Kullsyklus



All kunnskapen som mennesket har samlet i århundrer om Kullsyklus er nå tilgjengelig på internett, og vi har samlet og bestilt den for deg på en mest mulig tilgjengelig måte. Vi vil at du skal kunne få tilgang til alt relatert til Kullsyklus som du vil vite raskt og effektivt; at opplevelsen din er hyggelig og at du føler at du virkelig har funnet informasjonen om Kullsyklus som du lette etter.

For å nå våre mål har vi gjort en innsats for ikke bare å få den mest oppdaterte, forståelige og sannferdige informasjonen om Kullsyklus, men vi har også passet på at utformingen, lesbarheten, lastehastigheten og brukervennligheten til siden være så hyggelig som mulig, slik at du på denne måten kan fokusere på det essensielle, kjenne til all data og informasjon som er tilgjengelig om Kullsyklus, uten å måtte bekymre deg for noe annet, vi har allerede tatt hånd om det for deg. Vi håper vi har oppnådd vårt formål og at du har funnet informasjonen du ønsket om Kullsyklus. Så vi ønsker deg velkommen og oppfordrer deg til å fortsette å nyte opplevelsen av å bruke scientiano.com.

Rask karbonsyklus som viser karbonbevegelsen mellom land, atmosfære og hav i milliarder tonn (gigaton) per år. Gule tall er naturlige flukser, røde er menneskelige bidrag, hvitt lagres karbon. Effekten av den langsomme karbonsyklusen , for eksempel vulkansk og tektonisk aktivitet, er ikke inkludert.

Den karbonsyklusen er den biokjemiske syklusen ved hvilken karbon utveksles mellom biosfæren , pedosfære , geosfæren , hydro , og atmosfæren på jorden . Karbon er hovedkomponenten i biologiske forbindelser, så vel som en hovedkomponent i mange mineraler som kalkstein . Sammen med nitrogensyklusen og vannsyklusen , består karbonsyklusen av en rekke hendelser som er viktige for å gjøre Jorden i stand til å opprettholde liv. Den beskriver bevegelsen av karbon når den blir resirkulert og gjenbrukt i hele biosfæren, samt langsiktige prosesser for karbonbinding til og frigjøring fra karbonvasker . Kull synker i land og hav som hver for tiden tar opp omtrent en fjerdedel av menneskeskapte karbonutslipp hvert år.

Mennesker har forstyrret den biologiske karbonsyklusen i mange århundrer ved å endre landbruk, og dessuten med den siste industrielle gruvedriften av fossilt karbon ( kull , petroleum og gassutvinning og sementproduksjon ) fra geosfæren. Karbondioksid i atmosfæren hadde økt nesten 52% i forhold til førindustrielt nivå innen 2020, noe som førte til større oppvarming av atmosfæren og jordoverflaten av solen. Det økte karbondioksidet har også økt surheten i havoverflaten med omtrent 30% på grunn av oppløst karbondioksid, karbonsyre og andre forbindelser, og endrer marin kjemi fundamentalt . Flertallet av fossilt karbon har blitt utvunnet i løpet av det siste halve århundret, og prisene fortsetter å stige raskt, noe som bidrar til menneskeskapte klimaendringer . De største konsekvensene for karbonsyklusen og for biosfæren som kritisk muliggjør menneskelig sivilisasjon, vil fortsatt utspille seg på grunn av den enorme, men begrensede tregheten i jordsystemet . Å gjenopprette balansen til dette naturlige systemet er en internasjonal prioritet, beskrevet i både Paris -klimaavtalen og bærekraftig utviklingsmål 13 .

Hovedkomponenter

Kullsyklusen ble først beskrevet av Antoine Lavoisier og Joseph Priestley , og popularisert av Humphry Davy . Den globale karbonsyklusen er nå vanligvis delt inn i følgende store karbonreservoarer som er forbundet med utvekslingsveier:

Karbonutvekslingen mellom reservoarene skjer som følge av forskjellige kjemiske, fysiske, geologiske og biologiske prosesser. Havet inneholder det største aktive karbonbassenget nær jordoverflaten. De naturlige karbonstrømmene mellom atmosfæren, havet, terrestriske økosystemer og sedimenter er ganske balanserte; så karbonnivået ville være omtrent stabilt uten menneskelig påvirkning.

Stemning

Kull i jordens atmosfære eksisterer i to hovedformer: karbondioksid og metan . Begge disse gassene absorberer og beholder varme i atmosfæren og er delvis ansvarlige for drivhuseffekten . Metan gir en større drivhuseffekt per volum sammenlignet med karbondioksid, men den eksisterer i mye lavere konsentrasjoner og er mer kortvarig enn karbondioksid, noe som gjør karbondioksid til den viktigste klimagassen for de to.

