Alle elementen op aarde, inclusief koolstof, bewegen in cycli, als onderdeel van een gesloten systeem. Er is geen verlies of toevoer van koolstof uit de ruimte. Het koolstofcyclusdiagram toont verschillende stappen in de recycling van koolstof in de 21e eeuw.
Het diagram
Het mondiale koolstofdiagram van de Universiteit van New Hamsphire geeft de pools en fluxen weer die deel uitmaken van de koolstofcyclus. Koolstofpools slaan grote hoeveelheden koolstof gedurende langere tijd op en zijn blauw gemarkeerd. Fluxen zijn de processen die koolstof van de ene pool naar de andere verplaatsen en zijn in het rood weergegeven. Fluxen bestaan uit twee delen: één die koolstof uit de lucht verwijdert en één die de vaste koolstof weer als CO2 in de atmosfeer vrijgeeft.
Koolstofpools
De hoeveelheden koolstof die de zwembaden opslaan, worden vermeld in Petagram koolstof (PgC). Eén Pg is gelijk aan één miljard ton en wordt ook wel Gigatons (Gt) genoemd.
- Rotsen:Het grootste deel van de koolstof is opgesloten als sedimentair gesteente.
- Oceaanbodem: De op één na grootste koolstofopslag bevindt zich onder de oceanen in de vorm van kooldioxide (CO2) opgelost in water.
- Fossiele brandstoffen: De op twee na grootste koolstofvoorraad zijn de fossiele brandstoffen, zoals steenkool, bruinkool, aardgas en olie, die worden gevormd uit overblijfselen van land- en zeeplanten en dieren onder speciale temperaturen en druk.
- Oceaanoppervlak: Koolstof wordt voor een korte tijd opgeslagen in het oppervlaktewater als CO2 opgelost in water of in de lichamen van levende zeeplanten en dieren.
- Terrestrische poelen: Alle koolstof die zich ophoopt in bomen en bodems vormt een andere kortetermijnpoel en komt na tientallen jaren of eeuwen vrij, bijvoorbeeld wanneer bomen worden gekapt of sterf.
- Kooldioxide: Koolstof die in gasvorm, CO2, in de lucht aanwezig is, helpt de aarde warm te houden. Zonder dit zou het leven zoals het bestaat niet mogelijk zijn op aarde. Er is een constante toevoeging en opname uit deze koolstofpool.
Koolstofverwijdering in fluxen
De hoeveelheden koolstof die elk jaar worden verplaatst, worden in het diagram weergegeven als PgC per jaar. CO2 wordt uit de lucht gehaald en door snelle dagelijkse processen vastgelegd. De vorming van organisch materiaal en koolstofopslag gaat langzamer en vergt tijd.
- Fotosynthese - Groene planten gebruiken CO2, samen met water en energie van de zon in een proces dat fotosynthese wordt genoemd, om eenvoudige suikers te vormen en vervolgens de voedingsstoffen die planten nodig hebben.
- Opname door de oceanen - CO2 uit de atmosfeer wordt ook in de oceanen opgenomen en gebruikt voor fotosynthese. Hier zijn fytoplanktons de equivalenten van planten, waarvan al het leven in de oceanen afhankelijk is. Bovendien wordt in water opgelost CO2 omgezet in calciumcarbonaat en gebruikt in schelpen en skeletten van zeedieren.
- Voedselketen - Wanneer herbivoren planten eten, of carnivoren en alleseters andere dieren eten, wordt deze koolstof doorgegeven langs de voedselketen om dieren te helpen groeien, leven en vermenigvuldigen.
- Toevoeging van organisch materiaal en afval - Wanneer planten en dieren sterven, worden ze door microben afgebroken tot humus of organisch materiaal dat deel gaat uitmaken van de bodem. Zwerfvuil dat elk jaar wordt gevormd wanneer bomen twijgen en bladeren afwerpen en koolstof voortdurend in de bodem recyclen. Dit wordt gedeeltelijk gebruikt voor de groei van planten en zorgt ervoor dat de koolstof circuleert, terwijl de rest koolstof in de bodem vormt.
Vorming van koolstofpools
De hoeveelheden CO2 die worden gebruikt en de tijdsduur dat deze als vaste koolstof worden opgeslagen, variëren afhankelijk van de verschillende organismen en processen.
- Aangezien bomen een lange levensduur hebben en koolstof opslaan in hun stengel, bladeren en wortels, fungeren ze als koolstofputten.
