Dziś w atmosferze jest aż 21 % tlenu (dla porównania najwięcej jest azotu, bo aż 78 %). Dwutlenku węgla jest tylko 0,04 %. A jednak to dzięki niemu jest zbawienny dla nas efekt cieplarniany. Oczywiście pomijając nasz antropogeniczny CO2, który staje się niebezpieczny dla naszej planety, czyli dla nas i dla innych organizmów. A niebezpieczny dlatego, że jego koncentracja systematycznie wzrasta z roku na rok w wykładniczym tempie.
Do wody oceanicznej jeszcze trafia względnie zbilansowana ilość dwutlenku węgla z atmosfery, choć jak już wspomnieliśmy, mamy do czynienia z antropogeniczną nadwyżką. Jednak częściowo jest ona w nich rozpuszczana w procesie fizycznym, a częściowo jest absorbowana przez przez organizmy morskie
Jeśli chodzi o proces fizyczny, w szczególności szybko jeszcze on zachodzi we względnie chłodnych i natlenionych wodach (pompa fizyczna). Jeśli chodzi o proces biologiczny, częściowo ilość CO2 jest pochłaniana przez fitoplankton złożony z sinic i glonów (pompa biologiczna), który z kolei następnie jest pochłaniany przez mniejsze bezkręgowce i ryby Następnie przez średnie ryby. Następnie przez większe ryby i ssaki morskie takie jak kaszaloty czy grindwale.
Jedynym specyficznym wyjątkiem są olbrzymie walenie takie jak płetwale czy wale, które są fiszbinowcami, czyli filtratorami pochłaniającymi olbrzymie ilości planktonu i bezkręgowców takich jak kryl. I to właśnie one w swej masie ciała pochłaniają też bezpośrednio olbrzymie ilości dwutlenku węgla zaabsorbowane przez fitoplankton, który następnie jest zjadany przez zooplankton.
atmosfera – organizmy morskie w łańcuchach i sieciach pokarmowych –> fotoautotrofy morskie>drobne bezkręgowce>większe bezkręgowce>mniejsze ryby>większe ryby i ssaki morskie, zwłaszcza wieloryby.
—
Interakcja (oceany – litosfera – atmosfera) – wolny cykl węglowy:
Po śmierci morskich organizmów, węgiel w nich opada jeszcze na dno oceanów gdzie jest magazynowany w osadowych skałach wapiennych i krzemianowych, skąd z kolei w procesach tektonicznych płyt oceanicznych skały te przemieszczają się w głębi litosfery ku kominom hydrotermalnym w oceanach, skąd przez wulkany podmorskie dwutlenek węgla trafia z powrotem do oceanu, czy też dalej ku kominom wulkanicznym pod kontynentami, skąd ten gaz trafia z powrotem do atmosfery Ziemi.
Ale niestety, proces ten coraz bardziej spowalnia. Łańcuchy pokarmowe w oceanach są coraz bardziej zaburzane. Gdyż coraz wyższy wzrost temperatury oceanów powoduje pogłębiającą się ich stratyfikację, a więc utrudnione jest ich mieszanie się, dlatego, że wody nie mieszają się i gęstość poszczególnych warstw jest coraz wyższa. Powierzchniowe wody będąc najcieplejszymi mają najmniejszą gęstość. A to wszystko z kolei przyczynia się do coraz silniejszego odtleniania wód głębinowych i dennych. To też zakłóca cyrkulacje oceaniczne prądów morskich, zarówno powierzchniowych, jak i głębinowych oraz dennych, czyli w profilu poziomym i pionowym.
Stratyfikacja i ocieplenie wód powierzchniowych spowalnia opadanie większych glonów jak np. okrzemki czy kokolitofory (Kalista Higini Peter & Ulrich Sommer, 2015) (Michael J. Henehan i in., 2017), co powoduje, że w powierzchniowych wodach szybciej zachodzą procesy tlenowe dzięki bakteriom tlenowym, które rozkładając materię organiczną, przyspieszają uwalnianie się dwutlenku wody do oceanu i następnie do atmosfery. Z drugiej strony mniej tych szczątków organicznych opada na dno oceanu (Lars Stemmann, George A. Jackson, Debbie Ianson, 2004) (L. Bopp i in., 2005). To też ma wpływ na wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi, Zamiast ich pojawiają się drobniejsze glony (tzw. pikoplankton, w którego zakres wchodzą też sinice sinice (Kalista Higini Peter & Ulrich Sommer, 2015) (Michael J. Henehan i in., 2017). Na większych głębokościach już te procesy nie są tak silne. Wpływ wspomnianych zmian klimatu będzie miał silne perturbacje w przyszłości, w jeszcze bardziej cieplejszym świecie.
