Karbon, Dünya üzerindeki tüm organik maddelerin temelidir ve ekosistemde iki ana süreçte geri dönüştürülür: biri karbonun canlı organizmalar arasında değiş tokuşu, diğeri ise karbonun fosilleşmiş organik kalıntılar, kayaların ayrışması ve volkanik aktivite yoluyla uzun süreler boyunca döngüsü şeklindedir. Artan tarım uygulamaları ve fosil yakıtların yakılması dahil olmak üzere insan faaliyetleri, doğal karbon döngüsünün dengesini büyük ölçüde etkiledi.

Biyolojik Karbon Döngüsü

Tüm canlılar, karbon elementinin atomlarını içeren organik moleküllerden oluşur. Karbon, atmosferde karbondioksit gazı olarak bulunur ve su ile reaksiyona girerek bikarbonat oluşturur. Fotosentez sırasında, birincil üreticiler (veya ototroflar) büyüme, bakım ve diğer işlemler için enerji sağlamak üzere karbondioksit ve bikarbonatı glikoz gibi organik karbon içeren bileşiklere dönüştürürler.

Heterotroflar, ototrofları tüketerek büyüme ve bakım için organik karbon alırlar. Hücresel solunum süreci yoluyla, bu organik moleküller, içlerinde depolanan enerjiyi serbest bırakmak için parçalanır. Bu sürecin yan ürünleri, solunum yoluyla atmosfere salınan ve döngüyü devam ettiren su ve karbondioksittir.

Karbon ayrıca hayvan atığı veya ölü organizmalardan çürüyen materyal olarak çevreye geri dönebilir. Bakteriler ve mantarlar gibi ayrıştırıcılar, bu malzemeleri karbondioksit ve organik bileşiklere ayırırlar.

Uzun Vadeli Jeolojik Döngü

Karbon, atmosferde, büyük su kaynakarında, okyanus tortusunda, toprakta, fosilleşmiş hayvan kalıntılarında ve Dünya'nın iç kısmında uzun süre depolanır. Atmosferden gelen karbondioksit okyanus suyunda çözülür, su molekülleri ile reaksiyona girer ve karbonatlara dönüştürülür. Kalsiyum iyonlarıyla birleştiğinde bu karbonatlar, mercan ve istiridye gibi birçok deniz organizmasının kalsiyum karbonat kabuğunu oluşturur. Bu organizmalar öldüğünde, kalıntıları parçalanır ve okyanus tabanına batabilir ve yavaş yavaş tortunun bir parçası haline gelebilir. Bu tortu nihayetinde, dünyadaki en büyük karbon rezervuarını oluşturan kireçtaşını oluşturur.

Büyük, uzun ömürlü ağaçlar da vücutlarında yüzyıllar boyunca karbon depolayabilirler. Çok daha uzun vadeli bir yutak (karbon rezervuarı) olarak, organizmaların kalıntıları karbonu milyonlarca yıl boyunca dünyanın derinliklerinde kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtlar şeklinde depolar. Dünya yüzeyinin derinliklerinde depolanan karbon, volkanik patlamalar sırasında yüzeye ve atmosfere geri dönebilir.

Karbon Döngüsü Üzerindeki İnsan Etkileri

Fosil yakıtların ve odunun yakılması, küresel iklimi değiştirerek atmosfere önemli miktarda karbondioksit salmaktadır. Ek olarak, ormansızlaşma ve artan tarım uygulamaları, atmosferdeki metan gibi sera gazı seviyelerini artırarak, topraktaki organik madde miktarını ve karbon depolamayı azaltarak doğal karbon döngüsünü etkilemektedir.