Alle grundstoffer på jorden, inklusive kulstof, bevæger sig i cyklusser, som en del af et lukket system. Der er intet tab eller tilførsel af kulstof fra rummet. Kulstofkredsløbsdiagrammet viser forskellige trin i genanvendelsen af kulstof i det 21. århundrede.
Diagrammet
Det globale kulstofdiagram ved University of New Hamsphire afbilder puljer og fluxer, der udgør kulstofkredsløbet. Kulstofpuljer lagrer store mængder kulstof i lange perioder og er i blåt. Fluxer er de processer, der flytter kulstof fra den ene pool til den næste og er i rødt. Fluxer har to dele: en der fjerner kulstof fra luften og en der frigiver det faste kulstof tilbage som CO2 til atmosfæren.
Carbon Pools
Mængden af kulstof pools opbevarer er nævnt i Petagram of carbon (PgC). One Pg er lig med en milliard tons og kaldes også Gigatons (Gt).
- Sten:Det meste af kulstoffet er låst væk som sedimentære bjergarter.
- Havbund: Den næststørste kulstofpulje er under havene i form af kuldioxid (CO2) opløst i vand.
- Fossile brændstoffer: Den tredjestørste kulstofpulje er de fossile brændstoffer, såsom kul, brunkul, naturgas og olie, som er dannet af rester af land- og havplanter og dyr under særlig temperatur og tryk.
- Havoverflade: Kulstof lagres i kort tid i overfladevandet som CO2 opløst i vand eller i kroppen af levende marine planter og dyr.
- Terrestriske pools: Alt kulstof, der ophobes i træer og jord, danner endnu en kortsigtet pool og frigives efter nogle årtier eller århundreder, for eksempel når træer fældes eller dø.
- Carbondioxid: Kulstof til stede i luften i sin gasform, CO2, hjælper med at holde jorden varm. Uden dette liv, som det eksisterer, ville det ikke være muligt på jorden. Der er en konstant tilføjelse og optagelse fra denne kulstofpulje.
Fjernelse af kulstof i strømninger
Mængden af kulstof, der flyttes hvert år, er vist som PgC pr. år i diagrammet. CO2 fjernes fra luften og fikseres ved hurtige daglige processer. Dannelse af organisk materiale og kulstofdræn er langsommere og kræver tid.
- Fotosyntese - Grønne planter bruger CO2 sammen med vand og energi fra solen i en proces kaldet fotosyntese til at danne simple sukkerarter og så de næringsstoffer planter har brug for.
- Oceans optagelse - Atmosfærisk CO2 optages og bruges til fotosyntese også i havene. Her er phyto-plankton ækvivalenter til planter, som alt liv i havene afhænger af. Derudover omdannes CO2 opløst i vand til calciumcarbonat og bruges i skaller og skeletter af havdyr.
- Fødekæde - Når planteædere spiser planter, eller kødædere og altædende spiser andre dyr, føres dette kulstof igennem fødekæden for at hjælpe dyrene med at vokse, leve og formere sig.
- Tilsætning af organisk stof og affald - Når planter og dyr dør, nedbrydes de af mikrober til humus eller organisk stof, der bliver en del af jorden. Affald, der dannes hvert år, når træer smider kviste og blade og genbruger kulstof konstant til jorden. Dette bruges delvist til vækst af planter og holder kulstoffet cirkulerende, mens resten danner kulstof i jorden.
Danning af kulstofpuljer
Mængden af CO2, der bruges, og den tid, de forbliver lagret som fast kulstof, varierer med forskellige organismer og processer.
- Da træer er langlivede og ophober kulstof i deres stængel, blade og rødder, fungerer de som kulstofdræn.
- Jord akkumulerer kulstof som organisk materiale og døde rødder, der forbliver i jorden længe efter, at en plante eller et træ dør; der er enorme mængder biomasse i form af de voksende levende rødder fra træer og græsarealer i jorden. Jord danner en anden vigtig kulstofdræn.
