Karbonkretsløpet

Karbon inngår i de to viktige drivhusgassene CO₂ og CH₄, og derfor er det interessant å få en oversikt over karbonets veier mellom forskjellige reservoarer i naturen. Denne oversikten skiller ikke mellom ulike former for karbon. Alle mengder er oppgitt i petagram karbon. For et CO₂-molekyl er det altså bare vekten av C-atomet som telles med. Dette er fornuftig siden karbonet finnes i ulike former: I atmosfæren hovedsakelig som CO₂ mens levende biomasse inneholder en hærskare av kompliserte karbonforbindelser. Ved bare å veie C-atomene blir det enklere å sette opp "budsjetter" for hvordan karbonet beveger seg i systemet. For de som ønsker å sammenligne de karbonmengdene som presenteres her med tilsvarende mengder drivhusgasser, som gjerne oppgis i petagram (=gigatonn) CO₂-ekvivalenter, så kan følgende omregningsfaktorer brukes:

C -> CO₂: multipliser med 3.664
CO₂ -> C: multipliser med 0.273

CO₂-konsentrasjonen i atmosfæren oppgis også som "parts per million" (ppm). Denne enheter angir antall CO₂-molekyler i tørr luft i forhold til alle molekyler i denne luften. Hvis atmosfæren inneholder 400 ppm CO₂, betyr dette altså at av 1 million luftmolekyler (som for det meste omfatter N₂ og O₂) er 400 molekyler CO₂. IPCC opererer med en omregningsfaktor fra ppm til PgC på 2.12. Dvs. 400 ppm CO₂ svarer til 2.12*400 = 848 PgC.

Karbonets naturlige kretsløpet omfatter først og fremst to viktige prosesser: Fotosyntesen, hvor CO₂ blir tatt opp i planter og bidrar til plantenes vekst, samt respirasjon, hvor CO₂ slippes ut fra både planter og dyr når oksygen reagerer med karbonholdige næringsstoffer for å gi energi.

En IPCC-rapport fra 2013 har et kapittel som beskriver karbonkretsløpet: [L78]. En figur på side 471 viser hovedtrekkene i karbonkretsløpet:

Jeg skal forsøke å gjengi de viktigste poengene i denne figuren:

Figuren viser dels mengden karbon i ulike reservoarer (atmosfære, vegetasjon etc.), og dels transport av karbon (flux) mellom reservoarene. Karbonmengde i reservoarene er gjennomsnittstall for perioden 2000-2009, og er oppgitt i PgC, dvs. petagram karbon. Ett petagram er det samme som ett gigatonn, dvs. 1 000 000 000 tonn. Transport mellom reservoarene representerer verdier som var gyldige da rapporten ble skrevet, dvs. 2010 eller litt senere. Transportverdiene er oppgitt i PgC/år.

Figuren skiller mellom verdier som var gyldige i førindustriell tid (før 1750) og verdier som skyldes menneskelig påvirkning. Førindustrielle verdier er angitt med sort skrift, mens tall med rød skrift viser menneskelig påvirkning. Summen av disse to verdiene for et reservoar representerer den totale mengden i reservoaret. Tilsvarende utgjør summen av røde og sorte tall langs en transpotvei den totale mengden som transporteres over et år.

Figuren inneholder et vell av opplysninger, og for min del synes jeg det er vanskelig å få en god oversikt bare ved å studere figuren grundig. Jeg har derfor valgt å presentere disse opplysningene litt mer stykkevis, og vil begynne med situasjonen i førindustriell tid.

Tallene i figuren er ment å beskrive et "budsjett" der summen av transport til og fra reservoarene skal ende opp som null. Dette betyr at tallene er oppgitt med en unaturlig nøyaktighet, og usikkerheten er i liten grad tatt hensyn til. Jeg har likevel stort sett valgt å bruke disse tallene som de står i figuren.

Wikipedia har også en oversikt over karbonkretsløpet: [L77].

Karbonkretsløpet i førindustriell tid

De viktigste karbonreservoarene omfatter havet, atmosfæren, jordsmonnet og biomasse på landjorden. Disse reservoarene utveksler karbon på ulike måter slik at en likevektstilstand mellom reservoarene blir opprettholdt over tid. I tilegg finnes det andre reservoarer, slik som sedimenter på havbunnen, lagre av fossilt karbon og karbon lagret i permafrost, men i føridustriell tid utvekslet disse bare ubetydelige mengder karbon med de andre reservoarene.

