人类活动对碳循环的重大影响和原因

碳循环研究的重要意义在于：①碳是构成生物有机体的最重要元素，因此，生态系统碳循环研究成了系统能量流动的核心问题。②人类活动通过化石燃料的大规模使用，从而造成对于碳循环的重大影响，可能是当代气候变化的重要原因。

碳循环包括的主要过程是：①生物的同化过程和异化过程，主要是光合作用和呼吸作用。②大气和海洋之间的二氧化碳交换。③碳酸盐的沉淀作用。

碳库主要包括大气中的二氧化碳、海洋中的无机碳和生物机体中的有机碳。最大的碳库是海洋（38000×1015克），它大约是大气中碳（750×1015克）的50.6倍，而陆地植物的含碳量（560×1015克）略低于大气。最重要的碳流通率是大气与海洋之间的碳交换（90×1015克/年和92×1015克/年）和大气与陆地植物之间的交换（120×1015克/年和60×1015克/年）。碳在大气中的平均滞留时间大约是5年。

大气中的二氧化碳含量是有变化的。根据南极冰芯中气泡分析的结果，在最后一次冰河期（20000～50000年前）的大气二氧化碳的体积分数为180×10-6～200×10-6，而公元900～1750年的平均值是270×10-6～280×10-6，但是从1750年工业革命开始以后，大气二氧化碳体积分数连续而迅速地上升，这显然是与工业革命后人类使用化石燃料的急骤增加有关。大气二氧化碳含量除了有长期上升趋势以外，还显示有规律的季节变化：夏季下降，冬季上升。其原因可能是人类的化石燃料使用量的季节差异和植物光合作用二氧化碳利用量的季节差异。(www.xing528.com)

在元素循环研究中，例如碳循环，我们把释放二氧化碳的库称为源，吸收二氧化碳的库称为汇。1997年研究的全球碳循环收支如下：

这就是说，人类活动向大气净释放碳大约为6.9×1015克/年，其中使用化石燃料释放6.0×1015克/年，陆地植被破坏释放0.9×1015克/年。由于人类活动释放的二氧化碳中，导致大气二氧化碳含量上升的为3.2×1015克/年，被海洋吸收的为2.0×1015克/年，未知去处的汇达到1.7×1015克/年。这样，人类活动释放的二氧化碳有大约25％的全球碳流的汇是科学尚未研究清楚的，这就是著名的失汇现象，它已经成为当今生态系统生态学研究中最令人感兴趣的热点问题之一。

为了维持当今全球碳平衡，其焦点不是各个库的碳贮存总量，而是每年碳的去处和动态问题。海洋是最大的碳库，但是它与大气的碳交换主要发生在海洋表面，而海洋表层与深层水之间的碳交换是很缓慢的。荒漠土壤的碳酸盐的含碳量比全部陆地植物还要高，但是荒漠土壤与大气之间也几乎没有碳的交换。最近有学者注意到陆地植被作为二氧化碳汇的意义。如果说大气二氧化碳增高像“肥料”一样能够提高陆地植物的生产量，并且其速度足够快，也许全球碳循环的失汇现象可能从这里找到答案。这促进了人们开展植物群落对于大气二氧化碳上升响应的研究。有许多科学家投入了研究，以确定全球碳循环各种流通率的极限，确定作为二氧化碳的源和汇的各种局域生态系统的碳流。