kulstofkredsløb

Kulstofkredsløbet er komplekst, og kulstofatomerne optræder i mange forskellige former. De kan være bundet som organisk kulstof i levende og døde planter og dyr, i jord og i tørv; de kan indgå i fossilt brændsel, bjergarter og mineraler; de kan optræde som kuldioxid og methan i atmosfæren, og de kan være opløst i havet som uorganisk og organisk kulstof. Mennesket griber ind i kulstofkredsløbet bl.a. ved at afbrænde træ og fossilt brændsel, hvorved kulstoffet i atmosfæren forøges. De angivne talstørrelser (alle i 1012 kg kulstof) er tilnærmede.

.

Kulstofkredsløbet er et globalt kredsløb, der beskriver cirkulation af kulstof (carbon) på Jorden. Siden tidligt i Jordens historie har dette kredsløb været styret af levende organismers aktivitet.

Faktaboks

Også kendt som

carbonkredsløb

Planters fotosyntese har bundet kulstof fra atmosfærens kuldioxid (CO2) eller havvandets opløste hydrogencarbonat (HCO3-) som organisk stof, først og fremmest kulhydrat (fx cellulose). Den årlige primærproduktion, dvs. fotosyntese, udgør i dag 150 gigaton (Gt) organisk stof (1 gigaton = 1012 kg). En lignende mængde kulstof tilbageføres årlig til atmosfæren og havvandet gennem nedbrydning af organiske forbindelser ved forrådnelse og oxidation. Samtidig bindes store mængder kuldioxid som hydrogencarbonat i havet. Senere afgasning sikrer, at hovedparten af dette tilbageføres til atmosfæren som kuldioxid. Tilsammen udgør disse processer en veletableret balance, en steady state-tilstand, hvor 200-300 gigaton kulstof årlig cirkulerer mellem de enkelte reservoirer. Alt liv på Jorden er afhængigt af opretholdelsen af denne balance.

Jordklodens totale mængde kulstof skønnes til 1-7∙109 gigaton. Ved klodens dannelse var alt kulstof bundet i kappen og skorpens magmabjergarter eller i meteoritter. Siden er 1-5 procent blevet frigjort til atmosfæren, overvejende ved vulkansk afgasning af kuldioxid og methan, CH4. Det meste af dette kulstof er gennem Jordens historie udfældet som marine kalksten eller begravet i form af organisk materiale, fx som kul eller kerogen (oliedannende organisk materiale). Mindre end 1 promille af det frigjorte kulstof findes i dag biologisk tilgængeligt i hydrosfæren, atmosfæren og biosfæren.

Kulstof i oceanerne

Oceanerne indeholder 40.000 gigaton kulstof, hvilket er 93 procent af den samlede tilgængelige kulstofmængde. Hovedparten af dette findes som hydrogencarbonationer. Den gennemsnitlige opholdstid (residenstid) for kulstof i oceanerne er ca. 1.000 år.

I kolde havområder som Norskehavet og ved Antarktis optages store mængder kuldioxid fra atmosfæren. Dybhavsstrømme transporterer dette kulstof til varme havområder, hvorfra det igen afgives til atmosfæren. Ca. 15% af atmosfærens kulstof udskiftes årlig ved denne mekanisme.

Marine organismer kan binde kulstof enten ved fotosyntese eller ved dannelse af kalkskaller. Mindre end 0,1 procent af dette biologisk fikserede kulstof aflejres på havbunden som marine carbonater eller som dødt organisk materiale. Resten recirkuleres gennem opløsning og oxidation i vandmasserne.

Kulstof i planter og dyr

Kulstof findes i planter og dyr, og den samlede mængde levende kulstof udgør ca. 553 gigaton, hvilket er 1,6 procent af den tilgængelige kulstofmængde. Hovedparten af denne biomasse findes på landjorden (terrestrisk biomasse), helt overvejende i form af plantemateriale. Det skønnes, at den levende biomasse er blevet halveret gennem de sidste 5.000 år gennem skovrydning og -afbrænding. I 1990'erne reduceredes den terrestriske biomasse med 2 gigaton kulstof pr. år. Dette tilføres atmosfæren som kuldioxid, først og fremmest gennem afbrænding.