- Nogle skaller og skeletter af havdyr samler sig på bunden af havene for at producere kalksten.
Kulstofvaske er en vigtig flux eller proces, der til sidst resulterer i kulstofpuljer. På kort sigt producerer de terrestriske kulstofpuljer, og på lang sigt fossile brændstoffer og sten.
Land til havstrøm
Når floder løber ud i oceanerne, bærer de sedimenter rigt på organisk materiale med sig. Marsk og tidevandsoversvømmelser flytter også kulstof i form af organisk materiale ud i oceanerne hvert år.
Naturlig frigivelse af kuldioxid
I det naturlige kulstofkredsløb frigives kulstof tilbage til atmosfæren hovedsageligt gennem respiration og nedbrydning.
- Plantespiration - De fleste af de levende væsener, mikrober, planter og dyr på land, respirerer. De indånder ilt, og udånder CO2, ved at nedbryde mad, de har spist. Dette er en af de korteste cykler af kulstof.
- Jordens nedbrydning og respiration - Alt det rådnende stof på land omdannes ikke til organisk stof. Noget af kulstoffet frigives direkte til luften som CO2. Mikroberne og små aminaler, der lever i jorden, frigiver også CO2 hver dag, når de respirerer.
- Oceantab - Respiration og forrådnelse af marine planter og dyr frigiver også CO2 til kulstofpuljen i atmosfæren.
- Vulkaner - En lille mængde kulstof frigives til atmosfæren ved vulkansk aktivitet.
Menneskelige aktiviteter, der frigiver kuldioxid
Ud over naturlige fluxer er der mange menneskelige aktiviteter, der frigiver fast kulstof tilbage til atmosfæren som CO2.
- Brænding af fossile brændstoffer- Forbrænding af kulstofdræn træ, kul, naturgas, benzin til elektricitet, opvarmning, madlavning eller transport er en af de vigtigste måder, hvorpå kulstof frigives tilbage i luften. Mange af de fossile brændstoffer bruges også til industrielle formål og tilføjer yderligere CO2 til atmosfæren.
- Ændring af arealanvendelse - Skovrydning, rydning af græsarealer for at skabe bosættelser, gårde, der erstatter naturlig vækst, og brug af maskiner, der fører til emissioner, har langsigtede konsekvenser. Det fører til tilsætning af CO2 til den atmosfæriske kulstofpulje.
Forskellige perspektiver fra yderligere diagrammer
Der er mange typer kulstofkredsløbsdiagrammer, og de giver forskellige oplysninger om denne vitale cyklus.
- Simpel cyklus: Diagrammet af BBC viser en simpel kulstofkredsløb. Sådan så kulstofkredsløbet ud i førindustriel tid, indtil for 150 år siden, hvor mængden af kulstofbevægelse ikke var et problem.
- Climate change: The Carbon Cycle ved University of Calgary er en billedlig analyse af, hvordan moderne menneskelige aktiviteter har ændret den delikate balance i kulstofkredsløbet.
- Kemiske processer: Kulstofkredsløbet af Britannica fokuserer på de forskellige kemiske reaktioner, der påvirker kulstofstrømme og -puljer, og ikke mængder af kulstofgenanvendelse. Denne cyklus er interessant for folk, der ønsker at kende de forskellige former, som kulstof findes i, og hvordan det ændrer sig.
Brug af kulstofcyklus
Der er en stigning på 30 % i CO2 i atmosfæren på grund af menneskelige aktiviteter i de sidste 150 år. Da CO2 i luften forårsager opvarmning, øger tilførsel af mere CO2 til atmosfæren også dens opvarmningseffekt. Dette har resulteret i global opvarmning og klimaændringer. At forstå kulstofkredsløbet, og hvordan og hvor menneskelige aktiviteter ændrer det, kan hjælpe med at finde effektive måder og metoder til at tackle problemet med klimaændringer.