Hiili ja sen kierto (mukaanluettuna hiilidioksidi) on varsin merkittävä koko eliöimaailmalle. Tärkeitä avainasioita ovat mm.: kasvien yhteyttäminen (mahdollisesti jo lumen alla) ja fotosynteesistä riippuva kasvu/nettotuotto, kaikkien eliöiden hengitys (myös maahengitys), ekosysteemien (esim .metsien) hiilitaseet ja niissä esiintyvät - mm. ihmisen toimista aiheutuvat muutokset (puuston hakkuut yms.), hiilinielut (esim. meret, suot ja metsät) ja kasvihuonekaasut.
Hiilen kierto ja varastot riippuvat aika monista tekijöistä, kuten ylläoleva kaavio kertoo. Periaatteessa kierto on kuitenkin yksinkertainen: Vihreät kasvit hankkivat hiiltä yhteyttämällä hiilidioksidia auringonvalon avulla (ilmakehässä on hiilidioksidia n. 0.03%, joskus sitä on ollut paljon enemmän). Nytkin CO2:n määrä on nousemassa, kun ihminen polttaa paljon hiiltä ja muuta orgaanista ainesta, esim. puuta ja öljyä). Ilmakehän hiilidioksidimäärä on tunnetusti kasvanut vuodesta 1880 lähtien 12%. Eläimet saavat hiilensä syömällä kasveja tai eläimiä (joihin hiili on joutunut alunperin kasveista). Ilmassa olevaa hiilidioksiodia liukenee paljon myös mereen.
Kaikki eliöt - myös kasvit ja pieneliöt - hengittävät, jolloin hiilidioksidia vapautuu ilmaan tai veteen. Kasvien ja eläinten kuollessa hiiltä joutuu maahan tai meriin varastoihin. On arvioitu, että noin 25% ilmakehäään vuosittain joutuvasta hiilidioksidista kulkeutuu meriveteen, osa myös soiden turpeeseen ja jopa metsämaahankin. Osa joutuu hapettomiin oloihin esim. turpeeseen tai pohjalietteisiin, jolloin se ei lahoa, vaan kerrostuu. Näin ovat (paineen alaisena) muodostuneet esim. kivihiilikerrokset n. 300 milj. vuotta sitten. Toisaaalta osa näistä varastoista kyllä 'kuluukin', mikäli happi ja pienorganismit (tai ihminen!) pääsevät varastoihin (esim. turpeeseen) käsiksi. Arvioidaan, että hiiltä on varastoissa suunnilleen yhtä paljon maalla ja valtamerissä.
Mereen liukeneva hiilidioksidi saattaa lisääntyessään aiheuttaa ongelmia varsinkin merien pieneliöstölle.
Metsien fytomassat, määrät ja hiilitaseet maapallon eri alueilla.
Suomi on yksi Euroopan metsäisimmistä maista, jos katsomme metsäpinta-aloja:
Suomen maapinta-alasta noin 2/3 on metsien peitossa.
Meillä on n. 22 milj. hehtaaria metsiä, Ruotsissa n. 26 milj. hehtaaria.
Jos katsotaan metsien puuntuottoa, ovat myös Ranska ja Saksa merkittäviä tuottajia.
Suomen metsien puuston fytomassat ja kasvun määrä on hyvin tunnettu lähinnä valtakunnan metsien inventointien peruseella. Näitä arviointeja on tehty tämän mennessä yhdeksän (9. arviointi tehtiin vv. 1996-2003). Metsiemme puuvaranto on lisääntynyt 1950 luvun alun 1538 milj. kuutiometristä 2091 miljoonaan kuutiometriin. Tämä siitä huolimatta, että puustoa on poistettu/poistunut samaan aikaan 1,85 kertaa lähtöpuuston verran. Kts. alla olevaa kuvaa! Maastomittaukset tehdään nykyisin vakiokoealoilla, joita on n. 70 000 kpl. Lisää: Suomen metsien kasvu nyt ja ennuste kasvihuoneilmaston aikaan!
Metsävaramme olivat alhaisimmillaan kaskitalouden päättyessä, vuosisatojen 1800 ja 1900 vaihteessa. Mm. soiden ojitus (n. 5, 5 milj. hehtaaria) on lisännyt metsämaan pinta-alaa, vaikkei se olekaan lisännyt kaikilta osin - varsinkaan pohjoisessa - puun tuottoa. Rakentaminen on pienentänyt metsämaan alaa. Metsämaan ala on nyt runsaat 20 milj. hehtaaria. Metsiemme puuvarat alkoivat kasvaa 1970-luvulta lähtien.
