碳循環（Carbon cycle）

碳循環（Carbon cycle）
國立臺灣大學森林學系王家玲學士

生物地質化學循環（biogeochemical cycle）為各個元素在大氣層（氣圈）、海洋（水圈）、地殼（岩石圈）以及生物體（生物圈）這四個「庫」（pool）之間的循環。依照貯存後參與循環的程度可將「庫」區分成「貯藏庫」（reservoir）和「交換庫」（exchangeable pool）。保留在貯藏庫的物質，通常以不能被生物直接利用的型式存在，而須藉由某些化學作用才能進入交換庫被生物利用，例如碳以碳酸鈣形式貯存在海底泥層或岩層中，岩石圈是碳的貯藏庫。碳酸鈣被溶解後轉成二氧化碳才能被生物利用，所以水圈和大氣圈才是碳的交換庫。

地球上的碳（carbon）會以不同型式存在於生物和環境中，這不同的型式便是不同的化合物。大氣中的二氧化碳從無機物的形式經過植物或藻類的光合作用，合成有機化合物（簡稱「有機物」），有機物大多為碳水化合物，是生命產生的物質基礎，因此植物或藻類稱為生產者。牛、羊等草食性動物從植物獲取養分（例如澱粉、蔗糖、果糖…等等），稱為消費者。而獅子、老虎等肉食動物若以捕食草食動物攝取養分，則稱為次級消費者。

碳經過植物固定後進入食物鏈，不論是生產者或消費者都會經由呼吸作用產生二氧化碳，於是碳又回歸大氣中。另外，生物死亡後遺體經由微生物分解也會放出二氧化碳，部分沉積至土壤中成為炭或石油。碳從大氣到生物體再回歸大氣的這些路線，便稱之為碳循環（carbon cycle）。

圖一 碳循環 （譯自http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_cycle-cute_diagram.jpeg）

在生物圈與大氣圈、水圈的碳循環路徑的光合作用及呼吸作用是接近平衡的。但是還有其他方式的碳循環，有可能在某些劇變如火山爆發或人為開發下而改變碳元素在不同庫的量，而破壞原有的平衡。

依循環場域與循環方式的差異，碳循環可分為三種途徑。一是陸地與大氣之間的交換，即陸地上的生物透過光合作用與呼吸作用，利用二氧化碳使之循環。二是透過大氣與海洋間的交換，透過海洋裡生物光合作用與呼吸作用、生物形成的碳酸鈣沉澱與深海的溶解作用，以及二氧化碳溶解與揮發等作用，促使二氧化碳在大氣與海洋之間進行交換。三是火山作用與岩石化風化的溶解作用，前者促使二氧化碳釋出；後者則使二氧化碳分解。

人類大量使用石化燃料，人口擴張與經濟發展所需大量砍伐森林與開發土地，導致二氧化碳的釋出。近幾十年大氣中二氧化碳濃度每年持續增加，目前一般相信大氣中二氧化碳濃度增加與全球平均溫度提高有密切關係，是造成全球氣候變遷的重要原因。

參考文獻：

1. 劉棠瑞、蘇鴻傑（1983）。森林植物生態學。臺北：臺灣商務。
2. 維基百科。有機化合物。
   http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%89%E6%9C%BA%E5%8C%96%E5%90%88%E7%89%A9
3. 全人教育百寶箱。詞條解釋/詞條：碳循環
4. 朱錦忠（2007）。環境生態學。台北：新文京開發。
5. 大衛.布林尼（2002）。李彥譯。香港：三聯書店。