Uhlíkový cyklus (koloběh uhlíku): jak uhlík putuje Zemí
Uhlíkový cyklus: jak uhlík putuje Zemí — od sopek a spalování fosilních paliv přes fotosyntézu, oceány a sedimenty až po návrat při subdukci a dopad lidských emisí.
Koloběh uhlíku je způsob, jakým se na Zemi uhlík přesouvá a ukládá mezi různými „zásobníky“ — atmosférou, živými organismy (biosférou), půdou, oceány a horninami (litosférou). Některé části tohoto koloběhu probíhají velmi rychle (hodiny až roky), jiné trvají stovky milionů let. Celý proces ovlivňuje klima planety, kvalitu oceánů i úrodnost půd.
Hlavní zdroje a přísuny uhlíku do atmosféry
Uhlík se do koloběhu dostává z přírodních zdrojů i lidských činností. Mezi přirozené zdroje patří sopky a uvolňování z oceánů. Mezi lidské zdroje dominují spalování fosilních paliv a změny užívání půdy (zejména odlesňování).
Uhlík se do koloběhu uhlíku dostává hlavně ze sopek a spalováním fosilních paliv, jako je uhlí a plyn. Po většinu historie byly největším zdrojem uhlíku do uhlíkového cyklu sopky, ale v posledních sto letech lidé spalující fosilní paliva přidávají do ovzduší asi stokrát více CO2 než sopky. To znamená, že na každou tunu CO2 přidanou do ovzduší sopkami připadá asi 100 tun CO2 přidaných do ovzduší lidmi.
Jak se uhlík z atmosféry odstraňuje
Hlavní způsob, jakým se uhlík dostává z atmosféry, je fotosyntéza prováděná živými organismy. Rostliny a fotosyntetické mikroorganismy (řasy, sinice) zachycují CO2 a přeměňují ho na organické látky, které tvoří jejich těla. Část tohoto uhlíku se vrací do atmosféry dýcháním a rozkladem mrtvých organismů; část se však ukládá do půdy nebo sedimentů, kde může zůstat po dlouhá období.
Část se uvolňuje při jejich odumírání a rozkladu, ale část se pohřbívá v sedimentech. To je znázorněno na obrázku. Sediment se mění na horninu a právě karbonátové horniny, jako je vápenec, obsahují nyní pevný CO2. Část uhlíku z rostlin se také stává součástí půdy, kde může zůstat dlouhou dobu, než se rozloží.
Chemické a geologické procesy
Jiný proces odstraňuje CO2 ze vzduchu. Zvětrávání deštěm vyplavuje CO2 ve formě zředěné kyseliny uhličité. Ta reaguje s horninami a pomáhá je rozpouštět a ničit. Rozpuštěné produkty zvětrávání jsou pak splavovány do řek a oceánů, kde se ukládají jako sedimenty, často ve formě uhličitanů.
"Zvětrávání je velkým spotřebitelem atmosférického oxidu uhličitého, který je nezbytný pro rozpouštění hornin."
Část CO2 je také rozpuštěna v oceánu. V současné době oceány každoročně přijímají více CO2, než uvolňují. Tím se však oceány stávají kyselejšími, protože rozpuštěný CO2 tvoří kyselinu uhličitou, která snižuje pH mořské vody a omezuje tvorbu vápenatých schránek u některých organismů.
Role sedimentárních hornin a deskové tektoniky
Zásoba uhlíku v sedimentárních horninách je mnohem větší než množství CO2 v atmosféře (to není znázorněno na obrázku). Organický uhlík i karbonáty uložené v sedimentech se ukládají po dlouhé geologické období. Nakonec se do ovzduší vrátí při subdukci oceánských desek v rámci deskové tektoniky. Na okrajích hranic desek (a na některých dalších místech) vznikají sopky a chrlí CO2. Tím se cyklus uzavírá.
Časové škály a skladby uhlíku
Různé části koloběhu pracují v rozdílných časových škálách:
Lidský vliv a důsledky
Od průmyslové revoluce lidé významně zasahují do uhlíkového koloběhu. Spalováním fosilních paliv a ničením lesů se do atmosféry dostává značné množství CO2, což zvyšuje skleníkový efekt a vede ke globálnímu oteplování. Současná koncentrace atmosférického CO2 je výrazně vyšší než v preindustriálním období, což má důsledky pro klima, mořskou chemií i biologické společenstva.