Karbondioksid fjernes hovedsakelig fra atmosfæren gjennom fotosyntese og kommer inn i terrestriske og oseaniske biosfærer. Karbondioksid oppløses også direkte fra atmosfæren i vannmasser (hav, innsjøer, etc.), samt oppløses i nedbør når regndråper faller gjennom atmosfæren. Når den oppløses i vann, reagerer karbondioksid med vannmolekyler og danner kolsyre , noe som bidrar til havets surhet. Den kan deretter absorberes av bergarter gjennom forvitring. Det kan også forsure andre overflater det berører eller vaskes i havet.

Menneskelige aktiviteter de siste to århundrene har økt mengden karbon i atmosfæren med nesten 50% fra og med år 2020, hovedsakelig i form av karbondioksid, både ved å endre økosystemers evne til å trekke ut karbondioksid fra atmosfæren og ved å slippe ut det direkte, f.eks. ved å brenne fossilt brensel og produsere betong.

I den fjerne fremtiden (2 til 3 milliarder år) vil frekvensen av karbondioksid som absorberes i jorden via karbonat -silikatsyklusen sannsynligvis øke på grunn av forventede endringer i solen når den eldes. Den forventede økte lysstyrken til solen vil sannsynligvis øke hastigheten på overflate forvitring. Dette vil til slutt føre til at det meste av karbondioksid i atmosfæren blir presset ned i jordskorpen som karbonat. Når konsentrasjonen av karbondioksid i atmosfæren faller under omtrent 50 deler per million (toleranser varierer mellom artene), vil C 3 fotosyntese ikke lenger være mulig. Dette er spådd å skje 600 millioner år fra nåtiden, selv om modellene varierer.

Når havene på jorden fordamper på omtrent 1,1 milliarder år fra nå, vil platetektonikk sannsynligvis stoppe på grunn av mangel på vann for å smøre dem. Mangelen på vulkaner som pumper ut karbondioksid vil føre til at karbonsyklusen slutter mellom 1 milliard og 2 milliarder år inn i fremtiden.

Terrestrisk biosfære

Den terrestriske biosfæren inkluderer organisk karbon i alle landlevende organismer, både levende og døde, samt karbon lagret i jord . Om lag 500 gigaton karbon lagres over bakken i planter og andre levende organismer, mens jord inneholder ca 1500 gigaton karbon. Mest karbon i den terrestriske biosfæren er organisk karbon, mens omtrent en tredjedel av jordkarbon lagres i uorganiske former, for eksempel kalsiumkarbonat . Organisk karbon er en hovedkomponent i alle organismer som lever på jorden. Autotrofer trekker det ut av luften i form av karbondioksid og omdanner det til organisk karbon, mens heterotrofer mottar karbon ved å konsumere andre organismer.

Fordi karbonopptak i den terrestriske biosfæren er avhengig av biotiske faktorer, følger det en daglig og sesongmessig syklus. I CO
2
målinger, er denne funksjonen tydelig i Keeling -kurven . Den er sterkest på den nordlige halvkule fordi denne halvkule har mer landmasse enn den sørlige halvkule og dermed mer rom for økosystemer å absorbere og avgi karbon.

Karbon forlater den terrestriske biosfære på flere måter og på forskjellige tidsskalaer. Den forbrenning eller respirasjon av organisk karbon frigjør den raskt ut i atmosfæren. Det kan også eksporteres til havet gjennom elver eller forbli sekvestrert i jord i form av inert karbon. Kull lagret i jord kan forbli der i opptil tusenvis av år før det vaskes ut i elver ved erosjon eller slippes ut i atmosfæren gjennom jordånding . Mellom 1989 og 2008 økte jordas respirasjon med omtrent 0,1% per år. I 2008 var den totale summen av CO
2
frigjort ved jordånding var omtrent 98 milliarder tonn, omtrent 10 ganger mer karbon enn mennesker nå putter i atmosfæren hvert år ved å brenne fossilt brensel (dette representerer ikke en netto overføring av karbon fra jord til atmosfære, ettersom respirasjonen i stor grad er oppveid ved innspill til jordkarbon). Det er noen få plausible forklaringer på denne trenden, men den mest sannsynlige forklaringen er at økende temperaturer har økt nedbrytningshastighet av jordorganisk materiale , noe som har økt strømmen av CO
2
. Lengden på karbonbinding i jord er avhengig av lokale klimaforhold og dermed endringer i løpet av klimaendringene .

