Kroženje ogljika (ogljični krog): definicija, procesi in viri CO2
Kroženje ogljika opisuje, kako se ogljik premika med atmosfero, ozračjem, živimi organizmi, tlemi, oceanom in kamninami na Zemlji. Nekateri procesi v tem ciklu potekajo zelo hitro (dnevi, leta), drugi pa trajajo več sto milijonov let. Skupaj tvorijo zaprt sistem izmenjav ogljika in njegovih spojin, ki uravnava podnebje in podporo življenja.
Glavni viri ogljika v atmosferi
Glavni naravni vir ogljika so vulkani ter izpusti iz zemeljske skorje. V zadnjih sto letih pa so najpomembnejši vir človeške dejavnosti – predvsem izgorevanje fosilnih goriv, kot sta premog in plin. Z vidika količin je antropogeno sproščanje ogljika iz fosilnih goriv v zadnjih stoletjih veliko preseglo naravne vulkanske izpuste; ocenjujemo, da so ljudje v zrak dodali približno stokrat več CO2 kot vulkani. To pomeni, da na vsako tono CO2, ki jo izpustijo vulkani, ljudje v ozračje sprostijo približno 100 ton CO2.
Odvzem ogljika iz atmosfere
Glavni način, s katerim se ogljik odstranjuje iz ozračja, je fotosinteza rastlin, alg in nekaterih bakterij. S fotosintezo rastline vežejo ogljikov dioksid in ga pretvarjajo v organske spojine (sladkorje), ki jih uporabljajo za rast. Del tega ogljika se ob smrti rastlin in živali sprosti z razgradnjo nazaj v ozračje, del pa se lahko akumulira v tleh kot humus ali se zakoplje in sčasoma postane del sedimentov.
- Organizem ob smrti in razgradnji: sprosti CO2 ali metan (CH4), odvisno od pogojev (npr. anaerobne razmere).
- Skladiščenje v tleh: organska snov se lahko zadržuje stoletja do tisočletja.
- Preoblikovanje v kamnine: sedimenti, bogati z organskimi ostanki, se s časom lahko preoblikujejo v sedimentne kamnine in fosilna goriva.
Kemijske in geološke poti
Z atmosfere se CO2 odstranjuje tudi s kemičnimi procesi. Dež in vremenske razmere odplaknejo CO2 v obliki razredčene ogljikove kisline, ki reagira s kamninami, jih počasi raztaplja in spreminja (kemijsko vremenenje). Ta proces vodi do sproščanja ionov, ki se lahko nanesejo v reke in oceane ter tam tvorijo usedline – na primer karbonatne kamnine, kot je apnenec. Tako se ogljik dolgoročno zaklene v trdnih kamninah.
"Vremenske razmere so velik porabnik ogljikovega dioksida v ozračju, ki je potreben za raztapljanje kamnin."
Vloga oceanov
Oceani so velik rezervoar ogljika. Del CO2 iz atmosfere se raztopi v površinskih vodah in se (delno) pretvori v ogljikove ione in karbonate. Trenutno oceani vsako leto sprejmejo več CO2, kot ga sprostijo, kar prispeva k povečanju vsebnosti topnih ogljikovih spojin in vodi k oceanski zakisanosti (znižanju pH). To vpliva na organizme z apnenčastimi lupinami in korale ter spreminja kemične procese v morju.
Dolgi geološki krog
Skladišče ogljika v sedimentnih kamninah je veliko večje od trenutne količine CO2 v ozračju (čeprav to ni prikazano na diagramih). Sčasoma se del teh usedlin ponovno vrne v zrak skozi gibanje zemeljskih plošč in tektoniko: oceanske plošče se podirajo (subdukcija), kjer se ob segrevanju in delnem taljenju sproščajo plini, vključno s CO2, ki pri nekaterih mejnih območjih povzroča nastanek vulkanov. Tako se geološki krog zaključi in zaokroži izmenjavo ogljika.
Podrobneje: sedimenti, ki vsebujejo organske snovi ali karbonate, se lahko pogreznejo v plašče Zemlje; pri subdukciji in temperatura‑tlačnih spremembah se ogljik lahko sprosti v obliki plinov skozi vulkane ali kot termično razkrojeno premog/plastenke plina.
Kratki in dolgi časi cikla
- Kratki cikel (leta–stoletja): fotosinteza, dihanje, razgradnja, izmenjava atmosfera–ocean.
- Dolgi cikel (10^4–10^8 let): kemijsko vremenenje, usedanje karbonatov, formacija sedimentnih kamnin, subdukcija in vulkanizem.
Vpliv človeka in sodobne spremembe
Človeške dejavnosti (predvsem izgorevanje fosilnih goriv, krčenje gozdov in industrijski procesi) so v zadnjih stoletjih povečale koncentracijo CO2 v atmosferi bistveno nad predindustrijske ravni. Posledice so med drugim globalno segrevanje, spremembe v padavinskih vzorcih, taljenje ledenikov in porast gladine morja ter spremembe v ekosistemih. Dodatno sproščanje ogljika iz tal, šotnih zemljišč in permafrosta zaradi segrevanja lahko predstavlja pomembno pozitivno povratno zanko.
