碳元素是如何在自然界循环的？

碳元素是如何在自然界循环的？

碳在自然界以哪些形式存在，又经历了怎样的循环过程，让我们一起来探讨这些问题。

自然界中的碳在哪儿？

自然界的碳存在形式是多种多样的，总体可分为两大类：有机碳和无机碳。

无机碳在大气圈、水圈、岩石圈内均有分布。大气中主要以CO2、CO、CH4等形式存在；水圈中以碳酸盐形式存在；岩石圈中主要富集在碳酸盐类岩石中。

有机碳主要指存在于生物体内和土壤中的有机质。

碳元素如何在自然界中循环？

为了方便理解，我们以大气中的CO2作为起点，去看碳元素在自然界中的循环。

大气中的CO2，通过光合作用以有机碳的形式固定植被体内，同时释放氧气。植物体内的有机碳，通过食物链循环到动物体内。

动植物均可以通过呼吸作用向大气释放二氧化碳。

动植物死亡后，碳元素随残体进入土壤，成为土壤中的有机碳。在微生物的分解作用下，土壤中的有机碳也会转化为CO2被重新释放到大气中。

动植物死亡后，除了被微生物分解外，还有一部分形成沉积物，经长期的地质作用最终形成了煤炭、石油、天然气等含碳的化石燃料。

随着人类对能源的需求越来越大，大量埋藏在地下的化石燃料被开采和燃烧。化石燃料燃烧时又将碳元素以CO2的形式重新释放到大气中。

在上面所说的过程中，我们可以看到这个碳循环的过程，是二氧化碳→有机碳→二氧化碳。

图源：星球研究所

人类过量使用化石燃料，会使得大气中二氧化碳的浓度快速升高，如果同时没有足量的二氧化碳以化合物形式固定，就会改变自然状态下的碳循环过程。

所以，人类一直寻找降低大气中碳含量的方法，这个过程就称之为碳汇。

大气中的二氧化碳与水（雨水、地表水或者海水）反应生成碳酸，碳酸不稳定也可重新释放二氧化碳到大气中。

一部分碳酸盐与钙离子结合，通过化学沉积形成石灰岩。在风化作用下，岩石将所含的部分碳以二氧化碳的形式释放到大气中。

沉积岩还会在高温高压作用下重熔为岩浆，岩浆通过火山喷发重新回到地表，同时释放二氧化碳、一氧化碳等气体。

在这些过程中，出现了二氧化碳→碳酸盐→二氧化碳的循环。

高考真题中的碳循环

第一小问

设问提到埃尔湖入湖碳量大，这里“入湖”的途径是什么？主要是入湖的河流，河流可溶解部分沿途植物和土壤中的有机碳，并带入湖中。

研究者制图

参考答案如下：

• 河流上游为热带草原气候和热带雨林气候，茂盛的植被可提供大量枯落物进入河流，增加有机碳含量。
• 河流中下游流经热带沙漠气候区，气候干旱，土质疏松，河流易侵蚀土壤，搬运大量土壤有机碳。
• 河流流程长，流域面积大，可携带大量含碳物质。

第二小问

我们先了解一下泥炭是如何形成的。湿地里的动植物遗体会在湿地下方的土壤中转化为有机碳，并在微生物的作用下逐渐分解形成二氧化碳。

但在土壤深处的 厌氧环境 里，由于缺少氧气， 微生物不活跃 ，不能充分分解有机碳，有机碳就被很好的保存下来，形成泥炭。所以，泥炭就是含碳量高的有机碳。

所以想要泥炭中的碳不易释放，就是满足泥炭的形成环境不被破坏。保持“厌氧” 和“微生物不活跃”的状态。

研究者制图

参考答案如下：

• 雨季，湖泊水面扩大，湖中泥炭处于渍水、缺氧环境，微生物不活跃，碳不易释放；
• 旱季，湖泊水面缩小，湖床裸露，泥炭层受强烈的太阳辐射影响，蒸发旺盛，缺少水分，微生物不活跃，碳不易释放；
• 具有多层泥炭层，且厚度大，下层分解更慢。

相关高考真题

（2016江苏）地球内部圈层与大气圈的关系是

A．生物圈是大气中的碳进入内部圈层的纽带

B．地球内部能量的释放导致全球气候变暖

C．岩浆侵入使地球内部的碳释放到大气圈

D．大气圈吸收太阳能使地球内部不断增温

参考答案

【答案】A

【解析】生物吸收大气中的二氧化碳进入生物体内，再通过地壳物质循环进入内部圈层，所以说生物圈是大气中的碳进入内部圈层的纽带。全球气候变暖是由于温室气体增多导致。火山活动使地球内部的物质进入大气中，岩浆中的碳释放到大气圈。大气圈吸收太阳能，不会使地球内部增温。故选A。