Størrelsen på de store karbonbassengene på jorden (år 2000 estimater)
Basseng Antall
(gigaton)
Stemning 720
Hav (totalt) 38 400
Totalt uorganisk 37 400
Totalt organisk 1.000
Overflatelag 670
Dypt lag 36 730
Litosfæren
Sedimentære karbonater > 60.000.000
Kerogener 15.000.000
Terrestrisk biosfære (totalt) 2.000
Levende biomasse 600 - 1000
Død biomasse 1.200
Akvatisk biosfære 1 - 2
Fossilt brensel (totalt) 4.130
Kull 3.510
Olje 230
Gass 140
Annet ( torv ) 250

hav

Havet kan konseptuelt deles inn i et overflatesjikt der vannet ofte (daglig til årlig) kontakt med atmosfæren, og et dypt lag under det typiske blandingslagets dybde på noen få hundre meter eller mindre, innenfor hvilket tiden mellom påfølgende kontakter er kan være århundrer. Det oppløste uorganiske karbonet (DIC) i overflatelaget utveksles raskt med atmosfæren og opprettholder likevekt. Dels fordi konsentrasjonen av DIC er omtrent 15% høyere, men hovedsakelig på grunn av det større volumet, inneholder dyphavet langt mer karbon - det er det største bassenget av aktivt syklet karbon i verden, som inneholder 50 ganger mer enn atmosfæren - men tid for å nå likevekt med atmosfæren er hundrevis av år: utvekslingen av karbon mellom de to lagene, drevet av termohalin sirkulasjon , er treg.

Karbon kommer hovedsakelig inn i havet gjennom oppløsning av atmosfærisk karbondioksid, hvorav en liten brøkdel omdannes til karbonat . Det kan også komme inn i havet gjennom elver som oppløst organisk karbon . Det omdannes av organismer til organisk karbon gjennom fotosyntese og kan enten byttes ut gjennom næringskjeden eller utfelles i havets dypere, mer karbonrike lag som dødt bløtvev eller i skall som kalsiumkarbonat . Den sirkulerer i dette laget i lange perioder før den enten deponeres som sediment eller til slutt returneres til overflatevannet gjennom termohalin sirkulasjon. Hav er grunnleggende (~ pH 8,2), derav CO
2
forsuring forskyver havets pH mot nøytral.

Oceanisk absorpsjon av CO
2
er en av de viktigste formene for karbonbinding som begrenser den menneskeskapte økningen av karbondioksid i atmosfæren. Imidlertid er denne prosessen begrenset av en rekke faktorer. CO
2
absorpsjon gjør vann surere, noe som påvirker havbiosystemer. Den anslåtte hastigheten for økende havsyre kan bremse den biologiske utfellingen av kalsiumkarbonater , og dermed redusere havets evne til å absorbere CO
2
.

Geosfæren

Den geologiske komponenten i karbonsyklusen fungerer sakte i forhold til de andre delene av den globale karbonsyklusen. Det er en av de viktigste determinantene for mengden karbon i atmosfæren, og dermed for globale temperaturer.

Det meste av jordens karbon lagres inert i jordens litosfære . Mye av karbonet som er lagret i jordkappen ble lagret der da jorden dannet seg. Noe av det ble avsatt i form av organisk karbon fra biosfære. Av karbonet som er lagret i geosfæren, er omtrent 80% kalkstein og dets derivater, som dannes fra sedimentasjon av kalsiumkarbonat lagret i skjellene til marine organismer. De resterende 20% lagres som kerogener dannet gjennom sedimentering og begravelse av terrestriske organismer under høy varme og trykk. Organisk karbon lagret i geosfæren kan forbli der i millioner av år.

Karbon kan forlate geosfæren på flere måter. Karbondioksid frigjøres under metamorfismen av karbonatbergarter når de subdugeres i jordens mantel. Dette karbondioksidet kan slippes ut i atmosfæren og havet gjennom vulkaner og hotspots . Det kan også fjernes av mennesker gjennom direkte ekstraksjon av kerogener i form av fossilt brensel . Etter utvinning blir fossilt brensel brent for å frigjøre energi og slippe ut karbonet de lagrer i atmosfæren.

