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Il ciclo del carbonio è uno dei numerosi cicli biogeochimici con cui i vari composti necessari per la vita, come acqua, azoto, zolfo, carbonio e fosforo, vengono riciclati continuamente attraverso processi metabolici, geologici e meteorologici. Il carbonio esiste come biossido di carbonio nell'atmosfera e si dissolve negli oceani, come carbonio organico negli organismi viventi e come parte dei minerali dei sedimenti come il carbonato di calcio. Normalmente, i movimenti di carbonio tra questi diversi serbatoi si bilanciano efficacemente in modo tale che la quantità di carbonio in ciascuno di essi sia relativamente costante o cambi solo nel corso dei millenni. Dalla rivoluzione industriale, tuttavia, gli umani hanno bruciato combustibili fossili e rilasciato enormi quantità di carbonio nell'atmosfera, il che potrebbe avere impatti di vasta portata sul clima e sugli ecosistemi.
Fattori biologici
Il carbonio è uno degli elementi più importanti per la vita ed è, per definizione, parte di tutte le molecole organiche. L'anidride carbonica nell'atmosfera viene trasformata in carbonio organico da piante fotosintetiche, alghe e fitoplancton, noti anche come "produttori". Quasi tutti gli altri organismi, compresi tutti gli animali, alla fine ottengono il loro carbonio da questi produttori. Tutti gli organismi, compresi i produttori, rilasciano anidride carbonica a seguito della respirazione cellulare, il processo mediante il quale i carboidrati vengono metabolizzati per rilasciare l'energia necessaria per la vita. Tra gli effetti della fotosintesi e la respirazione cellulare, i cicli del carbonio tra l'atmosfera e la biosfera. Le eccezioni più importanti sono quegli organismi, principalmente fitoplancton e altri animali con gusci di carbonato di calcio, che sono sepolti sotto i sedimenti sul fondo dell'oceano prima che il loro carbonio possa essere rilasciato attraverso la decomposizione. Questo carbonio viene efficacemente rimosso dalle parti biologiche e atmosferiche del ciclo del carbonio, assumendo infine la forma di calcare o, in determinate condizioni, petrolio, carbone o gas naturale.
Fattori geologici
Allo stesso tempo, mentre si formano lentamente più calcare e minerali contenenti carbonio, i sedimenti esistenti vengono lentamente erosi dalle forze del vento e delle precipitazioni. Il calcare e altri sedimenti vengono dissolti dall'acqua piovana, rilasciando carbonio nella biosfera. La subduzione, che si verifica quando una placca tettonica viene forzata sotto un'altra, è anche una parte importante del ciclo del carbonio. I sedimenti contenenti carbonio vengono spinti abbastanza lontano sotto la superficie da sciogliersi, rilasciando infine il loro carbonio. Questo carbonio viene rilasciato improvvisamente, come parte delle eruzioni vulcaniche e gradualmente, come perdite attraverso sorgenti calde, fessure e prese d'aria.
Combustibili fossili
L'impatto primario degli esseri umani sul ciclo del carbonio è attraverso la combustione di combustibili fossili, che rilascia nell'atmosfera carbonio sepolto altrimenti. I combustibili fossili, che includono petrolio, gas naturale e carbone, sono utilizzati in quasi tutti gli aspetti dell'economia globale. Le automobili sono l'esempio più visibile, ma in realtà più anidride carbonica è prodotta da impianti di carbone e gas naturale che producono elettricità per uso sia industriale che residenziale. L'agricoltura industriale funziona anche con energia da combustibili fossili. Tutti i fertilizzanti artificiali sono sintetizzati da un processo che brucia combustibili fossili - di solito gas naturale. Vari studi hanno monitorato i cambiamenti nell'anidride carbonica nell'ultimo mezzo secolo. Lo studio più lungo è stato avviato nel 1958 da Charles Keeling alle Hawaii e mostra un rapido aumento dei livelli di carbonio atmosferico. Le prove delle carote di ghiaccio suggeriscono che i livelli di carbonio sono più alti di quanto non siano stati in mezzo milione di anni
La deforestazione
La diffusa deforestazione, in particolare nelle aree tropicali, provoca la liberazione di più carbonio attraverso la decomposizione e una minore quantità di carbonio da sequestrare attraverso la fotosintesi, il processo attraverso il quale le piante e alcuni batteri usano l'energia della luce solare per costruire carboidrati dal biossido di carbonio dall'atmosfera. Sebbene alcune aree siano state messe da parte come riserve di animali selvatici, molte altre sono vulnerabili alla combustione e alla bonifica ai fini della raccolta del legname e della bonifica dei terreni agricoli.
L'effetto serra
La preoccupazione principale sull'aumento dei livelli di anidride carbonica deriva dal fatto che l'anidride carbonica è un gas serra. Intrappola la radiazione infrarossa dalla superficie terrestre che altrimenti sfuggirebbe allo spazio, isolando efficacemente il pianeta e aumentandone la temperatura. Il gruppo internazionale delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici, insieme a molte persone nella comunità scientifica, ritiene che gli esseri umani stiano sconvolgendo il ciclo del carbonio abbastanza da cambiare drasticamente il clima globale, con conseguenze potenzialmente enormi per la biodiversità, l'agricoltura, il clima e la salute generale di ogni ecosistema sul pianeta.