5. Karbonkretsløpet

Dette er et referat fra Andrew Dessler (se kilde nedenfor). For å forstå hvordan oljeutvinningen skaper ubalanse i karbonkretsløpet er det her en beskrivelse av det naturlige karbonkretsløpet. Karbon flyttes mellom atmosfæren, havet, biosfæren på land (de levende delene på land) og bergartene.

Hvilke gasser er det i atmosfæren.

Det meste av atmosfæren er de tørre gassene dvs:

• 78 % nitrogen (N₂)
• 21 % oksygen (O₂)
• 1 % argon (Ar)

Drivhusgassene er de som varmer jordoverflaten, disse gassene består av:

• Vanndamp (H₂O): 0,2-4 % avhengig av om vi er i de fuktige tropene eller de tørre, kalde polare områdene. Det er mest vann nær bakken, og veldig lite i de øvre lag.
• Karbondioksid (CO₂): 0,04 % = 400 ppm var konsentrasjonen i atmosfæren i 2014
• Metan (CH₄): 1,83 ppm
• Lystgass(N₂O): 0,32 ppm, fra produksjon av nitrogengjødsel, andre industrielle kilder og flere naturlige kilder
• Ozon (O₃): opp til 10 ppm ozon (O₃) øverst i atmosfæren og i gjennomsnitt 1/1000 av dette nær bakken. Vi er avhengige av ozon høyt oppe for å beskytte oss mot solens UV stråler. Ozon på bakkenivå skader planter og dyr, og danner smog
• Halokarboner inkludert klorfluorkarboner og hydroklorfluorkarboner er noen få tusendelers ppm. Det er disse som bryter ned det øvre ozonlaget.

CO₂ er den viktigste drivhusgassen sett i relasjon til moderne klimaendringer. Under beskriver vi de naturlige delene av karbonsyklusen som foregår uten menneskelig påvirkning.

Karbonsyklus mellom atmosfæren og alt levende på land.

CO₂ mengden i atmosfæren varierer med 6-7 ppm gjennom året. Det meste av landmassene befinner seg på den nordlige halvkule, og dette styrer årssyklusen av CO₂. På høsten i september er det et minimum av CO₂ i atmosfæren, og maksimum i plantene, og motsatt sent på våren i mai.

Om sommeren forbruker plantene vann, CO₂ og sollys og vokser ved å produsere karbohydrater og oksygen hjelp av fotosyntesen. Plantene brytes ned igjen ved at de blir spist av mennesker, dyr og bakterier. Det er karbohydrater og oksygen som forbrukes og CO₂, vann og energi som produseres ved denne åndingen. Netto vil hele syklusen transformere energien i sollys til energi for drift av levende vesener.

Atmosfæren inneholdt 850 milliarder tonn karbon (Mrd.tC) i 2014. Karbonet er bundet i CO_2. og atmosfæren inneholdt da 3100 milliarder tonn karbondioksid (Mrd.tCO₂). Det er en faktor på 3,57 i forskjell, så det er viktig å holde orden på om det er C eller CO₂ som er beskrevet.

I alt levende på land var det lagret 2500 Mrd.tC i 2014. I løpet av et år forbruker fotosyntesen 120 Mrd.tC, og omtrent det samme går tilbake til atmosfæren ved åndingen. Dette balanserer omtrent, og i løpet av et år er det kun en liten endring av CO₂-nivået i atmosfæren pga. fotosyntese og ånding.

Det er store mengder karbon lagret i permafrosten. Selv om den har startet å tine har det foreløpig bidratt lite til CO₂ i atmosfæren. Hvis temperaturen stiger mer vil permafrosten tine enda mer og på et tidspunkt, kanskje snart, vil CO₂ fra permafrost bidra vesentlig til CO₂ i atmosfæren.

Karbonsyklus mellom atmosfæren og havet.

En av de viktige egenskapene til CO₂ er at det er lett å løse i vann. Her blir CO₂ til kullsyre, som igjen reagerer videre til mange andre karbonforbindelser. Havet kan ta opp store mengder CO₂ og øket mengde karbonforbindelser bidrar til forsuring av havet. Havet tar årlig opp ca.80 Mrd.tC.

Havet slipper omtrent samme mengden CO₂ tilbake til atmosfæren ved at kullsyre omdannes til CO₂ og vann. Denne utvekslingen skjer i de øverste 100 m av havet, i det såkalte blandingslaget som er påvirket av vær og vind.

I blandingslaget er det 900 Mrd.tC. Den største mengden CO₂ er dypere i havet, dette utgjør ca. 40.000 Mrd.tC. Det utveksles årlig ca. 100 Mrd.tC mellom blandingslaget og resten av havet.