Terrestrisk karbon i vannsyklusen

I diagrammet til høyre:

  1. Atmosfæriske partikler fungerer som skykondensasjonskjerner og fremmer skydannelse.
  2. Regndråper absorberer organisk og uorganisk karbon gjennom partikkelfjernelse og adsorpsjon av organiske damper mens de faller mot jorden.
  3. Brennende og vulkanutbrudd gir sterkt kondenserte polysykliske aromatiske molekyler (dvs. svart karbon ) som returneres til atmosfæren sammen med klimagasser som CO 2 .
  4. Terrestriske planter fikser atmosfærisk CO 2 gjennom fotosyntese , og returnerer en brøkdel tilbake til atmosfæren gjennom respirasjon . Lignin og celluloser representerer hele 80% av det organiske karbonet i skog og 60% i beitemarkene.
  5. Kull og rotorganisk karbon blandes med sedimentært materiale for å danne organiske jordarter der planteavledet og petrogent organisk karbon lagres og transformeres både av mikrobiell og soppaktivitet.
  6. Vann absorberer plantet og avgjort aerosol-avledet oppløst organisk karbon (DOC) og oppløst uorganisk karbon (DIC) når det passerer over skogkroner (dvs. gjennomstrømning ) og langs plantestammer/stilker (dvs. stamme ). Biogeokjemiske transformasjoner finner sted når vann trekker ned i jordoppløsning og grunnvannsreservoarer og overlandsstrøm oppstår når jord er fullstendig mettet, eller nedbør skjer raskere enn metning i jord.
  7. Organisk karbon hentet fra den terrestriske biosfæren og primærproduksjon in situ blir spaltet av mikrobielle samfunn i elver og bekker sammen med fysisk nedbrytning (dvs. foto-oksidasjon ), noe som resulterer i en strøm av CO 2 fra elver til atmosfæren som er i samme rekkefølge av størrelsen som mengden karbon som årlig blir fjernet av den terrestriske biosfæren. Terrestrisk avledede makromolekyler som lignin og svart karbon brytes ned i mindre komponenter og monomerer , og blir til slutt omdannet til CO 2 , metabolske mellomprodukter eller biomasse .
  8. Innsjøer, reservoarer og flommarker lagrer vanligvis store mengder organisk karbon og sedimenter, men opplever også netto heterotrofi i vannsøylen, noe som resulterer i en nettostrøm av CO 2 til atmosfæren som er omtrent en størrelsesorden mindre enn elver. Metanproduksjonen er også vanligvis høy i de anoksiske sedimentene til flommarker, innsjøer og reservoarer.
  9. Primærproduksjonen forbedres vanligvis i elveplommer på grunn av eksport av fluviale næringsstoffer. Likevel er elvemunningen en kilde til CO 2 til atmosfæren, globalt.
  10. Kystmyrer lagrer og eksporterer blå karbon . Det er antydet at myrer og våtmarker har en tilsvarende strøm av CO 2 til atmosfæren som elver, globalt.
  11. Kontinentalsokkelen og det åpne havet absorberer vanligvis CO 2 fra atmosfæren.
  12. Den marine biologiske pumpen sekvestrerer en liten, men betydelig brøkdel av det absorberte CO 2 som organisk karbon i marine sedimenter (se neste avsnitt).

Den marine biologiske pumpen

Den marine biologiske pumpen er havets biologisk drevne binding av karbon fra atmosfæren og avrenning fra land til dyphavets indre og havbunnssedimenter . Den biologiske pumpen er ikke så mye et resultat av en enkelt prosess, men heller summen av en rekke prosesser som hver kan påvirke biologisk pumping. Pumpen overfører omtrent 11 milliarder tonn karbon hvert år til havets indre. Et hav uten den biologiske pumpen ville resultere i atmosfæriske CO 2 -nivåer omtrent 400 ppm høyere enn i dag.

Mest karbon inkorporert i organisk og uorganisk biologisk materiale dannes ved havoverflaten, hvor det deretter kan begynne å synke til havbunnen. Dype hav får de fleste næringsstoffene fra den høyere vannsøylen når de synker ned i form av marin snø . Dette består av døde eller døende dyr og mikrober, avføring, sand og annet uorganisk materiale.

Den biologiske pumpen er ansvarlig for å omdanne oppløst uorganisk karbon (DIC) til organisk biomasse og pumpe den i partikkelformet eller oppløst form til dyphavet. Uorganiske næringsstoffer og karbondioksid blir fikset under fotosyntese av planteplankton, som både frigjør oppløst organisk materiale (DOM) og forbrukes av planteetende dyreplankton. Større dyreplankton - som copepoder , avføring av fekale pellets - som kan reestes, og synke eller samle seg sammen med andre organiske avfall i større, raskere synkende aggregater. DOM er delvis konsumert av bakterier og respired; den gjenværende ildfaste DOM blir advart og blandet i dyphavet. DOM og aggregater som eksporteres til dypt vann blir konsumert og pustet, og returnerer dermed organisk karbon til det enorme dype havreservoaret til DIC.

