Kulstofkredsløbet: Forklaring, CO2-processer og betydning for klimaet
Kulstofkredsløbet forklaret: CO2-processer, fotosyntese, havoptag og menneskets rolle i klimaændringer — forstå konsekvenserne og mulige løsninger.
Kulstofkredsløbet beskriver, hvordan kulstof cirkulerer og lagres på Jorden. Nogle processer i kredsløbet foregår meget langsomt — over millioner af år — mens andre sker hurtigt, fra sæson til sæson eller år til år. Samspillet mellem disse processer bestemmer koncentrationen af CO2 i atmosfæren og dermed påvirker klimaet.
Kilder til atmosfærisk kuldioxid
De vigtigste naturlige kilder, der tilfører kulstof til atmosfæren, omfatter udsendelser fra vulkaner og udveksling med havet og biosfæren gennem respiration og henfald. Menneskelige aktiviteter har imidlertid ændret balancen markant. Afbrænding af fossile brændstoffer som kul og gas, samt ændringer i arealanvendelse (fx skovrydning), udleder store mængder CO2 til atmosfæren. Over de sidste ca. 100 år har menneskets udledninger været størrelsesordener større end de årlige udledninger fra vulkaner — typisk anslået til omkring 100 gange højere i moderne årlige emissioner.
Hvordan kulstof fjernes fra atmosfæren
Den mest effektive biologiske fjernelse af atmosfærisk kulstof sker ved fotosyntese, hvor planter og andre fotosyntetiserende organismer optager CO2 og omdanner det til organisk materiale. En del af dette kulstof frigives igen ved respiration og når organismerne dør og nedbrydes, men noget bliver tilbage i jorden eller begravet i sedimenter, hvor det kan lagres i meget lange perioder.
Når organisk materiale begraves og over geologisk tid udsættes for tryk og varme, kan det blive til fossile brændstoffer. En anden vej ind i langtidslageret er dannelse af karbonatmineraler og sedimentære bjergarter: organiske og uorganiske processer fører til aflejring af kulstof i sedimenter, som senere kan blive til sten, fx kalksten, der indeholder lagret kulstof i form af karbonater.
Kemisk vejrafklingning og havets rolle
En vigtig ikke-biologisk fjernelsesproces er kemisk forvitring. Vejrforurening — ved regn udvaskes CO2 i form af fortyndet kulsyre; denne syre reagerer med bjergarter og opløser mineraler. De opløste ioner transporteres med vand til havet og kan aflejres som sedimentære karbonater, hvilket over tid flytter kulstof fra atmosfæren til lithosfæren.
Havet er også et stort kulstoflager og optager årligt mere CO2, end det frigiver. Denne optagelse sker både som opløst uorganisk kulstof og gennem biologiske processer (plankton, der danner kalkskaller). Når havet optager CO2, ændres vandets kemi og det bliver mere surt — et problem kendt som havforsuring, som påvirker organismer med kalkskaller og koraller.
Store lager og geologisk kredsløb
Kulstoflageret i sedimentære bjergarter er langt større end den mængde kulstof, der findes i atmosfæren på kort sigt. Over geologiske tidsskalaer føres kulstof tilbage til atmosfæren, når oceaniske plader sænker sig og indtrænges ved subduktionszoner i pladetektonikken. På pladegrænser og andre steder opstår vulkaner, som udleder CO2 til atmosfæren — derved fuldendes det lange kredsløb mellem lithosfære og atmosfære.
Menneskelig påvirkning og klimabetydning
Menneskets omfattende forbrænding af fossile brændstoffer og ændringer i arealanvendelsen har øget atmosfærens indhold af CO2 markant. Øget CO2 forstærker drivhuseffekten og bidrager til global opvarmning, ændringer i nedbørsmønstre og hyppigheden af ekstreme vejrhændelser. Derudover medfører øget optag af CO2 i havene havforsuring, som truer marine økosystemer og fødekæder.
Der er også positive og negative feedbacks: opvarmning kan øge nedbrydningen af organisk materiale i jorden og frigive mere CO2 (og metan) fra permafrost, hvilket forværrer opvarmningen. Omvendt kan skovrejsning og forbedret jordforvaltning øge kulstoflagring i biomasse og jord.
Hvorfor det betyder noget
Forståelsen af kulstofkredsløbet er centralt for at kunne begrænse klimaforandringer. Tiltag som at reducere udledninger af CO2, beskytte og genoprette skove, forbedre landbrugsjord og udvikle teknologier til fangst og lagring af kulstof kan alle ændre, hvordan kulstof bevæger sig mellem atmosfære, biosfære, hav og lithosfære. Samtidig er langsigtet viden om geologiske processer nødvendig, fordi store kulstoflagre i sedimenter og fjernede reservoirer først ændres over tusinder til millioner af år.