Dette balanserer omtrent, og i løpet av et år er det kun en liten endring av CO₂-nivået i atmosfæren pga. oppløsning av CO₂ i havet og tilbakereaksjonen.

Kombinert karbonsyklus mellom atmosfæren og havet og alt levende på land

Alle tallene i figuren er i Mrd.tC. Den årlige utvekslingen er i Mrd.tC/år.

Utfra dette kan vi beregne oppholdstiden for et gjennomsnittlig karbonatom i hvert av reservoarene. Dette betyr ikke at alle CO₂ molekylene er nøyaktig 4 år i atmosfæren, men at de er i atmosfæren i gjennomsnitt 4 år, noen kortere og noen lengre.

CO2 oppholder seg:

• • 4 år i atmosfæren.
  • 21 år i alt levende på land.
  • 5 år i blandingslaget i havet.
  • 400 år i den dypere delen av havet
    

  • Karbonsyklus mellom atmosfæren og bergarter.

    

    I den kombinerte karbonsyklusen vi nettopp leste om er det til sammen ca. 46.000 Mrd.tC i alle reservoarene tilsammen. I alle bergartene på jorden er det aller meste av karbonet lagret. Det er mange millioner Mrd.tC lagret i stein og fjell og berg. Et eksempel er kalkstein.

Figuren over illustrerer at denne CO₂ som er lagret i stein sakte utveksles med atmosfæren:.

• 460.000 år er oppholdstiden i det kombinerte systemet atmosfære, alt levende på land og havet.
• Veldig mange millioner år er oppholdstiden for et gjennomsnittlig CO₂ molekyl i de samlede bergartene.

Mekanismen som transporterer CO₂ ut i atmosfæren fra fjell er ved vulkanutbrudd.

Kjemisk forvitring transporterer CO₂ fra atmosfæren til bergarter. Det som skjer er at CO₂ løser seg i regndråpene, og regnvannet blir surt. Det sure regnet løser opp berget, og det reagerer til kalkstein som blir transportert med regnvannet og til slutt ender i havet. Der legger det seg som sedimenter på bunnen. I løpet av mange millioner år kan tektoniske plater flytte denne kalksteinen langt inn i jorda, slik at den smelter og blir til magma, for så enda senere bli ført tilbake til overflaten ved vulkaner i utbrudd.

En annen måte for karbon å havne inn i bergarter er når planter og dyr blir raskt begravet i sedimenter før de brytes ned. Det er også denne prosessen som har gjort at vi har tilgjengelig oksygen. Når plantene vokser produseres oksygen ved fotosyntesen. Når plantene brytes ned via ånding forbrukes oksygenet igjen, og det er en likevekt. Men når de organiske materialene begraves uten tilgang til oksygen blir det en netto økning av oksygen i atmosfæren. De 21 % oksygen vi har i atmosfæren kommer fra slike prosesser. Når de begravede plante og dyrerestene blir utsatt for høye temperaturer og trykk inne i joda omdannes de til kull, olje og gass.

For 40 millioner år siden kolliderte det Indiske subkontinentet med det Asiatiske kontinentet og dannet Himalaya og Tibetplatået. Endrede vindmønster gav mye regn på de nylig avdekkede fjellområdene, og kjemisk forvitring som beskrevet over har senket mengden CO₂ i atmosfæren helt siden den gang, dvs. helt til menneskene startet å slippe ut mye mer CO₂ enn det som er naturlig.

Ordforklaringer:

• Mrd.tC er milliarder tonn karbon
• Biosfæren er den delen av jorda der det er liv.
• Tektoniske plater er platene som jordskorpen er bygd opp av. De beveger seg og når de støter mot hverandre blir det gjerne vulkanisme som resultat.

Kilde

Over er en kortversjon i dagligspråk av første del av kapittel 5 i universitetslæreboka: INTRODUCTION TO MODERN CLIMATE CHANGE / Andrew Dessler, Texas A&M University, (second Edition 2016) Innlegget er skrevet etter en avtale med Andrew.  Forelesning

Britas egne kommentarer

Jeg blir litt andektig når jeg tar inn over meg de lange tidene vi her snakker om. Tenk at naturen i 40 millioner år har redusert mengden CO₂ i atmosfæren, helt til det ble levelig for oss mennesker her. Jeg kjenner meg veldig takknemlig.

Jeg vil gjerne høre fra deg i kommentarfeltet. Skriv navn og epost hvis du vil høre fra meg når jeg skriver neste innlegg.