炭素循環

炭素循環とは、地球上で炭素が貯蔵され、入れ替わる仕組みのことです。主な出来事は何億年もかかるものもあれば、毎年起こるものもあります。

炭素が炭素循環に入る主な方法は、火山と、石炭やガスなどの化石燃料の燃焼です。しかし、ここ100年の間に、化石燃料を燃やしている人たちは、火山の約100倍の_CO2を大気中に加えています。つまり、火山によって空気中に加えられた_CO2の1トンごとに、約100トンの_CO2が人によって空気中に加えられてきたのです。

大気中から炭素が取り出される主な方法は、生物による光合成です。このうちのいくつかは、生物が死んで分解するときに放出されますが、そのうちのいくつかは土砂に埋まってしまいます。これを図に示します。堆積物は岩石になりますが、石灰岩のような炭酸塩の岩石は、今、固体の_CO2を含んでいます。植物から排出された炭素の一部は、土壌の一部となって、分解される前に長い間そこに留まることができます。

もう一つは、空気中の_CO2を取り出すプロセスです。雨による風化は、希薄な炭酸の形で_CO2を洗い流します。これが岩石と反応して、岩石を溶かして破壊します。これも土砂となります。

"風化は岩石を溶かすのに欠かせない大気中の二酸化炭素を大量に消費する"

_CO2の一部は海にも溶けています。現在、海は毎年、放出する量よりも多くの_CO2を取り込んでいます。しかし、それは海を酸性化させています。

堆積岩中の炭素の貯蔵量は、大気中の_{二酸化炭素}よりもはるかに多い（これは図には示されていない）。最終的には、海洋プレートがプレートテクトニクスでサブダクトすると、大気中に戻ってきます。プレートの境界線の縁（他にもいくつかの場所）では、火山が形成され、_{CO2を噴出します}。これでサイクルが完成します。

炭素循環の図。黒色の数字は、各段階でどれだけの炭素が蓄えられているかを数十億トン単位で表しています（「GtC」はギガトンの炭素を意味し、2004年頃に記録された数字です）。紫色の数字は、各段階の間を毎年どれだけ炭素が移動しているかを示しています。この図で定義されている堆積物には、約7000万GtCの炭酸塩岩やケロゲン（その他の有機物の堆積物）は含まれていません。

概要

炭素循環とは、生態系の中で炭素がリサイクルされていく過程のことです。生物に含まれる炭素の濃度（18％）は、地球に含まれる炭素の濃度（0.19％）の100倍近くにもなります。つまり、生物は生物以外の環境から炭素を抽出しているのです。生命が存続するためには、この炭素を再利用しなければなりません。炭素の循環については、図を参照してください。炭素がこの循環の中でどのような経路を通っているかというと、大気中の二酸化炭素が植物に吸収され、光合成で糖分を生成し、植物がエネルギーに利用します。植物が死ぬと分解され、植物に蓄えられた炭素は何百万年もかけて石炭（化石燃料）になります。石炭は燃やされて二酸化炭素を放出し、大気中に放出されます。

現在、炭素循環と人間の活動がどのようにそれに影響を与えているかは、国際的なニュースで大きな話題となっています。化石燃料は再生不可能な資源であり、簡単には代替できません。1900年以降、化石燃料の使用量は20年ごとに約2倍に増加しています。この二酸化炭素の放出は、温室効果や酸性雨の原因となっています。

炭素循環は、ジョセフ・プリーストリーとアントワーヌ・ラヴォワジエによって発見され、ハンフリー・ダヴィによって普及した。

質問と回答

Q:炭素循環とは何ですか?

A:炭素循環とは、地球上で炭素が貯蔵され、交換される仕組みのことです。何億年もかかるプロセスもあれば、毎年起こるプロセスもあります。

Q: 炭素循環に入る主な方法は何ですか?

A:炭素循環の主な経路は、火山と、石炭やガスなどの化石燃料の燃焼です。近年では、化石燃料を燃やすことによって、火山の100倍以上のCO2が大気中に放出されていると言われています。

Q:光合成は、どのようにして大気中のCO2を除去しているのですか?

A:生物の光合成は、大気中のCO2を取り込み、エネルギーを生産しています。その一部は死んで分解されるときに放出されますが、一部は堆積岩の中に埋もれてしまいます。

Q:風化によって岩石はどのように溶かされるのですか?

A: 風化作用によって雨で洗い流された二酸化炭素は、希薄な炭酸として岩石と反応し、岩石を溶かして破壊します。また、その過程で土砂として堆積し、サイクルが完成します。

Q:CO2はどこに溶けているのですか?

A: CO2は海にも溶け込んでいて、大気中に放出されたり、堆積岩の一部になったりして、長い間留まっています。

Q:人間が大気中に加えたCO2は、火山によるものと比べてどのくらい多いのですか?

A:火山によって加えられた1トンのCO2に対して、人間が燃焼によって加えたCO2は、過去100年間で約100トンです。

Q:岩石を溶かすのに必要な大気中の二酸化炭素の大量消費は何ですか?

A:風化は、岩石を溶解するのに不可欠な大気中の二酸化炭素の大量消費源です。