Почва тропиков бедна органическим веществом, которое здесь быстро разлагается. В годовом цикле мы наблюдаем значительные потоки углерода между атмосферой и растительностью. Летом растущие растения поглощают углекислый газ из атмосферы, снижая его концентрацию в воздухе.
Осенью однолетние растения погибают, деревья сбрасывают листья, а углерод, содержащийся в разлагающемся органическом веществе, возвращается в атмосферу. В стабильном климате содержание углерода в наземных экосистемах постоянно, а приток (в результате фотосинтеза) и потери углерода (в результате дыхания растений и животных, разложения органических веществ и пожаров) сбалансированы. В настоящее время из-за человеческой деятельности средняя концентрация CO2 в воздухе увеличивается, но годовой цикл все еще виден в измерениях. Стабильная экосистема, такая как естественный лес, хранит постоянное количество углерода - она не поглощает и не выделяет его.
Ситуация, очевидно, отличается, когда происходят изменения. Например, когда лес начинает расти в ранее непокрытой растительности, количество биомассы увеличивается как в растительности (в масштабе времени в несколько сотен лет), так и в почве (в масштабе времени в тысячи лет) - только в таком временном горизонте стабилизируется резервуар углерода.
Существуют исключения из принципа «стабильная экосистема - стабильное хранение углерода». Например, торфяник - это экосистема, которая эффективно изолирует (или удаляет) углекислый газ из циркуляции. Возможность накопления углерода связана с конкретными условиями, в которых торфяники создаются и развиваются. Ключевым моментом здесь является высокая влажность, в результате чего уровень грунтовых вод приближается к поверхности.
Над уровнем воды появляется тонкий, биологически активный, аэробный слой почвы, а ниже - более толстый, анаэробный. Останки растений и животных в основном разлагаются в верхнем, насыщенном кислородом слое, но в благоприятных условиях даже 20% биомассы уходит в насыщенный водой анаэробный слой и откладывается в виде торфа - органической массы, состоящей из не полностью разложившихся растительных остатков. Поток углерода, поглощенного и накопленного торфяниками, невелик по сравнению с другими потоками углерода в углеродном цикле - в голоцене 0,05 ГтС / год, но, отложившись на тысячи лет, он может построить большой резервуар углерода.
Замедление процессов разложения позволяет формировать швы толщиной в несколько метров, а торф содержит около 50% углерода. Общее количество углерода в торфе оценивается в более чем 600 ГтС, из которых в северных торфяниках (Россия, Северная Америка, Европа) накапливается около 550 ГтC, а в тропических 50–100 ГтС. При благоприятных условиях торф может постепенно превращаться в бурый и каменный уголь, тем самым удаляя углерод (опять же в смысле элементарного углерода) из быстрого углеродного цикла.
Мы уже говорили о накоплении углерода стабильными экосистемами. Динамика меняется, когда, например, мы вырубаем естественный лес, чтобы посадить на его месте новые деревья - даже плантации масличной пальмы или эвкалипта на месте тропического леса.
В этой ситуации растительная биомасса исчезает из экосистемы за очень короткое время: быстрее всего, если джунгли сжигаются (в течение часов и дней), медленнее, если деревья вычищаются, а затем превращаются в топливо, бумагу, мебель или строительные материалы. После удаления деревьев на открытых почвах происходит потеря органического вещества - поначалу этот процесс особенно интенсивен, но может длиться десятилетиями. Это особенно важно в случае тропических торфяников, где он дополнительно ускоряется за счет осушения водно-болотных угодий.
Когда новые культуры высаживаются в районе, из которого был удален тропический лес, они постепенно поглощают углекислый газ из атмосферы. Однако, по сравнению с первичным лесом, это очень бедная экосистема (меньшее количество видов и растительности означает меньшее поглощение и хранение углерода), поэтому поглощение CO2 из атмосферы на протяжении веков не компенсирует потери углерода, связанные с удалением естественной экосистемы. Детальный анализ углеродного баланса показывает, что преобразование тропических лесов в сельскохозяйственные культуры для производства биотоплива, предназначенного для сокращения выбросов CO2, вообще не выполняет эту функцию. Принимая во внимание выброс углерода в атмосферу в результате превращения леса в плантацию, выбросы этого биотоплива даже в три раза превышают выбросы топлива из нефти.