En enkelt planteplanktoncelle har en synkende hastighet på rundt en meter per dag. Gitt at gjennomsnittlig dybde i havet er omtrent fire kilometer, kan det ta over ti år før disse cellene når havbunnen. Imidlertid danner disse cellene aggregater gjennom prosesser som koagulering og utvisning i rovdyrs fekale pellets. Disse aggregatene har synkende hastigheter på størrelsesorden større enn individuelle celler og fullfører reisen til dypet i løpet av få dager.

Omtrent 1% av partiklene som forlater havoverflaten når havbunnen og blir fortært, pustet eller begravet i sedimentene. Nettoeffekten av disse prosessene er å fjerne karbon i organisk form fra overflaten og returnere det til DIC på større dybder, opprettholde en overflate-til-dyp havgradient av DIC. Thermohaline sirkulasjon returnerer DIC-hav DIC til atmosfæren på tusenårige tidsskalaer. Kullet som er begravet i sedimentene kan subdugeres i jordens mantel og lagres i millioner av år som en del av den langsomme karbonsyklusen (se neste avsnitt).

Raske og langsomme sykluser

Det er en rask og en langsom karbonsyklus. Den raske syklusen opererer i biosfæren og den langsomme syklusen opererer i bergarter . Den raske eller biologiske syklusen kan fullføres i løpet av år, flytte karbon fra atmosfære til biosfære, og deretter tilbake til atmosfæren. Den langsomme eller geologiske syklusen kan ta millioner av år å fullføre og flytte karbon gjennom jordskorpen mellom bergarter, jord, hav og atmosfære.

Den raske karbonsyklusen involverer relativt kortsiktige biogeokjemiske prosesser mellom miljøet og levende organismer i biosfæren (se diagrammet i begynnelsen av artikkelen ). Det inkluderer bevegelser av karbon mellom atmosfæren og terrestriske og marine økosystemer, samt jord og havbunnssedimenter. Den raske syklusen inkluderer årlige sykluser som involverer fotosyntese og dekadale sykluser som involverer vegetativ vekst og nedbrytning. Reaksjonene fra den raske karbonsyklusen på menneskelige aktiviteter vil avgjøre mange av de mer umiddelbare virkningene av klimaendringer.

Den langsomme karbonsyklusen innebærer mellomlang til lang sikt geokjemiske prosesser som tilhører bergssyklusen (se diagram til høyre). Utvekslingen mellom havet og atmosfæren kan ta århundrer, og forvitring av stein kan ta millioner av år. Kull i havet faller ut til havbunnen, hvor det kan danne sedimentær stein og bli subducert i jordens mantel . Mountain bygge prosesser resulterer i retur av denne geologiske karbon til jordoverflaten. Der blir steinene forvitret og karbon føres tilbake til atmosfæren ved avgassing og til havet ved elver. Annet geologisk karbon kommer tilbake til havet gjennom hydrotermisk utslipp av kalsiumioner. I et gitt år beveger mellom 10 og 100 millioner tonn karbon seg rundt denne langsomme syklusen. Dette inkluderer vulkaner som returnerer geologisk karbon direkte til atmosfæren i form av karbondioksid. Dette er imidlertid mindre enn en prosent av karbondioksidet som slippes ut i atmosfæren ved å brenne fossilt brensel.

Dyp karbon syklus

Selv om sykling med dyp karbon ikke er like godt forstått som karbonbevegelse gjennom atmosfæren, terrestrisk biosfære, hav og geosfære, er det likevel en viktig prosess. Den dype karbon -syklusen er nært knyttet til bevegelsen av karbon i jordens overflate og atmosfære. Hvis prosessen ikke eksisterte, ville karbon forbli i atmosfæren, hvor den ville akkumuleres til ekstremt høye nivåer over lange perioder. Derfor, ved å la karbon komme tilbake til jorden, spiller den dype karbon -syklusen en kritisk rolle for å opprettholde de terrestriske forholdene som er nødvendige for at livet skal eksistere.

Videre er prosessen også betydelig bare på grunn av de enorme mengdene karbon den transporterer gjennom planeten. Faktisk viser studiet av sammensetningen av basaltisk magma og måling av karbondioksidstrømmen fra vulkaner at mengden karbon i mantelen faktisk er større enn den på jordens overflate med en faktor på tusen. Å bore ned og fysisk observere karbonprosesser på dyp jord er tydeligvis ekstremt vanskelig, ettersom den nedre mantelen og kjernen strekker seg fra henholdsvis 660 til 2.891 km og 2.891 til 6.371 km dypt ned i jorden. Følgelig er ikke mye avgjørende kjent om karbonets rolle på den dype jorden. Ikke desto mindre har flere bevis - hvorav mange kommer fra laboratoriesimuleringer av dype jordforhold - indikert mekanismer for elementets bevegelse ned i den nedre mantelen, samt former som karbon antar ved ekstreme temperaturer og trykk i laget. Videre har teknikker som seismologi ført til en større forståelse av den potensielle tilstedeværelsen av karbon i jordens kjerne.