Som regel indregnes dødt organisk materiale i jord og tørv også i biosfæren, i alt ca. 1.600 gigaton. Store mængder heraf findes i de omsættelige tørveophobninger i de arktiske områder. En global opvarmning, der først og fremmest vil påvirke det arktiske klima, vil føre til nedbrydning af denne tørv. Resultatet vil blive en kraftigt forøget tilførsel af kuldioxid til atmosfæren.

Kun 0,02 gigaton organisk kulstof, hvilket er mindre end 0,01 promille af den levende biomasse, begraves så effektivt hvert år i aflejringer, at det undgår total nedbrydning og vil kunne være kilde for fremtidige kul- og olieforekomster. Til sammenligning afbrændes hvert år mere end 5 gigaton fossilt kulstof i form af kul, olie og gas.

Kulstof i atmosfæren

I atmosfæren er kuldioxid den vigtigste kulstofforbindelse. I 1994 udgjorde kuldioxid 345 ppm eller 0,03 vægtprocent af atmosfæren svarende til 740 gigaton kulstof. Herudover indeholder atmosfæren 1-2 ppm methan. Disse to gasarter er sammen med vanddamp de vigtigste drivhusgasser, der gennem absorption og tilbagestråling af jordoverfladens langbølgede varmeudstråling sikrer Jorden dens livsbetingende klima. Uden disse gasser ville Jordens overflade være 30-50 °C koldere end nu.

Atmosfærens kuldioxidindhold var før den industrielle revolution 260-285 ppm. Stigningen siden 1850'erne skyldes overvejende afbrænding af fossilt brændsel. I begyndelsen af 1990'erne blev atmosfæren tilført ca. 5 gigaton fossilt kulstof pr. år i form af kuldioxid fra afbrænding af brændsel og 2 gigaton kulstof pr. år fra skovrydning. Den observerede årlige stigning i atmosfærens kuldioxidindhold var 1-2 ppm pr. år svarende til en tilførsel på 3-4 gigaton kulstof pr. år. Differencen mellem tilført kulstof og den observerede stigning skyldes overvejende forøget optagelse af kuldioxid i oceanerne.

Med den nuværende stigningstakt vil atmosfærens kuldioxidindhold være fordoblet i forhold til de præindustrielle værdier inden år 2050. Stigningen skal sammenholdes med beregnede atmosfæriske kuldioxidkoncentrationer gennem geologisk tid. Det antages fx, at atmosfæren i Kridt for ca. 142-65 millioner år siden indeholdt mere end 1.000 ppm kuldioxid. Kridttidens klima var betragtelig varmere end nu, fx voksede der palmer i Vestgrønland.

Det globale kredsløb

De sedimentære aflejringer skønnes at indeholde 50-70∙106 gigaton kulstof i form af kalksten, finfordelt organisk materiale, kul og olie. Den samlede årlige tilførsel af kulstof fra hydrosfæren og biosfæren er ca. 0,07 gigaton. Residenstiden for sedimentært kulstof i lithosfæren er derfor 500-1.000 millioner år. Den vigtigste tilbageføring af dette kulstof til atmosfæren sker i forbindelse med opvarmning og opsmeltning af oceanbundssedimenter dybt i Jorden langs subduktionszoner. Herved frigøres kuldioxid, der tilføres atmosfæren under vulkanudbrud. Uden disse geologiske processer ville det akkumulerede kulstof ikke blive ført tilbage til atmosfæren, og set i geologisk perspektiv ville dette føre til en global afkøling på op til 50 °C. Sandsynligvis er netop dette sket på Mars, hvor spor af strømmende vand tyder på langt højere temperaturer tidligt i planetens historie.

Læs mere i Den Store Danske

Kommentarer

Din kommentar publiceres her. Redaktionen svarer, når den kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig