Weinig of geen elementen zijn zo veelzijdig als koolstof. Het koolstofatoom heeft vier valentie-elektronen, waardoor het meer verbindingen kan vormen dan enig ander element, en dat feit maakt het onmisbaar bij de ontwikkeling van levende organismen. Dit veelzijdige en overvloedige element fietst regelmatig door de atmosfeer, de hydrosfeer, de geosfeer en de biosfeer van de aarde, die in wezen een lijst met koolstofreservoirs vormen.
De atmosfeer is vooral belangrijk in de koolstofcyclus omdat het een koolstofdioxidereservoir is. Kooldioxide is een gas en fotosynthetiserende planten in de biosfeer, die een ander belangrijk reservoir in de koolstofcyclus vormen, zijn ervan afhankelijk voor hun ademhaling. De hydrosfeer, die alle oceanen van de wereld omvat, heeft echter aantoonbaar een grotere impact, omdat oceanen 70 procent van het oppervlak van de planeet beslaan. De geosfeer van haar kant houdt koolstof vast in vaste structuren die millennia meegaan en geeft het vrij door vulkanische activiteit.
Definitie van koolstofcyclus
Proberen te bepalen waar de koolstofcyclus begint, lijkt een beetje op proberen te bepalen wat er eerst was, de kip of het ei, maar laten we beginnen met de geosfeer. Koolstof die eeuwenlang in sedimentair gesteente is opgesloten, wordt door vulkanen als koolstofdioxide in de atmosfeer vrijgegeven. Een deel ervan wordt door planten gebruikt voor de ademhaling en een deel lost op in de oceanen. Sommige keren ook terug naar de aarde als sediment dat gedurende eeuwen is gevormd door erosie en andere natuurlijke processen.
Levende wezens die koolstofdioxide uitscheiden als onderdeel van hun ademhalingsproces, helpen de concentratie van koolstofdioxide in de atmosfeer te handhaven. Bovendien wordt de meeste – maar niet alle – koolstofdioxide die oplost in zeewater opnieuw opgenomen in de atmosfeer. Op deze manier cirkelt koolstof onophoudelijk door de ecosystemen van de aarde.
De atmosfeer als reservoir in de koolstofcyclus
Kooldioxide is slechts goed voor ongeveer 0,04 procent van de gassen in de atmosfeer. De afgelopen 800.000 jaar is de concentratie van kooldioxide onder de 300 delen per miljoen gebleven. Het begon echter te stijgen tijdens de industriële revolutie en is de afgelopen 50 jaar met gemiddeld 0,6 ppm per jaar gestegen. In 2018 rapporteerden de wetenschappers van het Mauna Loa Observatorium in Hawaï dat de concentratie 410,79 ppm was (zie bronnen). Wetenschappers schrijven de opkomst toe aan menselijke activiteit.
De snelle stijging verstoort de koolstofcyclus. Een deel van de overtollige koolstofdioxide wordt opgenomen in de oceanen of gebruikt voor de ademhaling, maar het meeste but blijft in de atmosfeer, waar het wordt gecombineerd met andere sporengassen om een verwarmend effect op de te creëren planeet. Het is een broeikasgas en wetenschappers maken zich zorgen over de snelle stijging van de concentratie in de atmosfeer.
De oceanen zijn een ander belangrijk koolstofdioxidereservoir
De oceanen absorberen ongeveer 25 procent van de atmosferische koolstofdioxide. Zeedieren zijn in staat om het om te zetten in schelpen voor hun lichaam die uiteindelijk als sediment op de oceaanbodem vallen. Bovendien gebruiken algen en andere fotosynthetiserende zeeflora koolstofdioxide rechtstreeks voor de ademhaling.
Wanneer koolstofdioxide oplost in zeewater, produceert het koolzuur. De stijgende hoeveelheden koolstofdioxide in de atmosfeer produceren dus een overeenkomstige toename van de verzuring van de oceaan. Dit heeft een schadelijk effect op zeedieren, omdat het hun schelpen zwakker en brozer maakt. Erger nog, op een gegeven moment zullen de oceanen te zuur worden om nog meer koolstofdioxide uit de atmosfeer te absorberen. Dat zou de versnelde stijging van de atmosferische kooldioxide in een overdrive kunnen zetten en een meteorische stijging van de temperatuur van het aardoppervlak kunnen veroorzaken.