來看看我們平常熟知的碳吧!像是日常生活中，家家戶戶常用的天然氣瓦斯桶，其中有含碳的甲烷；另外，世界各國正討論得沸沸揚揚的溫室效應，也說是身為溫室氣體之一的二氧化碳搞的鬼。聽來聽去，怎麼好像生活周遭大小事都與「碳」這個字息息相關？

其實，碳是組成生命的重要元素，雖然與我們的生活是形影不離，但通常不會單獨存在，而是會以不同形式的化合物（與其他元素結合）存在。有機物中的碳以碳水化合物居多，像是動物從植物獲取養分的果糖、蔗糖、澱粉等都是碳水化合物。碳存在生活中的各個角落，但不會逗留在一處，而是會「跑來跑去」，像水循環一樣有自己的循環機制，稱為「碳循環」。

何謂碳循環?

這麼聽起來，「碳」似乎也是喜歡到旅行的背包客？沒錯！碳元素能在生物的作用下，於大自然中各個儲存庫（大氣層、海洋、地殼、生物體）之間不斷發生物理、化學、生物和地質相互反應的過程，在不同型態間來回「切換」，最後行程完整的循環，並且流動不息，這就是所謂的「碳循環」。

舉例來說：最初在大氣中的碳經過植物的吸收固定後進入食物鏈，當動物攝取了植物，葉上的碳分子就進入到動物體內；而且不管是動物還是植物皆會進行呼吸作用而產生二氧化碳，於是碳又回歸到大氣中。除此之外，生物死亡後的遺體也會被微生物分解然後釋出二氧化碳，遺體剩下的碳會歷經沉積作用，多年後成為煤炭或石油，最後被人類當作化石燃料來使用，產生的二氧化碳又回到大氣中。

植披是碳循環的一個重要因子。植物本身會進行光合作用與呼吸作用，而葉子的含碳分子會進入動物體內，生物死亡後的遺體也會在地底被微生物分解。（圖／Unsplash）

其實，在工業化之前，陸地生態系統每年通過光合作用固定的碳元素，和通過呼吸作用返回到大氣中的碳元素，大致是保持平衡的狀態；工業革命後，大量燃燒化石燃料，等於二氧化碳從地底下被釋放到大氣中，所以溫室氣體濃度增加，導致溫室效應日趨嚴重。

碳循環的方式會依場域不同而有所差異，主要可分為三種：

1. 「陸地與大氣」之間的交換：指的是陸地上的生物透過呼吸作用和光合作用，使二氧化碳有所循環。
2. 「大氣和海洋」間的交換：可以透過海洋中的浮游生物進行呼吸作用、光合作用，也能藉由因為生物作用而形成的碳酸鈣沉澱配合深海的溶解作用，還有二氧化碳對水的溶解與揮發等作用，使碳在海洋及大氣間循環。
3. 「火山作用」：火山作用會釋出二氧化碳。

這三種主要途徑，便是原先自然界運行的碳循環。我們認識了碳循環的三種差異後，有沒有覺得碳真的是在生活中與我們形影不離呢?但我們卻不曾留意過他的存在呢!

碳匯示意圖。碳匯指的是清除碳的過程與機制，途中的二氧化碳先被光合作作用被植物給吸收，再來分解進入土壤，再來礦化後分布在土壤中或回到大氣。（圖／Printerest，經撰稿團隊修改）

「碳源」與「碳匯」

碳循環也可以分成兩部分，「碳源」與「碳匯」，二氧化碳都是在兩者中佔最多的。「碳源」就是指大氣中碳的來源，也就是自然界中將碳釋放到大氣中的源頭，像是生物的呼吸作用與動植物遺體被分解，以及現今工業中燃燒化石燃料，都是碳源的形式，而這種形式所排出的碳，以二氧化碳為主；還有人類為了開發土地進行綠地及熱帶雨林的砍伐，讓原本幾十年來都待在大自然植被的二氧化碳釋放到大氣中。

根據林務局的資料顯示，全球每年約有70億公噸的碳，相當於1千8百萬座台北大安森林公園1年的碳吸收量（389公噸），因為人類活動而釋放到大氣中，這些都是為「碳源」。

而「碳匯」是指從空氣中清除二氧化碳的過程、活動和機制，讓二氧化碳暫時或長期留在吸收體中，所以吸收體中的碳匯聚物會儲存不同形式的碳，等於具備吸收大氣中二氧化碳的能力。例如森林與其他綠色植物，甚至是海底的碳酸鈣，對大氣中的碳都是有捕捉、吸收和儲存的功能，是為「碳匯」。

根據林務局的網路資料顯示，每年全球的海洋可沉積20億噸的碳，而全球的森林總共可以吸收約5億噸的碳，台灣的森林每年可吸收大氣中約4.56百萬公噸的碳。因此，碳元素就在「源」與「匯」的過程中，移動到不同的「儲存庫」，進而形成循環。

碳元素在自然中各個儲存庫因不同的作用，而有不同型態的轉換，產生循環（圖／世新大學「二氧化碳與能源發展科普推廣計畫」製作）

燃燒化石燃料　造成異常的碳循環

台灣有句諺語；「人無照天理，天無照甲子。」自古人們觀察大自然週而復始的變化，認為自然界規律的運作，有一定的系統循環。而今卻因人類肆無忌憚的開發，碳循環卻出現了異常，衍生出全世界環環相扣的問題。

原本在大自然中的碳循環，每個碳儲存庫之間的碳交換大致上是平衡的，而大氣中的二氧化碳濃度也穩定，但是經過人類活動的影響，使得全球的碳循環遭到破壞，嚴重改變了碳循環的過程：幾億年前地球在岩石圈中儲存下相對穩定的化石燃料，難以和其他碳儲存庫發生作用，但是人類把它們從底下挖出來燒掉，短時間內加速了它們和其他碳儲存庫之間的交換。

根據聯合國國際氣候變化專門委員（簡稱IPCC）在2013年發表的報告說明，工業革命後，人類活動使用的化石燃料增加3,650億噸，而地表植被的碳含量減少了300億噸，從地表或地層減少的碳被釋放到大氣和海洋中，因此大氣中的碳含量增加了2,400億噸，海水含碳量增加1,550億噸，增加的幅度大約為41%。

因為人為的影響，導致碳循環受到干擾，而讓大氣中的溫室氣體濃度飆增，致使溫室效應如此嚴重。為了力挽狂瀾，各國在1992年簽署了「聯合國氣候變化綱要公約」，在公約中提出「減緩」和「調適」兩個策略。

「減緩」指的是減少溫室氣體的排放，或者以封存、捕獲、再利用的方式來降低大氣中溫室氣體的含量。「調適」的目的是在得知氣候變遷的衝擊已無法避免的狀況下，該思考會有哪些天災發生，並對這些災害做出相對應的防範措施，或者選擇優先投入哪個資源的保護。

雖然有學者指出就算對大氣中的二氧化碳能有效控管，但全球平均溫度仍然會持續增溫至少兩百年，這樣說雖然讓人感到無助，但亡羊補牢，猶未遲也，這樣的警訊更是要讓我們提高警覺，盡快思考該如何應對接下來的環境衝擊，以便做出適當的調適。

審校：沈建豪