个方面（土壤呼吸、土壤微生物、土壤酶活性、凋落物输入与分解、土壤碳库）,综述了近10a来全球气候变暖对土壤碳循环过程的影响.近年来,尽管已开展了大量有关土壤碳循环对气候变暖的响应及反馈机制的研究,并取得了一定的成果,但研究结果仍然存在很大的不确定性.整合各种密切关联的全球变化现象,完善研究方法和实验手段,加强根际微生态系统碳循环过程与机理研究将是下一步研究的方向和重点。