Koloběh uhlíku

Diagram koloběhu uhlíku. Černá čísla udávají v miliardách tun (gigatunách = Gt), kolik uhlíku je uloženo v různých rezervoárech. Fialová čísla udávají, kolik uhlíku se přesunuje danými směry každý rok. Do sedimentů v tomto diagramu není započítání přibližně 70 Gt uhličitanů a kerogenu.

Koloběh uhlíku je část biogeochemického cyklu; dochází při něm k výměně uhlíku mezi biosférou, pedosférou, geosférou, hydrosférou a atmosférou Země. Mezi další hlavní biogeochemické cykly patří koloběh dusíku a koloběh vody. Uhlík je hlavní složkou biologických sloučenin a také hlavní složkou mnoha minerálů, například vápence. Koloběh uhlíku zahrnuje sled událostí, které jsou klíčové pro to, aby Země byla schopna udržet život. Popisuje pohyb uhlíku, který je recyklován a znovu využíván v celé biosféře, a také dlouhodobé procesy sekvestrace uhlíku do propadů a jeho uvolňování z nich.

Pro popis dynamiky koloběhu uhlíku lze rozlišovat mezi rychlým a pomalým koloběhem uhlíku. Rychlý cyklus uhlíku se také označuje jako biologický cyklus uhlíku. Rychlý cyklus uhlíku může být dokončen během několika let, kdy dochází k přesunu látek z atmosféry do biosféry a poté zpět do atmosféry. Pomalé neboli geologické cykly (nazývané také hluboký cyklus uhlíku) mohou trvat miliony let a látky se při nich přesouvají v zemské kůře mezi horninami, půdou, oceánem a atmosférou.[1]

Lidská činnost narušuje rychlý koloběh uhlíku již po mnoho staletí změnou využití půdy a navíc v důsledku nedávné průmyslové těžby fosilního uhlíku (těžba uhlí, ropy a zemního plynu a výroba cementu) z geosféry.[2][3] Do roku 2020 se obsah oxidu uhličitého v atmosféře zvýšil téměř o 52 % oproti předindustriálnímu období, což si vynutilo větší ohřev atmosféry a zemského povrchu Sluncem.[4][5] Zvýšený obsah oxidu uhličitého také způsobil snížení hodnoty pH oceánů a zásadně mění chemii moří.[6][7] Většina fosilního uhlíku byla vytěžena jen za poslední půlstoletí a jeho množství nadále rychle roste, což přispívá ke změně klimatu způsobené člověkem.[8][9]

Hlavní zásobníky

Koloběh uhlíku byl poprvé popsán Antoinem Lavoisierem a Josephem Priestleym a zpopularizován Humphry Davym.[10] Globální koloběh uhlíku se nyní obvykle dělí na následující hlavní zásobníky uhlíku (nazývané také uhlíkové pooly), které jsou vzájemně propojeny cestami výměny:[11]:s.5–6

  • Atmosféra.
  • Pozemská biosféra.
  • Oceán, včetně rozpuštěného anorganického uhlíku a živé i neživé mořské fauny a flóry.
  • Sedimenty, včetně fosilních paliv, sladkovodních systémů a neživého organického materiálu.
  • Vnitřek Země (plášť a kůra). Tyto zásoby uhlíku se vzájemně ovlivňují s ostatními složkami prostřednictvím geologických procesů.

K výměně uhlíku mezi zásobníky dochází v důsledku různých chemických, fyzikálních, geologických a biologických procesů. Oceán obsahuje největší aktivní zásobu uhlíku v blízkosti zemského povrchu.[12] Přirozené toky uhlíku mezi atmosférou, oceánem, suchozemskými ekosystémy a sedimenty jsou poměrně vyrovnané; bez vlivu člověka by tedy byla hladina uhlíku zhruba stabilní.[4][13]

Cyklus

Uhlík existuje v atmosféře hlavně jako plyn oxid uhličitý. Přestože tvoří velmi malý podíl atmosféry (asi 0,04 %), je zásadní pro život na Zemi. K ostatním atmosférickým plynům, které obsahují uhlík, patří methan a antropogenní chlor-fluorované uhlovodíky.

