Vattenhallen Science Center

Den biologiska kolcykeln har en mycket snabb cirkulationstid i förhållande till den geologiska. Medan den biologiska cykeln är fullbordad under livstiden för en levande organism så handlar den geologiska cykeln om bildning och nedbrytning av bergarter, vilket går mycket långsamt, och den geologiska kolcykeln har därför en cirkulationstid på omkring 600 miljoner år.

Detta medför att det finns mycket mer geologiskt bundet kol, men också att förändringar av kolets fördelning märks mycket snabbare i det biologiska kretsloppet.

Det är viktigt att studera båda kretsloppen så att man kan förstå hur kol förflyttas på kort sikt (biologiskt) och över miljontals år (geologiskt), och hur det påverkar klimatet. 
 

Den Geologiska kolcykeln

Den Geologiska kolcykeln är väldigt långsam, och kretsloppet kan ta många miljoner år.

För att beskriva den geologiska kolcykeln kan man föreställa sig en kolatom från att den släpps ut från en vulkan i form av koldioxid. Väl ute i atmosfären kommer koldioxiden reagera med vatten och bilda kolsyra. Kolsyra är en svag syra, men den är betydande i vittringsprocesser, när bergskedjor bryts ned. Kolet och de andra vittringsprodukterna transporteras sedan med vattnet till grundvatten eller ut mot havet. Kolet kan därefter frigöras till atmosfären som koldioxid igen, eller förenas med andra ämnen (t.ex. kalcium) och bilda nytt berg, eller tas upp som organiskt material i den biologiska kolcykeln.

Ur ett klimatperspektiv kan vittring vara intressant, eftersom mängden kol i detta kretslopp ökar ju mer vittring som pågår. Därmed minskar mängden kol(-dioxid) i atmosfären och begränsar växthuseffekten. 
 

Haven

Haven spelar också en stor roll för den globala kolcykeln. När det bildas bubblor vid vattenytan sker ett utbyte av koldioxid mellan vattnet och luften (diffusion). När koldioxid reagerar med vatten så bildas kolsyra, och så småningom också bikarbonat som sjunker och lagras djupare ner i haven. Även marina organismer bidrar till kolets cirkulation i haven, men i en snabbare hastighet och mindre mängd.

Precis som på land sker fotosyntes och respiration även i havet, vilket betyder att koldioxid både tas upp och frigörs. I havet har vi dock inga träd, utan det är växtplankton (fytoplankton) som huvudsakligen binder koldioxid från luften och omvandlar den till biomassa. Fytoplanktonen blir sedan föda för djurplankton och fiskar i havets näringskedja. Döda organismer bryts ner, främst av bakterier, och det material som inte brutits ner sjunker ned mot bottnen och bildar sediment.

Haven är en av jordens största kolreserver, och den största delen av kol lagrat i haven finns kemiskt bundet som bikarbonat i djuphaven. Till skillnad från på land så utgör organismerna i haven en väldigt liten andel av det lagrade kolet. Det beror till stor del på att marina organismer bryts ner mycket snabbare än till exempel tjocka trädstammar. 
 

Den Biologiska kolcykeln

Den Biologiska kolcykeln är snabb, och kretsloppet är oftast inte längre än några år (även om vissa träd kan binda kol i över tusen år). Eftersom kol är en naturlig byggsten i alla levande organismer så är de även betydelsefulla för den biologiska kolcykeln. Ett viktigt fenomen i den biologiska kolcykeln är växters förmåga att fotosyntetisera, dvs. att binda kol från atmosfären i form av koldioxid, och omvandla det till växtmaterial (biomassa) och syre. När vi äter växter så transporteras i sin tur det bundna kolet in i vår kropp och blir till biomassa där. På så sätt förflyttar dig sedan kolet genom näringskedjan.

Växterna transporterar även kol ner i marken till sina rötter, där svampar och bakterier kan livnära sig på det kol som rötterna släpper ut. På så sätt förflyttas mycket av kolet ner och stannar kvar i marken.

En annan viktig del av den biologiska kolcykeln är nedbrytningen. När växter och djur dör så finns det andra organismer, främst svampar och bakterier, som kan bryta ned dem och ta tillvara på det överblivna kolet. Under nedbrytningen omvandlas biomassan till organiska föreningar, oorganiska näringsämnen och koldioxid. Genom koldioxiden återvänder kolet till atmosfären igen. Växter “andas” också ut koldioxid till atmosfären genom en process som kallas respiration eller cellandning.
 

