Obsah
Ekosystém zahŕňa zvieratá, rastliny, mikróby a neživé zložky biotopu okolo nich, napríklad vodu, vzduch a pôdu. Každý živý organizmus vyžaduje určitú formu výroby energie. Všetky zvieratá potrebujú dýchanie, výmenu kyslíka za oxid uhličitý, aby zostali nažive. Rastliny tiež vyžadujú dýchanie a kyslík, ale tiež fixujú alebo odstraňujú uhlík z prostredia a produkujú životodarný kyslík používaný zvieratami, ktorý je poháňaný slnečnou energiou, ktorú zbierajú pomocou špecializovaných organel, ktoré sa nazývajú chloroplasty. Čistá výmena ekosystémov sa vypočíta podľa vzorca, ktorý ukazuje, koľko uhlíka sa ukladá do životného prostredia v porovnaní s tým, koľko sa odstraňuje. Čistá výmena ekosystémov sa niekedy nazýva aj „čistá produkcia ekosystémov“.
Uhlíkový cyklus
Aby sa zachoval život na Zemi tak, ako je teraz, musí byť uhlík v atmosfére a uhlík viazaný v biologických organizmoch vyvážený. Ak nie, výsledkom bude zmena klímy. Zvieratá a ľudia pridávajú do ekosystému viac uhlíka jednoduchým dýchaním. Atmosférický uhlík sa produkuje aj rozkladom, pretože mŕtve zvieratá a rastlinné látky uvoľňujú uhlík uložený v tkanivách a spaľovaním stromov, rastlín a fosílnych palív, ako je ropa a uhlie. Aby sa zabránilo týmto účinkom, živé rastliny sa označujú ako „zachytávače uhlíka“, pretože odstraňujú oxid uhličitý z prostredia a premieňajú ho na kyslík a potravu.
Kľúčové faktory a podmienky
Na určenie čistej výmeny ekosystémov je potrebných niekoľko faktorov. Prvou je čistá prvotná výroba, ktorá predstavuje čisté množstvo organického uhlíka odstráneného z ekosystému rastlinami. Rastliny sú autotrofy, čo znamená, že počas procesu nazývaného fotosyntéza sú schopné tvoriť živiny a energiu z anorganických látok a slnečného žiarenia. Celkové množstvo uhlíka fixované - odstránené z ekosystému - počas fotosyntézy sa nazýva hrubá primárna produkcia. Rastliny však počas dýchania uvoľňujú aj uhlík. Čistá primárna produkcia sa preto počíta odpočítaním množstva uhlíka uvoľneného rastlinami počas respirácie od množstva uhlíka fixovaného počas hrubej primárnej výroby.
Určenie čistej výmeny ekosystémov
Kým rastliny sú autotrofy, ľudia a zvieratá sú heterotrofy, čo znamená, že potrebujú ekologické živiny - jedlo - z prostredia a na výrobu energie z trávených potravín musia používať kyslík. Heterotrofné dýchanie produkuje veľké množstvo uhlíka, ktorý sa ukladá do ekosystému. Čistá výmena ekosystémov sa teda určuje odpočítaním množstva uhlíka vyprodukovaného heterotrofným dýchaním od čistej primárnej výroby.
Vlastnosti ekosystémov
Uhlíková rovnováha je základnou vlastnosťou, ktorá zabezpečuje udržateľnosť a zdravie ekosystémov. Čistá výmena ekosystémov pomáha merať rovnováhu uhlíkového cyklu. Keďže sa počíta odpočítaním toho, koľko uhlíkových rastlín sa fixuje alebo odstraňuje, z toho, koľko uhlíka sa vkladá do ekosystému, najlepším výsledkom by bola záporná hodnota. Napríklad údaje z rokov 1992 až 2000 ukázali, že lesy vo východných Spojených štátoch mali čisté výmeny ekosystémov v rozmedzí od -84 do -740. To znamená, že sa odstraňuje viac uhlíka ako sa uvoľňuje. Ak sa uhlík účinne neodstráni, zhorší sa kvalita vzduchu a života v ekosystéme. Ďalšími faktormi, ktoré treba brať do úvahy pri rovnováhe uhlíka v ekosystéme, je znečistenie z tovární a vozidiel, zatiaľ čo oceány tiež odstraňujú uhlík z atmosféry.