Z kolei w wodach powierzchniowych, zwłaszcza płytkich gdzie są wrażliwe ekosystemy raf koralowych, jest obserwowane znacznie większe zakwaszenie nadmiarem CO2 oceanów (George G. Waldbusser i in., 2014) oraz ich odtlenianie (Matthew C. Long i in., 2014).
Interakcja (atmosfera – litosfera – biosfera lądowa)
Ocieplenie klimatu z powodu spalania paliw kopalnych i zmian użytkowania terenu, sprawia, że w wielu regionach rośliny już więcej pochłaniają dwutlenku węgla. Opublikowane w Nature Climate Change badanie roślinności na półkuli północnej pod przewodnictwem Jiafu Mao i in. z 2016 r., przedstawiło tzw. współczynnik ulistnienia (Leaf Area Index – LAI), w którym za pomocą badań satelitarnych w latach 1982-2011 został przedstawiony tzw. stosunek sumy powierzchni liści roślin do powierzchni gruntu. Badania te ukazały naukowcom obraz faktycznego zazielenienia wielu rejonów Ziemi w tymże okresie czasu. ale pewnym kosztem środowiskowym.
—
Rys.2. Procentowe zmiany ulistnienia między rokiem 1982 a 2015. Ilustracja przygotowana przez prof. R Myneniego na podstawie danych z publikacji (Zaichun Zhu i in., 2016).
—
Coraz wyższy wzrost temperatury i nasłonecznienie, zwłaszcza w upalne dni, mają wpływ na wysychanie roślin (Wolfram Schlenker & Michael J. Roberts, 2009) poprzez zmniejszanie się dostępu wód gruntowych dla korzeni tychże roślin oraz ma to swoje skutki w redukcji dostaw składników pokarmowych, zwłaszcza fosforu, azotu i dla nas oraz wielu zwierząt składników odżywczych jak żelazo, cynk i białko (Matthew R. Smith & Samuel Myers, 2018).
Problemem też są coraz częstsze okresy długotrwałych susz, dni bez opadów deszczu. W przedłużonym czasie tak wysokiego stresu fizjologicznego u roślin, pod wpływem suszy i wysokiej temperatury, zaczynają powstawać zaburzenia takie u nich, że zamiast pochłaniać dwutlenek węgla, zaczynają go one emitować netto do atmosfery. (T. W. Crowther i in., 2016). .
Globalne ocieplenie w dużym stopniu wpływa na redukcję absorpcji azotu atmosferycznego potrzebnego dla roślin na lądach i glonów oraz sinic w oceanach, koniecznego w efekcie nawożenia dwutlenku węgla. Również zaobserwowany został zmniejszony transport za pomocą wiatru czy wody fosforu z wietrzenia gleb i minerałów. Oba pierwiastki chemiczne są niezbędne dla prawidłowej fizjologii roślin. William R. Wieder i in. w 2015 w badaniu opublikowanym w Nature Geoscience udowadniają, że braki w dostawach tych związków chemicznych dla roślin przyczyni się do spadku przyrostu biomasy ich o 1/3, tak jak jest to przedstawione w prognozach według modeli CMIP5 w AR5 IPCC. Także efekt nawożenia będzie znacznie słabszy z tego powodu.
Niestety wzrost temperatury na świecie oraz niezrównoważona gospodarka rolna przyczynia się nie tylko do tego, że azot i fosfor w coraz mniejszej ilości są pochłaniane przez korzenie roślin (fosfor też przez liście), ale również ma to wpływ na zwiększenie eutrofizacji w oceanach i morzach prowadzącego do nadmiernego rozrostu w nich glonów, zwłaszcza sinic, co skutkuje coraz większym odtlenieniem wód oceanicznych i morskich.
W skali geologicznego czasu cykl węglowy odegrał, odgrywa i pewnie będzie do końca życia na Ziemi odgrywać główną rolę. Dlatego bardzo istotna jest równowaga gazowa i termiczna w atmosferze Ziemi