Mezi nejvýznamnější toky uhlíku patří oboustranná výměna mezi biosférou (i v půdě) a atmosférou o velikosti zhruba 120 gigatun za rok. Dále vzájemná výměna mezi hydrosférou a atmosférou (100 gigatun za rok).[zdroj?] Studie z roku 2022 ale ukázala, že cyklus je jinak velký (o 36 Gt za rok), než byly dřívější odhady a modely.[14] Oceány mohou ukládat o 40 Gt CO2 za rok více, než se předpokládalo.[15]

Člověk uvolňuje již 10 Gt uhlíku ročně (častěji se udává hmotnost vzniklého CO2, ta je 3,67× větší).[16]

Uhlík se z atmosféry dostává pryč několika způsoby:

Množství rozpuštěného oxidu uhličitého v oceánu (rok 1990)

Uhlík se do atmosféry dostává několika způsoby:

  • Respirací živočichů a rostlin. Při této reakci se organické molekuly rozkládají na vodu a oxid uhličitý.
  • Rozkládáním rostlinné a živočišné biomasy. Hlavní roli v tom mají houby a bakterie. Pokud je přítomen kyslík, mění organické látky na oxid uhličitý, pokud je prostředí anaerobní, mění organické látky na methan.
  • Spalováním organického materiálu. Při spalování fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn) se rozpadají organické látky, které se po miliony let ukládaly v biosféře.
  • Ve výrobních procesech, např. při výrobě vápna z vápence.
  • Při sopečných erupcích se uvolňují plyny, které mimo jiné obsahují oxid uhličitý. Množství uhlíku, které takto vznikne, plně kompenzuje úbytek uhlíku z atmosféry při zvětrávání.
  • Zvětráváním hornin s uhlíkem se uhlík dostává do atmosféry.[18]

Rozlišují se dva typy uhlíkového cyklu: biologický a geochemický. Základní hnací silou biologického cyklu je fotosyntéza rostlin a dýchání živočichů. Jedna molekula tímto cyklem projde za zhruba dvacet let. Geochemický cyklus je značně pomalejší a může funguje v závislosti na cyklu biologickém. Uhlíkový cyklus je složitým koloběhem, ve kterém se uhlík vyskytuje ve více formách, největší důležitost se však přikládá oxidu uhličitému. Uhlíkový cyklus je ovlivňován geochemickými procesy a také klimatem, člověk do něj významně zasahuje emisí právě oxidu uhličitého. Zhruba platí, že polovina člověkem vyprodukovaného CO2 zůstává v atmosféře, druhá polovina skončí v oceánech a na pevnině. Zjistit podíl uhlíku v atmosféře je díky moderní technice snadné, avšak zatím nelze přesně určit jeho množství v půdě a oceánech. Největším problémem je však určit množství uhlíku v ekosystémech.[19]

Všechny živé organizmy v sobě vážou uhlík. Nejjednoduššími jsou bakterie, žijící na základě chemosyntézy, které získávají uhlík jednoduchými reakcemi anorganických látek. Zelené rostliny spotřebovávají CO2 při fotosyntéze a přeměňují ho na kyslík, avšak stejně jako živočichové kyslík dýchají a přeměňují ho na oxid uhličitý. Po smrti živých organizmů dochází k rozkládání jejich těl, čímž vynikají uhlíkaté sloučeniny, ze kterých se později vytváří uhličitany, případně fosilní paliva. Stejně exkrecí organismů vzniká organický odpad, z něhož vznikají opět organické sloučeniny. Spalováním fosilních paliv poté vede ke zvýšení obsahu CO2 v atmosféře. V atmosféře zůstává cca polovina CO2, zbytek se dostává na pevninu a do oceánů, kde vytvářejí hydrogenuhličitany, uhličitany a CO2 obsažené ve vodě (CO2 je ve vodě rozpustné). Zvyšování podílu oxidu uhličitého v atmosféře se podílí na skleníkovém efektu, který zvyšuje teplotu vzduchu na Zemi, což znovu ovlivňuje živé organismy. Do uhlíkového cyklu je možné zahrnout potravní řetězec.

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Carbon cycle na anglické Wikipedii.