Karbon i nedre mantel

Karbon kommer hovedsakelig inn i mantelen i form av karbonatrike sedimenter på tektoniske plater av havskorpe, som trekker karbonet inn i mantelen ved subduksjon . Ikke mye er kjent om karbon sirkulasjon i mantelen, spesielt på den dype jorden, men mange studier har forsøkt å øke vår forståelse av elementets bevegelse og former i regionen. For eksempel viste en studie fra 2011 at karbonsykling strekker seg helt ned til den nedre mantelen . Studien analyserte sjeldne, superdype diamanter på et sted i Juina, Brasil , og bestemte at massesammensetningen av noen av diamantenes inneslutninger samsvarte med det forventede resultatet av basaltsmelting og krytallisering under lavere manteltemperaturer og trykk. Dermed indikerer undersøkelsens funn at biter av basaltisk oseanisk litosfære fungerer som den viktigste transportmekanismen for karbon til Jordens dype indre. Disse subduerte karbonater kan samhandle med silikater med lavere kappe , og til slutt danne superdype diamanter som den man finner.

Karbonater som går ned til den nedre kappen møter imidlertid andre skjebner i tillegg til å danne diamanter. I 2011 ble karbonater utsatt for et miljø som ligner det på 1800 km dypt ned i jorden, godt innenfor den nedre mantelen. Dette resulterte i formasjonene av magnesitt , sideritt og mange varianter av grafitt . Andre eksperimenter - så vel som petrologiske observasjoner - støtter denne påstanden, noe som indikerer at magnesitt faktisk er den mest stabile karbonatfasen i det meste av mantelen. Dette er i stor grad et resultat av den høyere smeltetemperaturen. Følgelig har forskere konkludert med at karbonater gjennomgår reduksjon når de stiger ned i mantelen før de stabiliseres på dybden av miljøer med lav oksygenflukt . Magnesium, jern og andre metalliske forbindelser fungerer som buffere gjennom hele prosessen. Tilstedeværelsen av reduserte, elementære former av karbon som grafitt indikerer at karbonforbindelser reduseres når de går ned i mantelen.

Polymorfisme endrer karbonatforbindelsers stabilitet på forskjellige dybder inne i jorden. For å illustrere antyder laboratoriesimuleringer og tetthetsfunksjonelle teoriberegninger at tetraedrisk koordinerte karbonater er mest stabile på dybder som nærmer seg kjerne -mantelgrensen . En studie fra 2015 indikerer at høytrykket i den nedre mantelen får karbonbindinger til å overgå fra sp 2 til sp 3 hybridiserte orbitaler , noe som resulterer i karbon tetraedrisk binding til oksygen. CO 3 -trigonale grupper kan ikke danne polymeriserbare nettverk, mens tetraedrisk CO 4 kan, noe som betyr en økning i karbonets koordinasjonstall , og derfor drastiske endringer i karbonatforbindelsers egenskaper i den nedre mantelen. Som et eksempel antyder foreløpige teoretiske studier at høyt trykk får karbonatsmeltviskositeten til å øke; smeltenes lavere mobilitet som følge av den økte viskositeten forårsaker store karbonforekomster dypt inn i mantelen.

Følgelig kan karbon forbli i den nedre mantelen i lange perioder, men store konsentrasjoner av karbon finner ofte veien tilbake til litosfæren. Denne prosessen, kalt karbonutgassing, er et resultat av at kullsyrekappen gjennomgår dekompresjonssmelting, i tillegg til at mantelfluer bærer karbonforbindelser opp mot skorpen. Kull oksideres ved stigning mot vulkanske hotspots, hvor det deretter frigjøres som CO 2 . Dette skjer slik at karbonatomet samsvarer med oksidasjonstilstanden til basalter som bryter ut i slike områder.