Kako zmanjšati presežek CO2
Glavni ukrepi vključujejo zmanjšanje izpustov (prehod na obnovljive vire energije, izboljšanje energetske učinkovitosti), zaščito in obnovo gozdov (fikso ogljika), izboljšanje rabe tal in razvoj tehnologij za odstranjevanje ogljika iz zraka (npr. zajemanje in shranjevanje ogljika – CCS, ter neposredno zajemanje iz zraka – DAC). Hkrati so pomembni mednarodni dogovori in lokalne politike, ki spodbujajo zmanjšanje emisij.
Skupaj tvorijo naravni in človekovi procesi zapleten, dinamičen sistem. Razumevanje vseh komponent kroženja ogljika je ključno za predvidevanje prihodnjih sprememb podnebja in za sprejetje učinkovitih ukrepov.
Shema kroženja ogljika. Črne številke kažejo, koliko ogljika je shranjenega na vsaki stopnji, v milijardah ton ("GtC" pomeni gigatone ogljika, številke pa so bile zabeležene okoli leta 2004). Vijolične številke kažejo, koliko ogljika se vsako leto premakne med posameznimi stopnjami. Sedimenti, kot so opredeljeni v tem diagramu, ne vključujejo ~70 milijonov GtC karbonatnih kamnin in kerogena (drugih organskih usedlin).
Povzetek
Kroženje ogljika je proces, pri katerem se ogljik reciklira v ekosistemu. Koncentracija ogljika v živih snoveh (18 %) je skoraj 100-krat večja od koncentracije ogljika v zemlji (0,19 %). Zato živa bitja črpajo ogljik iz neživega okolja. Da bi se življenje nadaljevalo, je treba ta ogljik reciklirati. Oglejte si diagram za podroben pregled kroženja ogljika. Primer poti ogljika v tem krogu je, da ogljikov dioksid v ozračju absorbirajo rastline in ga uporabijo pri fotosintezi za proizvodnjo sladkorjev, ki jih rastline porabijo za energijo. Ko rastlina odmre, razpade in ogljik, shranjen v rastlini, se v milijonih let pretvori v premog (fosilno gorivo). Premog zgoreva in pri tem se sprošča ogljikov dioksid, ki gre v ozračje.
Trenutno je ogljikov cikel in vpliv človekovih dejavnosti nanj pomembna tema mednarodnih novic. Fosilna goriva so neobnovljiv vir, kar pomeni, da jih ni mogoče preprosto nadomestiti. Naša poraba fosilnih goriv se je od leta 1900 vsakih 20 let skoraj podvojila. To sproščanje ogljikovega dioksida prispeva k učinku tople grede in kislemu dežju.
Kroženje ogljika sta odkrila Joseph Priestley in Antoine Lavoisier, populariziral pa ga je Humphry Davy.
Sorodne strani
- Orbitalni observatorij za ogljik
- vodni krog
- dušikov cikel
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je kroženje ogljika?
O: Kroženje ogljika je način shranjevanja in zamenjave ogljika na Zemlji. Vključuje procese, ki trajajo na stotine milijonov let, in tiste, ki potekajo vsako leto.
V: Kateri so glavni načini, kako ogljik vstopa v ogljikov krog?
O: Glavni načini, kako ogljik vstopa v ogljikov cikel, so vulkani in izgorevanje fosilnih goriv, kot sta premog in plin. V nedavni zgodovini so ljudje, ki kurijo fosilna goriva, v zrak dodajali približno stokrat več CO2 kot vulkani.
V: Kako fotosinteza odstranjuje CO2 iz ozračja?
O: Živi organizmi s fotosintezo odstranjujejo CO2 iz ozračja tako, da ga sprejemajo za proizvodnjo energije. Del tega se sprosti, ko umrejo in razpadejo, del pa se ga zakoplje tudi v sedimentnih kamninah.
V: Kako vremenske razmere pomagajo pri raztapljanju kamnin?
O: Vremenske razmere z dežjem odplaknejo CO2 v obliki razredčene ogljikove kisline, ki nato reagira s kamnino in jo pomaga raztapljati in uničevati. Ta proces se konča tudi kot usedlina, ki pomaga zaključiti krogotok.
V: Kje se še raztopi nekaj CO2?
O: Nekaj CO2 se raztopi tudi v oceanih, kjer lahko ostane dolgo časa, preden se sprosti nazaj v ozračje ali postane del sedimentnih kamnin.
V: Koliko več CO2 so v zrak dodali ljudje v primerjavi z vulkani?
O: Za vsako tono CO2, ki so jo v zrak dodali vulkani, so ljudje v zadnjih sto letih z izgorevanjem v zrak dodali približno 100 ton CO2.
V: Kaj je velik porabnik ogljikovega dioksida v ozračju, ki je nujno potreben za raztapljanje kamnin ?
O: Vremenske razmere so velik porabnik ogljikovega dioksida, ki je bistven za raztapljanje kamnin.