  1. ↑ SMITH, Hance D.; VIVERO, Juan Luis Suárez de; AGARDY, Tundi S. Routledge Handbook of Ocean Resources and Management. [s.l.]: Routledge 627 s. Dostupné online. ISBN 978-1-136-29482-2. (anglicky) 
  2. ↑ The Carbon Cycle. earthobservatory.nasa.gov [online]. 2011-06-16 [cit. 2023-12-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  3. ↑ FRIEDLINGSTEIN, Pierre; JONES, Matthew W.; O'SULLIVAN, Michael. Global Carbon Budget 2019. Earth System Science Data. 2019-12-04, roč. 11, čís. 4, s. 1783–1838. Dostupné online [cit. 2023-12-26]. ISSN 1866-3508. DOI 10.5194/essd-11-1783-2019. (English) 
  4. ↑ a b PRENTICE, I.C.; FARQUHAR, G.D.; FASHAM, M.J.R. The carbon cycle and atmospheric carbon dioxide. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. 
  5. ↑ US DEPARTMENT OF COMMERCE, NOAA. NOAA/ESRL Global Monitoring Laboratory - THE NOAA ANNUAL GREENHOUSE GAS INDEX (AGGI). gml.noaa.gov [online]. [cit. 2023-12-26]. Dostupné online. (EN-US) 
  6. ↑ US DEPARTMENT OF COMMERCE, National Oceanic and Atmospheric Administration. What is Ocean Acidification?. oceanservice.noaa.gov [online]. [cit. 2023-12-26]. Dostupné online. (EN-US) 
  7. ↑ Report of the Ocean Acidification and Oxygen Working Group. Biological Observatories Workshop [online]. [cit. 2023-12-26]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2011-07-15. 
  8. ↑ HEEDE, Richard. Tracing anthropogenic carbon dioxide and methane emissions to fossil fuel and cement producers, 1854–2010. Climatic Change. 2014-01-01, roč. 122, čís. 1, s. 229–241. Dostupné online [cit. 2023-12-26]. ISSN 1573-1480. DOI 10.1007/s10584-013-0986-y. (anglicky) 
  9. ↑ RITCHIE, Hannah; ROSADO, Pablo; ROSER, Max. CO₂ emissions by fuel. Our World in Data. 2023-12-20. Dostupné online [cit. 2023-12-26]. 
  10. ↑ HOLMES, Richard. The age of wonder: how the romantic generation discovered the beauty and terror of science. 1. United States ed. vyd. New York: Pantheon Books, 2008. 552 s. Dostupné online. ISBN 978-0-375-42222-5. 
  11. ↑ ARCHER, David. The Global Carbon Cycle. [s.l.]: Princeton University Press Dostupné online. ISBN 978-1-4008-3707-6. DOI 10.1515/9781400837076/html. (anglicky) 
  12. ↑ FALKOWSKI, P.; SCHOLES, R. J.; BOYLE, E. The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System. Science. 2000-10-13, roč. 290, čís. 5490, s. 291–296. Dostupné online [cit. 2023-12-26]. ISSN 0036-8075. DOI 10.1126/science.290.5490.291. (anglicky) 
  13. ↑ An Introduction to the Global Carbon Cycle. GLOBE Carbon Cycle [online]. University of New Hampshire [cit. 2023-12-26]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2016-10-08. 
  14. ↑ JIAN, Jinshi; BAILEY, Vanessa; DORHEIM, Kalyn; KONINGS, Alexandra G.; HAO, Dalei; SHIKLOMANOV, Alexey N.; SNYDER, Abigail. Historically inconsistent productivity and respiration fluxes in the global terrestrial carbon cycle. S. 1733. Nature Communications [online]. 2022-04-01. Roč. 13, čís. 1, s. 1733. Dostupné online. DOI 10.1038/s41467-022-29391-5. (anglicky) 
  15. ↑ FISCHER, Torsten. Do oceans absorb more CO2 than expected?. phys.org [online]. 2022-08-03 [cit. 2023-03-24]. Dostupné online. (anglicky) 
  16. ↑ Analysis: Global CO2 emissions set to rise 2% in 2017 after three-year ‘plateau’ | Carbon Brief. Carbon Brief. 2017-11-13. Dostupné online [cit. 2018-01-11]. (anglicky) 
  17. ↑ Deep sea mining zone hosts carbon dioxide-consuming bacteria, scientists discover. phys.org [online]. 2018-11-20 [cit. 2021-11-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  18. ↑ New research finds that ancient carbon in rocks releases as much carbon dioxide as the world's volcanoes. phys.org [online]. [cit. 2023-10-05]. Dostupné online. 
  19. ↑ BOHÁČEK, I. Globální cyklus uhlíku. Vesmír. Dostupné v archivu pořízeném dne 2013-10-10.  Archivováno 10. 10. 2013 na Wayback Machine.

Literatura

Související články

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

TIC oceans.png
(c) Plumbago na projektu Wikipedie v jazyce angličtina, CC BY 2.5
Annual mean sea surface dissolved inorganic carbon concentration for the present day (en:1990s) from the en:Global Ocean Data Analysis Project en:climatology. DIC here is in mmol kg-1 of en:seawater. It is plotted here using a en:Mollweide projection (using en:MATLAB and the M_Map package). Note that the GLODAP climatology is missing data in certain oceanic provinces including the en:Arctic Ocean, the en:Caribbean Sea, the en:Mediterranean Sea and the en:Malay Archipelago.
Carbon cycle-cute diagram.svg
This carbon cycle diagram shows the storage and annual exchange of carbon between the atmosphere, hydrosphere and geosphere in gigatons - or billions of tons - of Carbon (GtC). Burning fossil fuels by people adds about 5.5 GtC of carbon per year into the atmosphere.