"Vejret er en stor forbruger af atmosfærisk kuldioxid, der er afgørende for opløsning af sten".
Sammenfattende: kulstofkredsløbet omfatter mange sammenkoblede processer og reservoirer. Menneskelig aktivitet har ændret den naturlige balance og øget atmosfærens CO2-indhold, hvilket har store konsekvenser for klima, havmiljø og økosystemer. At reducere udledninger og øge naturlige og tekniske kulstoflagre er derfor afgørende for fremtidig klimastabilitet.
Diagram over kulstofkredsløbet. De sorte tal viser, hvor meget kulstof der er lagret på hvert trin i milliarder af tons ("GtC" står for gigaton kulstof, og tallene blev registreret omkring 2004). De lilla tal viser, hvor meget kulstof der flyttes mellem de enkelte stadier hvert år. Sedimenterne, som defineret i dette diagram, omfatter ikke de ~70 millioner GtC af karbonatbjergarter og kerogen (andre organiske aflejringer).
Resumé
Kulstofkredsløbet er en proces, hvor kulstof genanvendes gennem økosystemet. Koncentrationen af kulstof i levende materiale (18 %) er næsten 100 gange større end koncentrationen i jorden (0,19 %). Så levende væsener udvinder kulstof fra deres ikke-levende omgivelser. For at livet kan fortsætte, skal dette kulstof genanvendes. Se diagrammet for at få et detaljeret indblik i kulstofkredsløbet. Et eksempel på en vej, som kulstof tager i dette kredsløb, er, at kuldioxid i atmosfæren optages af planter og bruges i fotosyntesen til at producere sukkerstoffer, som planten bruger til energi. Når planten dør, nedbrydes den, og det kulstof, der er lagret i planten, vil i løbet af millioner af år blive til kul (et fossilt brændstof). Kulet brændes og afgiver kuldioxid, som udledes i atmosfæren.
I øjeblikket er kulstofkredsløbet, og hvordan menneskelig aktivitet påvirker det, et stort emne i de internationale nyheder. Fossile brændstoffer er en ikke-fornybar ressource, hvilket betyder, at de ikke let kan erstattes. Vores forbrug af fossile brændstoffer er næsten fordoblet hvert 20. år siden 1900. Denne frigivelse af kuldioxid bidrager til drivhuseffekten og syreregn.
Kulstofkredsløbet blev opdaget af Joseph Priestley og Antoine Lavoisier og populariseret af Humphry Davy.
Relaterede sider
- Kulstofobservatorium i kredsløb
- vandets kredsløb
- kvælstofkredsløbet
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er kulstofkredsløbet?
A: Kulstofkredsløbet er den måde, hvorpå kulstof lagres og udskiftes på Jorden. Det omfatter processer, der tager hundredvis af millioner af år, såvel som processer, der sker årligt.
Sp: Hvad er de vigtigste måder, hvorpå kulstof indgår i kulstofkredsløbet?
A: De vigtigste måder, hvorpå kulstof kommer ind i kulstofkredsløbet, er vulkaner og afbrænding af fossile brændstoffer som kul og gas. I den seneste tid har mennesker, der brænder fossile brændstoffer, tilført omkring hundrede gange mere CO2 til luften end vulkaner.
Sp: Hvordan fjerner fotosyntesen CO2 fra atmosfæren?
Svar: Levende organismers fotosyntese fjerner CO2 fra atmosfæren ved at optage det til energiproduktion. Noget af dette frigives, når de dør og nedbrydes, men en del af det bliver også begravet i sedimentære bjergarter.
Sp: Hvordan er forvitring med til at opløse sten?
Svar: Vejrforandringer som følge af regn skyller CO2 ud i form af fortyndet kulsyre, som derefter reagerer med sten og bidrager til at opløse og ødelægge den. Denne proces ender også som sediment, som er med til at fuldende kredsløbet.
Spørgsmål: Hvor bliver noget CO2 ellers opløst?
Svar: Noget CO2 bliver også opløst i havene, hvor det kan opholde sig i lange perioder, inden det frigives tilbage til atmosfæren eller bliver en del af sedimentære bjergarter.
Spørgsmål: Hvor meget mere CO2 er der blevet tilført luften af mennesker sammenlignet med vulkaner?
Svar: For hvert ton CO2, som vulkanerne tilfører luften, er der i løbet af de sidste hundrede år blevet tilført ca. 100 ton CO2 af mennesker gennem forbrænding.
Spørgsmål: Hvad er en stor forbruger af atmosfærisk kuldioxid, som er afgørende for opløsning af sten?
Svar: Vejrforandringer er en stor forbruger af atmosfærisk kuldioxid, som er afgørende for opløsning af sten.
Søge