Další důsledky zahrnují:
Možnosti zmírnění
Snížení emisí fosilních paliv, ochrana a obnova lesů, udržitelné hospodaření s půdou a rozvoj technologií pro zachytávání a ukládání uhlíku (CCS) jsou hlavní způsoby, jak omezit nárůst atmosférického CO2. Rovněž důležité jsou opatření na zvýšení schopnosti přírodních systémů ukládat uhlík — například zlepšení kvality půd a ochrana mokřadů.
Porozumění koloběhu uhlíku je klíčové pro předvídání klimatu a plánování opatření, která pomohou udržet stabilní a obývatelnou planetu.
Schéma koloběhu uhlíku. Černá čísla ukazují, kolik uhlíku je uloženo v jednotlivých fázích v miliardách tun ("GtC" znamená gigatuny uhlíku a čísla byla zaznamenána kolem roku 2004). Fialová čísla ukazují, kolik uhlíku se každoročně přesune mezi jednotlivými fázemi. Sedimenty, jak jsou definovány v tomto diagramu, nezahrnují ~70 milionů GtC karbonátových hornin a kerogenu (dalších organických usazenin).
Souhrn
Koloběh uhlíku je proces, při kterém je uhlík recyklován v ekosystému. Koncentrace uhlíku v živé hmotě (18 %) je téměř stokrát vyšší než jeho koncentrace v zemi (0,19 %). Živé organismy tedy získávají uhlík ze svého neživého prostředí. Aby život mohl pokračovat, musí být tento uhlík recyklován. Podrobný pohled na koloběh uhlíku naleznete v diagramu. Příkladem cesty, kterou uhlík v tomto koloběhu prochází, je oxid uhličitý v atmosféře, který je absorbován rostlinami a využit při fotosyntéze k výrobě cukrů, které rostliny využívají k výrobě energie. Když rostlina odumře, rozloží se a uhlík uložený v rostlině se během milionů let vytvoří z uhlí (fosilní palivo). Uhlí se spaluje a uvolňuje oxid uhličitý, který se dostává do atmosféry.
Koloběh uhlíku a vliv lidské činnosti na něj jsou v současné době velkým tématem mezinárodních zpráv. Fosilní paliva jsou neobnovitelným zdrojem, což znamená, že je nelze snadno nahradit. Od roku 1900 se naše spotřeba fosilních paliv každých 20 let téměř zdvojnásobila. Toto uvolňování oxidu uhličitého přispívá ke skleníkovému efektu a kyselým dešťům.
Koloběh uhlíku objevili Joseph Priestley a Antoine Lavoisier a zpopularizoval ho Humphry Davy.
Související stránky
- Orbitální uhlíková observatoř
- koloběh vody
- koloběh dusíku
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to koloběh uhlíku?
Odpověď: Koloběh uhlíku je způsob, jakým se na Zemi ukládá a nahrazuje uhlík. Zahrnuje procesy, které trvají stovky milionů let, i ty, které probíhají každoročně.
Otázka: Jakými hlavními způsoby se uhlík dostává do uhlíkového cyklu?
Odpověď: Hlavní způsoby, jak se uhlík dostává do uhlíkového cyklu, jsou sopky a spalování fosilních paliv, jako je uhlí a plyn. V nedávné historii lidé spalující fosilní paliva přidávali do ovzduší asi stokrát více CO2 než sopky.
Otázka: Jak fotosyntéza odstraňuje CO2 z atmosféry?
Odpověď: Fotosyntéza živých organismů odstraňuje CO2 z atmosféry tím, že jej přijímá k výrobě energie. Část se uvolňuje při jejich smrti a rozkladu, ale část se také pohřbívá v sedimentárních horninách.
Otázka: Jak pomáhá zvětrávání rozpouštět horniny?
Odpověď: Zvětrávání deštěm vyplavuje CO2 ve formě zředěné kyseliny uhličité, která pak reaguje s horninou a pomáhá ji rozpouštět a ničit. Tento proces také končí jako sediment, který pomáhá dokončit cyklus.
Otázka: Kde jinde se ještě rozpouští CO2?
Odpověď: Část CO2 se také rozpouští v oceánech, kde může zůstat po dlouhou dobu, než se uvolní zpět do atmosféry nebo se stane součástí sedimentárních hornin.
Otázka: O kolik více CO2 přidali do ovzduší lidé ve srovnání se sopkami?
Odpověď: Na každou tunu CO2 přidanou do ovzduší sopkami připadá asi 100 tun CO2 přidaných do ovzduší lidmi spalováním za posledních sto let.
Otázka: Co je velkým spotřebitelem atmosférického oxidu uhličitého, který je nezbytný pro rozpouštění hornin ?
Odpověď: Zvětrávání je velkým spotřebitelem atmosférického oxidu uhličitého nezbytného pro rozpouštění hornin .
Vyhledávání