Havet har det absolutt største innholdet av karbon i form av uorganisk karbon, dvs. CO₂ og forbindelser som dannes av CO₂. Dette er karbonsyre og salter som dannes av karbonsyre. Tilsammen er 38000 PgC lagret i havet i form av disse forbindelsene. Havet er imidlertid lagdelt, og det er stor forskjell på hvordan karbonet oppfører seg i overflatelaget i forhold til lagene dypere ned. Det øverste laget (overflatelaget) er omtrent 200 meter dypt i gjennomsnitt. Tykkelsen på dette laget varierer både geografisk og i tid avhengig av årstider og breddegrad [L79]. Det som karakteriserer dette laget er at vind og bølger fører til en omveltning av vannmassene over en forholdsvis kort tidshorisont. Derfor blir gasser som absorberes i overflaten, slik som CO₂, blandet nedover i hele laget. Overflatelaget er også varmere enn dypvannet, og siden kaldere vann er tyngre enn varmere vann (i alle fall for temperaturer over 4 °C), bidrar dette til at dypvannet holder seg i dypet. Omveltningen som skjer mellom overflatelaget og de dypere lagene tar 10-100 ganger så lang tid som omveltningene innenfor overflatelaget.

Overflatelaget inneholder 900 PgC mens dypvannslaget inneholder de resterende 37100 PgC. Hvert år utveksles 90-100 PgC mellom disse to lagene. Levende organismer i havet regnes som et eget delreservoar i havet som også utveksler karbon med overflatelaget og dypet (ca. 50 PgC per år). Mellom overflatelaget og atmosfæren utveksles det ca. 60 PgC per år begge veier.

Biomasse på jordoverflaten (noe misvisende kalt "vegetation" i figuren) omfatter levende dyr og planter og mikroorganismer i jordsmonnet. Dette reservoaret inneholder 450-650 PgC. Jordsmonnet inneholder 1500-2400 PgC i form av dødt organisk meteriale.

Atmosfæren inneholdt i førindustriell tid 589 PgC (usikkerhet ikke oppgitt i figuren). Den viktigste tilførselen av karbon til atmosfæren skyldes respirasjon fra levende biomasse, samt skogbranner. Dette utgjør 107.2 PgC per år. I tillegg mottar atmosfæren mindre mengder karbon fra andre kilder. Netto tilførsel fra hav og ferskvann er tilsammen 1.7 PgC per år. Fotosyntesen transporterer 108.9 PgC per år fra atmosfæren til levende biomasse.

Karbonkretsløpet i vår tid

Karboninnholdet i atmosfæren har øket med 230-250 PgC siden førindustriell tid, og er i 2010 på ca. 829 PgC. Dette skyldes forbrenning av fossilt karbon og sementproduksjon (ca. 7.8 PgC/år) samt nettovirkningen av endret bruk av land (ca. 1.1 PgC/år). Noe av karbonet som slippes ut på denne måten absorberes i havet (ca. 2.3 PgC/år) og blir tatt opp av vegetasjonen på grunn av øket vekst (ca. 2.6 PgC/år). Summen av utslipp fratrukket det som tas opp i havet og vegetasjonen gir en tilvekst til atmosfæren på 4 PgC/år.

En nyere oversikt over karbonkretsløpet finnes i en artikkel utgitt i regi av The Global Carbon Project [L108]. Denne artikkelen [L107] viser situasjonen i 2018, og har også fremskrivninger for 2019. I 2018 var fossile utslipp av karbon kommet opp i ca. 10 PgC/år, og virkningen av endret bruk av land ca 1.5 PgC/år. De samlede menneskeskapte utslipp på 11.5 PgC/år ble delvis tatt opp i havet (2.6 PgC/år) og delvis av vegetasjon på land (3.5 PgC/år). Tilveksten av karbon i atmosfæren for 2018 utgjorde 5.1 PgC. Summen av opptak i havet, på land og det som ble igjen i atmosfæren utgjør 11.2 PgC. I forhold til samlede utslipp på 11.5 PgC, er det altså en ubalanse på 0.3 PgC (11.5-11.2) som ikke er gjort rede for. Dette skyldes at alle disse anslagene er usikre og basert på uavhengige datakilder. Da er det ikke rart at en slik ubalanse oppstår, og størrelsen på denne ubalansen jo egentlig ikke veldig stor.

sist oppdatert: 2021-04-16