Kolcykeln - introduktion

Av och till i klimatdebatten hänvisas till kolcykeln, gärna som bakgrund till argumentet att människans utsläpp av fossilt CO₂ är så litet att det är försumbart, eller att koldioxidens uppehållstid i atmosfären är på endast 5 år, vilket gör att scenarion över hundra år är helt irrelevanta. Men håller dessa påståenden och hur fungerar kolcykeln och flödet av koldioxid egentligen?

Kol är förmodligen det viktigaste elementet för liv på jorden. Kol finns i alla kända livsformer och i människokroppen är kol efter syre det vanligaste elementet. Kol är det 15:onde vanligaste elementet i jordens skorpa, det fjärde vanligaste i universum (mätt i massa) och i atmosfären finns kol i stora mängder i gasen koldioxid som är den fjärde vanligaste i atmosfären.

Kolcykeln är ett försök att beskriva hur kol rör sig på jorden inom och mellan biosfären (jordens alla ekosystem), geosfären (den hårda delen av jorden, sten etc.), hydrosfären (vatten i olika former) och atmosfären (ofta pratar man också om pedosfären, jordskorpans yttersta skikt). Vi kommer i separata poster hantera flödena runt biosfären, hydrosfären och atmosfären och hur förbränningen av fossila bränslen påverkar flödena och mängden kol i de olika sfärerna. Men vi börjar med en kort överblick.


Bilden ovan är från IPCC:s 2007 rapport och svarta siffror beskriver mängden kol i reservoaren innan industrisamhället (innan 1750), röda siffror beskriver förändringen i mängden kol sedan dess. De svarta pilarna beskriver flödet av kol som inte förts ut av människan och de röda pilarna flödet av kol som kommit in i cykeln genom mänsklig aktivitet.

Man kan på bilden se att det är biosfären och hydrosfären som i första hand på kort tid reglerar hur mycket kol och därigenom koldioxid som finns i atmosfären. Men utvidgar man tiden och pratar om så kallad geologisk tid är det främst de små flödena vittring av jordskorpan, vulkanism (mycket mycket mindre än mänskliga utsläpp idag) och sedimentation i djuphavet som reglerar halten koldioxid i atmosfären. Vittringen har också en något självreglerande effekt på koldioxid eftersom ökad koldioxidhalt leder till höjd temperatur vilket i sin tur leder till ökad vittring vilket då gör att koldioxidhalten minskar igen, men detta sker alltså över mycket lång tid.



För att ta reda på flödena mellan olika reservoarer använder man sig främst av isotopmätningar. Isotoper är helt enkelt olika atomer med samma kemiska egenskaper (isotop betyder "samma typ") men med olika massor. Kol består av tre olika isotoper, ¹⁴C, ¹³C och ¹²C. ¹²C är den vanligaste. ¹³C utgör ca 1% av alla kolatomer. ¹⁴C är bara ungefär 1 av tusen miljarder kolatomer. ¹²C är den lättaste av isotoperna.

Eftersom olika isotoper har olika massa så kommer de att bete sig lite olika, till exempel har lättare isotoper högre hastighet i gas än tyngre. Det är också så att molekyler som till exempel koldioxid är olika stabila beroende på vilken isotop de består av. Tyngre isotoper ger starkare bindningar och är därför stabilare. Allt detta gör att vi har olika mängd av olika isotoper i olika föreningar. Till exempel skiljer sig isotopsammansättningen hos fossila bränslen åt från atmosfärens, precis som olika bergarters isotopsammansättning kan skilja sig åt. Detta kan också vara temperaturberoende och tryckberoende men det ger oss i alla fall möjligheten att följa olika reservoarers förändringar och flöden i kolcykeln. För den som vill veta mer om hur allt detta fungerar rekommenderar jag boken Isotopes principles and applications.