生地化循環

8.1 前言

大氣中造成溫室效應的氣體有CO₂、CH₄、N₂O、H₂O、O₃及氟氯碳化物（CFCs）等。前三種氣體的產生與消失牽涉到複雜的生物、物理及化學的作用；有些過程產生這些氣體，釋放到大氣中，另有些過程則吸收存放，把這些氣體從大氣中抽離，這些因時因地而異的吞吐吸放形成一個不斷反覆的循環，稱之為『生地化循環』（biogeochemical cycle）（圖8-1）。

以碳（carbon）的生地化循環為例，對大氣而言，煤、石油等燃燒後產生二氧化碳，植物行呼吸作用也產生二氧化碳，稱做源（source）；森林的生物質（biomass），海底的鈣質軟泥沈積碳酸鈣（CaCO₃），則成為碳的「去處」（sink，或譯為「匯」）（圖8-1）。碳元素在「源」與「匯」的來往循環之中，可藏身於不同的儲存庫（reservoirs）。要了解大氣中CO₂的來源與去處，以及來去之間「收入」與「支出」的盈虧，我們需要知道有那些儲存庫可以與大氣交換二氧化碳，以及彼此間流通的數量（flux，簡稱通量）。嚴格地定義，通量是指單位面積中，單位時間所通過的物質量。儲存庫間的通量可以因時因地而異，理論上，某一時段中，通過某一面積的總流通量（或累積量），可以估測得之。舉例來說，科學家估計，工業革命前與革命後，碳元素在各儲存庫的儲量，以及各儲存庫間的通量都發生了變化。在工業革命前，海洋和大氣間二氧化碳的交換通量維持收支平衡的狀態，但工業革命後，一百五十餘年來，因人類大量燃用化石燃料（煤、石油、天然氣），海洋與大氣間的平衡已經受到干擾，最明顯的變化表現於大氣儲存庫中CO₂的儲量節節上升，海洋與大氣間交換的通量也增加了，成為工業革命前的1.2倍左右。

限於篇幅，本章僅以碳的生地化循環為例，來說明生地化循環，並簡單談到氮的情況。前面章節已經介紹過，二氧化碳是最主要的溫室氣體之一，到底是那些因素控制了大氣的二氧化碳含量？過去大氣中二氧化碳含量為何與現在相異？未來的趨勢又是如何？這些都與碳的生地化循環息息相關。