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:

  • rychlé: atmosféra–biosféra–povrchové oceány (hodiny až desetiletí),
  • střední: ukládání v půdě a hlubších částech oceánů (desítky až tisíce let),
  • velmi pomalé: tvorba hornin a fosilních paliv, subdukce a sopečná činnost (statisíce až stovky milionů let).
    • Celkové množství uhlíku v sedimentech a horninách je řádově větší než v atmosféře nebo biosféře.

    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:

  • okyselování oceánů, které ohrožuje organismy tvořící vápenaté schránky (korály, lastury),
  • změny v rozložení vegetace a půdního uhlíku, které ovlivňují zemědělství a biodiverzitu,
  • zrychlení koloběhu uhlíku v některých regionech vlivem vyšších teplot, což může vytvářet zpětné vazby zvyšující další oteplení.

    • 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.