Koolstofkringloop
Koolstof (aangeduid met de hoofdletter C, van de Engelse naam Carbon) is van groot belang, het is de belangrijkste bouwstof voor het leven op aarde. Zonder koolstof is er hier geen leven mogelijk. Koolstof is in enorme hoeveelheden 'opgeslagen' in de lithosfeer en in de oceanen (hydrosfeer) op aarde. Daarnaast bevat onze atmosfeer ook veel koolstof, voor het grootste deel in gasvorm: koolzuurgas (ook wel koolstofdioxide, CO2).
|
Er is van nature een uitwisseling van koolstof tussen lithosfeer, hydrosfeer en atmosfeer. Onder natuurlijke omstandigheden kunnen de relatieve hoeveelheden koolstof in hydrosfeer, lithosfeer en atmosfeer schommelen. Dit wordt koolstofevenwicht genoemd. Door het op grote schaal verbranden van fossiele brandstoffen zijn in de afgelopen 150 jaar grote hoeveelheden koolstof (in de vorm van koolzuurgas) in de de atmosfeer terechtgekomen, waardoor de balans danig is verstoord. Koolzuurgas is één van de 'broeikasgassen', verantwoordelijk voor de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde. Meer over het 'broeikaseffect'.
De huidige koostofkringloop. Bron: Natuurmuseum Terschelling.
|
|
Korte- of snelle koolstofkringloop
Bij biologische processen waar koolstof in relatief korte tijd overgaat van anorganisch (CO2) naar een organische stof (en weer terug), wordt de snelle of korte koolstofkringloop genoemd. De Koolstofatomen blijven enkele seconden tot enkele honderden jaren in organische verbindingen opgeslagen, tot ze weer worden omgezet in andere verbindingen.
De belangrijkste biologische processen in de korte koolstofkringloop zijn:
Lange- of langzame koolstofkringloop
Planten en dieren die sterven komen voor een deel in de bodem terecht. Blijven de resten voor langere tijd in de bodem, dan kan het voorkomen, dat deze resten in bijvoorbeeld steenkool, olie en aardgas worden omgezet. De koolstofatomen blijven honderden tot miljoenen jaren in dezelfde verbindingen bestaan. Door verwering, of door menselijk toedoen, kan de koolstof weer vrijkomen in de atmosfeer. We hebben in de afgelopen paar honderd jaar enorme hoeveelheden gas, olie en kolen uit de grond gehaald. Een deel van de koolstof is in de vorm van CO2 afgezet in kalksteen.
Bij biologische processen waar koolstof in relatief korte tijd overgaat van anorganisch (CO2) naar een organische stof (en weer terug), wordt de snelle of korte koolstofkringloop genoemd. De Koolstofatomen blijven enkele seconden tot enkele honderden jaren in organische verbindingen opgeslagen, tot ze weer worden omgezet in andere verbindingen.
De belangrijkste biologische processen in de korte koolstofkringloop zijn:
- fotosynthese
- chemosynthese
- vertering
- sterfte, vorming organisch afval
- verbranding
- afbraak met behulp van zuurstof / zonder zuurstof
Lange- of langzame koolstofkringloop
Planten en dieren die sterven komen voor een deel in de bodem terecht. Blijven de resten voor langere tijd in de bodem, dan kan het voorkomen, dat deze resten in bijvoorbeeld steenkool, olie en aardgas worden omgezet. De koolstofatomen blijven honderden tot miljoenen jaren in dezelfde verbindingen bestaan. Door verwering, of door menselijk toedoen, kan de koolstof weer vrijkomen in de atmosfeer. We hebben in de afgelopen paar honderd jaar enorme hoeveelheden gas, olie en kolen uit de grond gehaald. Een deel van de koolstof is in de vorm van CO2 afgezet in kalksteen.
Koolstofboekhouding raakt uit evenwicht
In de geschiedenis van de aarde zien we, dat de hoeveelheden koolstof in atmosfeer, lithosfeer en hydrosfeer min of meer in evenwicht was. Bijvoorbeeld bij vulkaanuitbarstingen , wanneer in korte tijd grote hoeveelheden vrij komen, wordt dit evenwicht verstoord. Die verstoring vindt ook plaats door het toedoen van de mens.
De koolstofboekhouding van de aarde. Bron: Natuurmuseum Terschelling.
|
Wetenschappers zijn het er wel over eens, dat we in een relatieve korte tijd, door de verbranding van steenkool, aardolie en aardgas, ongekende hoeveelheden koolstof in de atmosfeer hebben geblazen. Deze verstoring versterkt het broeikaseffect.
In de grafiek hiernaast is wereldwijde uitstoot van koolzuurgas (kooldioxide) door verbranding van fossiele brandstoffen tussen 1970 en 2015 weergegeven. Opvallend is de relatief forse toename van de uitstoot in China na het jaar 2000. Bron: Natuurmuseum Terschelling.
|
|
Bron: UCAR Center for Science Education (https://scied.ucar.edu/imagecontent/carbon-cycle-diagram-nasa)
Bron: Castell Alun High School (https://cahsbiology.weebly.com/the-carbon-cycle.html)
|
Bron: https://eo.ucar.edu
|
|
Bill Putman, klimaatwetenschapper bij het Goddard Space Flight Center van de NASA maakte deze animatie van het computermodel van de wereldwijde verspreiding van koolstofdioxide in 2006.
|
|