Metsiemme kasvu ylittää nykyisin selvästi hakkuiden määrän
Valtakunnan metsien inventoinnissa on aika ajoin ollut mukana myös metsän aluskasvillisuus ja eläimistö (siis biodiversiteetti-asiat). Myös metsiemme merkitystä hiilidioksiditaloudelle on metsien inventoinnissa selvitelty. Esim. vuonna 2004 metsämme olivat - maaperä mukaan lukien - 26 Tg CO2
nettonielu (Tg= 1012 g). Se on peräti 37% kaikkien muiden sektoreiden CO2 päästöistä. Kts. myös: Toinen taulukko Puustun biomassat... alempana tällä ruudulla! Lisää puuston kasvun lisääntyminen Suomessa! ja metsien suojelutilanne!
Maapallon eri alueiden metsien määriä on vaikea arvioida luotettavasti. Metsäkäsite jo sinänsä on liukuva, metsien määrän ja varsinkin fytomassojen mittaus oon suuritöistä (ja tällaisia mittauksia - erityisesti muun kuin puuston osalta - on vasta verraten vähän tehty). Kansainvälinen biologinen ohjelma (IBP = International Biological Program) selvitteli maapallon eri alueiden (myös vesien) ekosysteemien tuottoa ja kulutusta. Ohjelma oli kenttätöiden osalta aktiivisimmassa vaiheessaan vuosina 1967-1972. Mukana oli n.100 maata ja sen puitteissa toteutettiin yli 2000 erilaista tutkimusprojektia. Mitattiin mm. maapallon metsäekosysteemien biomassoja, kasvua, nettotuottoa ja poistumaa. Mutta tutkimusmetsiä oli koko mapallon huomioonottaen kovin vähän, eivätkä ne voineet edustaa kaikentyyppisiä ja eri-ikäisiä maapallon metsiä.
Tulokset antoivat silti perustaa suunnata tutkimuksia myös maapallon metsien määriin, biomassoihin, hiilivarastoihin ja hiilen kiertoon maapallolla. Nykyisin voidaan jo sateliiteistakin mitata mm, metsäpinta-aloja ja metsien kasvuakin. Kun tunnetaan metsän fytomassa, voidaan arvioida sen hiilimäärä (n. puolet fytomassasta on hiiltä). Kun tunnetaan metsän kasvunopeus, voiidaan laskea kasvun 'kuluttaman' hiilidioksidin määrä.
Tutkimus on viimeisten parinkymmenen vuoden aikana tuottanut entistä parempia laskelmia metsien määristä ja hiilivarastoista. Näitä laskelmia tarvitaan mm. selviteltäessä ihmisen toiminnan vaikutuksia maapallon orgaanisen aineksen määriin ja kiertoihin ja näin esim. kasvihuoneilmastoon, saasteiden kulkeutumiseen yms. Uusien tutkimustulosten mukaan (vrt. alla olevat kuvat!) maapallon metsissä on vähemmän hiiltä kuin aikaisemmin on esitetty. Metsien sitoma hiilimäärä on kuitenkin merkittävä. On arvioitu, että metsät sitovat yli neljänneksen maailman hiilipäästöistä. Tämä tilanne voi kuitenkin muuttua ilmaston lämmetessä.
Taulukko yllä: Suomen metsissä on puuston fytomassaa keskimäärin n. 35 to/ha, hiilen varastot n. 0.60 Gto ja hiilen poistuma 0.00556 Gto/vuosi. (Gto = tuhatmiljoonaa tonnia). Suomen metsien pinta-ala on tämän laskelman mukaan 17.2 miljoonaa hehtaaria. Esim. Kanadassa on metsien pinta-ala noin 14 kertaa suurempi kuin meillä.
Kuva yllä: Metsien biomassan muutoksia voidaan seurata sateliittikuvia käyttäen, joihin tämäkin laskelma perustuu.
Teollisuus tuottaa nykyisin paljon hiilidioksidia ilmakehään lisäten mm. kasvihuoneilmiötä ja ehkä myös kasvillisuuden yhteyttämistä. Nuorten metsien kasvu on meillä nykyisin entistä nopeampaa, joten metsät yhteyttäessään poistavat ilmakehästä hiilidioksidia enemmän kuin ennen. Vanha metsä sensijaan 'kuluttaa' (mm. hengityksensä ja lahoamisen myötä) jokseenkin saman määrän hiiltä kuin sitoo.
Viime aikoina on esitetty arvioita, että nuorten metsien lisääminen,vaikka se vähentääkin ilmakehän hiilidioksidipitosuutta, saattaa lisätä ilmakehän metaanipitoisuutta (lehdet yms.). Jopa 10-30% ilmakehään pääsevästä metaanista olisi peräisin kasvikunnasta. Aikaisemmin luultiin vain soilta ja riisipelloilta (ja märehtijöiden ruuansulatuksesta) vapautuvan metaania.
Pohjois-Suomen vanhoissa, paksukunttaisissa metsissä (esim. HMT) lienee hiiltä paljonkin varastossa maaperässä (vrt. HMT-metsän fytomassat!). - Kuvan mukaan Pohjois- ja Etelä-Suomen välillä on suuri ero metsien hiilen määrissä - luonnollisesti.