Karbon i kjernen

Selv om tilstedeværelsen av karbon i jordens kjerne er godt begrenset, foreslår nyere studier at store beholdninger av karbon kan lagres i denne regionen. Skjærbølger (S) som beveger seg gjennom den indre kjernen, beveger seg med omtrent femti prosent av hastigheten som forventes for de fleste jernrike legeringer. Fordi kjernens sammensetning antas å være en legering av krystallinsk jern og en liten mengde nikkel, indikerer denne seismiske anomalien tilstedeværelsen av lette elementer, inkludert karbon, i kjernen. Faktisk indikerer studier som bruker diamantamboltceller for å gjenskape forholdene i jordens kjerne at jernkarbid (Fe 7 C 3 ) matcher den indre kjernens bølgehastighet og tetthet. Derfor kan jernkarbidmodellen tjene som et bevis på at kjernen inneholder så mye som 67% av jordens karbon. Videre fant en annen studie at i trykk- og temperaturforholdene til jordens indre kjerne oppløste karbon seg i jern og dannet en stabil fase med samme Fe 7 C 3 -sammensetning - om enn med en annen struktur enn den som tidligere er nevnt. Oppsummert, selv om mengden karbon som potensielt er lagret i jordens kjerne ikke er kjent, viser nyere studier at tilstedeværelsen av jernkarbider kan forklare noen av de geofysiske observasjonene.

Menneskelig innflytelse på karbonkretsløpet

Utslipp og partisjonering av karbondioksid
Utslipp av CO
2
har blitt forårsaket av forskjellige kilder som vokser opp etter hverandre ( Global Carbon Project )
Partisjonering av CO
2
utslipp viser at de fleste utslippene blir absorbert av karbonvasker, inkludert plantevekst, jordopptak og havopptak ( Global Carbon Project )

Siden den industrielle revolusjonen , og spesielt siden slutten av andre verdenskrig , har menneskelig aktivitet vesentlig forstyrret den globale karbonsyklusen ved å omfordele enorme mengder karbon fra geosfæren. Mennesker har også fortsatt å forandre de naturlige komponentfunksjonene i den terrestriske biosfæren med endringer i vegetasjon og annen arealbruk. Menneskeskapte (syntetiske) karbonforbindelser er designet og masseprodusert som vil vare i flere tiår til årtusener i luft, vann og sedimenter som forurensende stoffer. Klimaendringene forsterker og tvinger videre indirekte menneskelige endringer i karbonsyklusen som en konsekvens av ulike positive og negative tilbakemeldinger .

Arealbruken endres

Siden oppfinnelsen av jordbruket har mennesker direkte og gradvis påvirket karbonkretsløpet over århundrelange tidsskalaer ved å modifisere blandingen av vegetasjon i den terrestriske biosfæren. I løpet av de siste århundrene har direkte og indirekte menneskeskapt arealbruk og endring av landdekning (LUCC) ført til tap av biologisk mangfold , noe som reduserer økosystemers motstandskraft mot miljøbelastninger og reduserer deres evne til å fjerne karbon fra atmosfæren. Mer direkte fører det ofte til frigjøring av karbon fra terrestriske økosystemer til atmosfæren.

Avskoging for landbruksformål fjerner skog, som inneholder store mengder karbon, og erstatter dem, vanligvis med landbruks- eller byområder. Begge disse utskiftingstypene for landdekker lagrer relativt små mengder karbon, slik at nettoresultatet av overgangen er at mer karbon forblir i atmosfæren. Imidlertid kan effektene på atmosfæren og den generelle karbonsyklusen forsettlig og/eller naturlig reverseres med skogplanting .

Fossil karbonekstraksjon

Den største og en av de raskest voksende menneskelige påvirkningene på karbonsyklusen og biosfære er utvinning og forbrenning av fossilt brensel , som direkte overfører karbon fra geosfæren til atmosfæren. Karbondioksid produseres og frigjøres også under kalsinering av kalkstein for klinkerproduksjon . Clinker er en industriell forløper for sement .

Fra 2020 er totalt 450 gigaton fossilt karbon utvunnet; en mengde som nærmer seg karbonet som finnes i all jordens levende terrestriske biomasse. Nylige mengder globale utslipp direkte til atmosfæren har overskredet opptaket av vegetasjon og hav. Disse vasker har blitt forventet og observert for å fjerne omtrent halvparten av det tilsatte atmosfæriske karbonet i løpet av omtrent et århundre. Likevel har vasker som havet utviklende metningsegenskaper , og en betydelig brøkdel (20-35%, basert på koblede modeller ) av det tilsatte karbonet anslås å forbli i atmosfæren i århundrer til årtusener. Utvinning av fossilt karbon som øker atmosfæriske klimagasser beskrives således av IPCC, atmosfæriske og oceaniske forskere som et langsiktig engasjement fra samfunnets side for å leve i et klima i endring og til slutt en varmere verden.