Vulkaner och klimat

Vulkaner släpper ut olika gaser, bland annat koldioxid och svaveldioxid, som lämnar den heta magman. Det kallas att magman avgasas. Detta sker ibland genom enorma vulkanutbrott, men oftast läcker gaserna ut långsamt, antingen direkt ut i luften genom naturliga ”skorstenar” eller porös sten, eller i vatten genom undervattensvulkaner, varma källor och vulkaniska sjöar.

Vulkaner kan påverka klimatet, men oftast på ganska kort sikt och i ett begränsat område. Vid större vulkanutbrott släpps stora mängder gaser ut och ansamlas högt upp i stratosfären tillsammans med aska och andra partiklar. Bland annat reagerar gasen svaveldioxid (SO2) med vattenånga (H2O) och bildar svavelsyra (H2SO4), som snabbt kondenserar och bildar små partiklar som kallas aerosoler. När det är mycket aerosoler och andra partiklar i luften kan de blockera solljuset och det blir kallare i närområdet, men partiklarna faller i regel ned igen inom några dagar eller veckor.

Koldioxid hänger tydligt ihop med temperaturen, och stora vulkanutbrott släpper ut massor av koldioxid som kan bidra till växthuseffekten. Men vulkaner släpper ut mycket mindre koldioxid än vi människor. Även om man lägger ihop koldioxidutsläppen från alla vulkanrelaterade utsläpp under modern tid så kommer de ändå inte i närheten av hur mycket koldioxid som människan släppt ut genom förbränning av fossila bränslen under samma tidsram.
 

Fossila bränslen

Genom att använda fossila bränslen så har människan lagt till en extra process för hur kol kan flyttas mellan kretsloppen, från att vara bundet i marken till att bli koldioxid i atmosfären. När vi bränner skogar och använder fossila bränslen så flyttar vi kolet från det långsamma geologiska kretsloppet till det snabba biologiska kretsloppet. På det här sättet skapas en obalans i kolcykeln så att det frigörs mer koldioxid än vad som tas upp, och därför ökar koldioxidhalten i atmosfären. Historiskt sett har ökade koldioxidhalter fört med sig drastiska klimatförändringar och massutdöenden. 
 

Lösningar och initiativ

För att begränsa människans påverkan på klimatet och bromsa stigande temperaturer och koldioxidnivåer har många av världens länder enats om att minska utsläppen och användningen av fossila bränslen. Sverige är också med i det stora klimatavtalet som slöts i Paris år 2015 och som kallas för just Parisavtalet. En av de viktigaste punkterna i avtalet är att hålla den globala uppvärmningen på under 1,5 ºC (jämfört med dagens medeltemperatur på ca 14,5 ºC).

Förutom stora politiska beslut och överenskommelser arbetar man också mycket med strategier för att ta upp koldioxid ur atmosfären, bland annat genom förändringar och effektiviseringar i jordbruket och genom teknologiska lösningar. Till exempel kan det handla om trädplantering, att inte plöja djupt och ha vintergröna åkrar, eller att direkt fånga in koldioxid ur luften och lagra det under jord. Vissa lösningar är lätta och billiga, andra är dyra och svåra, men man arbetar på bred front för att komma på nya, effektiva sätt att motverka klimatförändringarna. 
 

Figur 7.1 – Viktiga strategier för negativa utsläppstekniker. (pdf 96 kB, text på svenska, ny flik).

Hur kan jag bidra?

För att vi tillsammans ska nå klimatmålen med minskade utsläpp och att hålla nere den globala uppvärmningen så finns det mycket vi kan göra för att hjälpa till. 

För många så är flygresor den största källan till utsläpp som man enkelt kan påverka. Att resa mer sällan är ett bra sätt att minska sin klimatpåverkan. Att välja tåget eller resa kollektivt är också alltid bättre jämfört med en fossildriven bil. Om man behöver ta bilen så är det bättre att samåka och välja en miljövänlig bil.

Att äta mindre kött, särskilt rött kött (nöt, gris, lamm och vilt), har stor betydelse för att få ner våra utsläpp. Det är därför väldigt positivt för klimatet att äta mer vegetariskt.

Nästan allt vi handlar påverkar också klimatet, både när det produceras och när det transporteras till butiker eller hem till oss. Därför är det bra att tänka efter innan man köper nya saker. Till exempel kan man ofta laga och återanvända kläder, eller handla på second hand. Och om man behöver kasta något är det alltid bäst att lämna det till återvinning.
 

Hur kan jag bidra? (pdf 34 kB, endast text, ny flik).