- Bodems verzamelen koolstof in de vorm van organisch materiaal en dode wortels die in de bodem blijven lang nadat een plant of boom is gestorven; er zijn enorme hoeveelheden biomassa in de vorm van de groeiende levende wortels van bomen en graslanden in de bodem. Bodems vormen een andere belangrijke koolstofput.
- Sommige schelpen en skeletten van zeedieren hopen zich op de bodem van de oceanen op om kalksteen te produceren.
Koolstofputten zijn een belangrijke flux of proces dat uiteindelijk resulteert in koolstofpools. Op de korte termijn produceren ze terrestrische koolstofbronnen, en op de lange termijn fossiele brandstoffen en gesteenten.
Land-naar-oceaanstroom
Wanneer rivieren in de oceanen uitmonden, nemen ze sedimenten mee die rijk zijn aan organisch materiaal. Moerassen en getijdenoverstromingen brengen ook elk jaar koolstof in de vorm van organisch materiaal naar de oceanen.
Natuurlijke uitstoot van kooldioxide
In de natuurlijke koolstofcyclus komt koolstof voornamelijk via ademhaling en ontbinding terug in de atmosfeer terecht.
- Plantenademhaling - De meeste levende wezens, microben, planten en dieren op het land, ademen. Ze ademen zuurstof in en ademen CO2 uit, door het voedsel dat ze hebben gegeten af te breken. Dit is een van de kortste koolstofcycli.
- Afbraak en ademhaling van de bodem - Alle rottende materie op het land wordt niet omgezet in organisch materiaal. Een deel van de koolstof komt rechtstreeks in de lucht terecht als CO2. De microben en kleine zoogdieren die in de bodem leven, geven ook elke dag CO2 vrij als ze ademen.
- Oceaanverlies - Bij ademhaling en verval van mariene planten en dieren komt ook CO2 vrij in de koolstofpool in de atmosfeer.
- Vulkanen - Een kleine hoeveelheid koolstof komt vrij in de atmosfeer door vulkanische activiteit.
Menselijke activiteiten waarbij kooldioxide vrijkomt
Naast natuurlijke fluxen zijn er veel menselijke activiteiten die vaste koolstof terug in de atmosfeer vrijgeven als CO2.
- Verbranding van fossiele brandstoffen- Verbranding van koolstof zinkt hout, steenkool, aardgas, benzine voor elektriciteit, verwarming, koken of transport is een van de belangrijkste manieren waarop koolstof vrijkomt terug in de lucht. Veel van de fossiele brandstoffen worden ook gebruikt voor industriële doeleinden en zorgen voor extra CO2-uitstoot in de atmosfeer.
- Veranderingen in landgebruik - Ontbossing, het opruimen van graslanden om nederzettingen te creëren, boerderijen die de natuurlijke groei vervangen en machinegebruik dat tot emissies leidt, hebben gevolgen op de lange termijn. Het leidt tot toevoeging van CO2 aan de koolstofvoorraad in de atmosfeer.
Verschillende perspectieven vanuit aanvullende diagrammen
Er zijn veel soorten koolstofcyclusdiagrammen en ze bieden verschillende informatie over deze vitale cyclus.
- Eenvoudige cyclus: Het diagram van BBC toont een eenvoudige koolstofcyclus. Zo zag de koolstofcyclus eruit in de pre-industriële tijd, tot 150 jaar geleden, toen de hoeveelheden koolstofbeweging geen probleem waren.
- Klimaatverandering: The Carbon Cycle van de Universiteit van Calgary is een pictorale analyse van hoe moderne menselijke activiteiten het delicate evenwicht in de koolstofcyclus hebben veranderd.
- Chemische processen: De koolstofcyclus van Britannica richt zich op de verschillende chemische reacties die de koolstofstromen en -pools beïnvloeden, en niet op de hoeveelheden koolstofrecycling. Deze cyclus is interessant voor mensen die willen weten in welke verschillende vormen koolstof voorkomt en hoe het verandert.
Koolstofcyclus gebruiken
Er is een toename van 30% CO2 in de atmosfeer als gevolg van menselijke activiteiten in de afgelopen 150 jaar. Omdat CO2 in de lucht opwarming veroorzaakt, vergroot het toevoegen van meer CO2 aan de atmosfeer ook het opwarmingseffect. Dit heeft geresulteerd in de opwarming van de aarde en de klimaatverandering. Inzicht in de koolstofcyclus, en hoe en waar menselijke activiteiten deze veranderen, kan helpen bij het vinden van efficiënte manieren en methoden om het probleem van de klimaatverandering aan te pakken.