Menneskeskapte kjemikalier

Mindre mengder menneskeskapte petrokjemikalier , som inneholder fossilt karbon, kan ha uventede og overdimensjonerte effekter på den biologiske karbonsyklusen. Dette skjer delvis fordi de med vilje er blitt skapt av mennesker for å brytes ned sakte, noe som muliggjør deres unaturlige utholdenhet og oppbygging i hele biosfæren. I mange tilfeller er deres veier gjennom den bredere karbonsyklusen ennå ikke godt karakterisert eller forstått.

Plast

Nesten 400 millioner tonn plast ble produsert globalt i løpet av 2018 med årlige vekstrater på nærmere 10%, og over 6 gigaton produsert totalt siden 1950. Plast blir etter hvert fragmentert som et typisk første skritt i forfallet, og dette muliggjør en utbredt distribusjon med luft- og vannstrømmer. Dyr internaliserer lett mikroplast og nanoplast gjennom inntak og innånding, ledsaget av risiko for bioakkumulering . Bionedbrytbar plast som legges på søppelfyllinger genererer metan og karbondioksid som sykler gjennom atmosfæren med mindre den fanges opp. En større gjennomgang av det vitenskapelige beviset fra og med år 2019 identifiserte ikke store konsekvenser for det menneskelige samfunn på nåværende nivå, men ser for seg at det vil oppstå betydelige risikoer i løpet av det neste århundret. En studie fra 2019 indikerte at nedbrytning av plast ved soleksponering frigjør både karbondioksid og andre klimagasser. Bioplast med en mer naturlig og rask karbonsyklus er utviklet som et alternativ til annen petroleumsbasert engangsplast .

Halokarboner

Halokarboner er mindre fruktbare forbindelser utviklet for forskjellige bruksområder i hele industrien; for eksempel som løsningsmidler og kjølemedier . Likevel er oppbygging av relativt små konsentrasjoner (deler pr. Billion) av klorfluorkarbon , hydrofluorkarbon og perfluorkarbongasser i atmosfæren ansvarlig for omtrent 10% av den totale direkte strålingen fra alle langlivede klimagasser (år 2019); som inkluderer å tvinge fra de mye større konsentrasjonene av karbondioksid og metan. Klorfluorkarboner forårsaker også nedbrytning av ozon i stratosfæren . Internasjonal innsats pågår under Montreal -protokollen og Kyoto -protokollen for å kontrollere rask vekst i industriell produksjon og bruk av disse miljøvennlige gassene. For noen applikasjoner har mer godartede alternativer som hydrofluoroolefiner blitt utviklet og blir gradvis introdusert.

Tilbakemeldinger fra klimaendringer

Dagens trender innen klimaendringer fører til høyere havtemperaturer og surhet , og endrer dermed marine økosystemer. Også sur nedbør og forurenset avrenning fra landbruk og industri endrer havets kjemiske sammensetning. Slike endringer kan ha dramatiske effekter på svært følsomme økosystemer som korallrev , og dermed begrense havets evne til å absorbere karbon fra atmosfæren i regional skala og redusere det biologiske mangfoldet i havet globalt.

Utvekslingen av karbon mellom atmosfæren og andre komponenter i jordsystemet, samlet kjent som karbonsyklusen, utgjør i dag viktige negative (dempende) tilbakemeldinger på effekten av menneskeskapte karbonutslipp på klimaendringer. Kull synker i land og hav som hver for tiden tar opp omtrent en fjerdedel av menneskeskapte karbonutslipp hvert år.

Disse tilbakemeldingene forventes å svekkes i fremtiden, og forsterker effekten av menneskeskapte karbonutslipp på klimaendringer. I hvilken grad de vil svekkes er imidlertid svært usikkert, med jordsystemmodeller som forutsier et bredt spekter av karbonopptak fra land og hav selv under identiske atmosfæriske konsentrasjoner eller utslippsscenarier. Arktiske metanutslipp indirekte forårsaket av menneskeskapt global oppvarming påvirker også karbonsyklusen og bidrar til ytterligere oppvarming.

Galleri

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker

Opiniones de nuestros usuarios

Henriette Haug

Jeg trodde jeg allerede visste alt om Kullsyklus, men i denne artikkelen har jeg bekreftet at enkelte detaljer som jeg syntes var gode ikke var så gode. Takk for informasjonen.

Lisa Mikkelsen

Flott oppdagelse denne artikkelen om Kullsyklus og hele siden. Den går rett til favoritter.

Lilly Samuelsen

Noen ganger når du leter etter informasjon på internett om noe, finner du for lange artikler som insisterer på å snakke om ting som ikke interesserer deg. Jeg likte denne artikkelen om Kullsyklus fordi den går til poenget og snakker om akkurat det jeg vil, uten at gå seg vill i informasjon ubrukelig.