Karbonsyklusen

Jeg har nettopp oppdatert siden om Karbonsyklusen. Innlegget som du leser nå, er en kortversjon av den første delen av den siden.

Karbon er et sentralt grunnstoff for livet på jorda. I karbonsyklusen sirkulerer det mellom forskjellige "lagre", som i figuren under er delt inn i geologiske lagre og lagre i biosfæren. I luften (atmosfæren) er karbonet bundet til oksygen som karbondioksid CO₂. I andre lagre er karbonet også bundet til andre grunnstoffer. Både uorganiske og organiske prosesser inngår i syklusen.

Biosfæren er den delen av Jorden der det er liv. Lagrene i biosfæren er i vegetasjonen, jordsmonnet, atmosfæren og i havet. De geologiske lagrene er i fossilt brennstoff (kull, olje, gass), sedimenter på havbunnen, havbunnsedimenter som er skjøvet inn under en landplate og deltar i vulkanske prosesser, og i diverse bergarter.

Skjematisk fremstilling av karbonsyklusen

Figuren bruker vektenheten GtC (Gigatonn Carbon), som er en milliard tonn karbon. Overføringene i figuren er GtC per år.


Det er store karbonoverføringer mellom atmosfæren og de andre lagrene i biosfæren. CO₂ utveksles mellom luften og vannet. I fotosyntesen tar planter og plankton opp CO₂. Planter spises eller råtner, og CO₂ frigis tilbake til luften i prosessene respirasjon, forbrenning og forråtnelse. Årlig overføres ca 80 GtC mellom atmosfæren og havet og ca 120 GtC mellom atmosfæren og vegetasjonen/jordsmonnet. I utgangspunktet er det en naturlig likevekt i disse overføringene, og karbonmengden i biosfæren og dens lagre endres ikke pga. disse naturlige prosessene.

Det flyter også naturlig litt karbon mellom atmosfæren og geologiske lagre. Utslippene fra vulkanene varierer fra år til år. Nå er de i snitt ca 0,1 GtC per år. En tilsvarende mengde karbon føres tilbake til de geologiske lagrene gjennom kjemisk forvitring av fjell og påfølgende avsettinger på havbunnen. Som det fremgår av figuren er utslippene fra vulkaner i vår tid litt mindre enn sedimentavsettingene på havbunnen. Uvanlig høy eller lav vulkansk aktivitet gjennom millioner av år  påvirker karbonmengden i biosfæren, og dermed også i atmosfæren. Men i tidsskalaer som vi mennesker og våre sivilisasjoner opererer med, betyr karbonutslippene fra vulkanene lite.

Vulkanene overfører karbon fra forholdsvis permanente geologiske lagre til atmosfæren og dermed til biosfærens lagre. Vi mennesker gjør tilsvarende når vi brenner gass, olje og kull. Figuren viser at disse menneskeskapte overføringene er mye større enn de naturlige overføringene fra vulkanene. US Geological Survey anslår i artikkelen Volcanic Gases and Climate Change Overview at forholdstallet i 2010 var 135:1.

Når vi brenner fossilt brennstoff, overfører vi karbon fra geologiske lagre til biosfæren uten å åpne en tilsvarende retur. Karbonmengden i biosfæren øker, og den økte mengden vil sirkulere mellom atmosfæren, havet, vegetasjonen og jordsmonnet. Dette øker på sikt avsettingene av karbonholdige sedimenter på havbunnen, men dette er en langsom prosess som tar i størrelsesorden hundre tusen år.

Innlegget så langt viser forskjellen mellom å brenne ved og å brenne kull, olje og gass. Når vi brenner ved, overfører vi karbon mellom lagre i biosfæren, og naturlige prosesser utjevner dette i løpet av noen tiår. Når vi utvinner og brenner kull, overfører vi karbon fra geologiske lagre til biosfæren, og naturlige prosesser bruker i størrelsesorden hundre tusen år på å utjevne dette.

I et tankeeksperiment kan vannet i et badekar representere karbonmengden i biosfæren. Fotosyntese, respirasjon og forbrenning er som kraftig omrøring i badekaret. Vulkanenes utslipp er som en kran som drypper, og karbonavsettingene på sjøbunnen er som en propp som lekker litt. Vannmengden i badekaret er konstant når det er balanse mellom drypp fra kranen og lekkasje i proppen. Utslippene fra brenning av kull, olje og gass er som å la det renne fra en ny kran uten at lekkasjen i proppen øker. Da stiger nivået i badekaret. Det hjelper ikke at omrøringen er kraftigere enn renningen fra den nye kranen.

Det finnes mange gode beskrivelser av karbonsyklusen. NASA har en god nettside som de ajourførte i 2011. David Archer har skrevet to meget gode bøker, The Global Carbon Cycle i 2010 og Global Warming: Understanding the Forecast i 2011. Per Jørgensen skrev en kortfattet og god artikkel i Geo April 2007, Karbonets globale kretsløp.