Uhlíkový cyklus

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 biogeochemický cyklus, při němž se uhlík, který lze považovat za základní stavební kámen veškerých organických sloučenin, vyměňuje mezi biosférou, litosférou, hydrosférou a atmosférou.

Rezervoáry uhlíku

Uhlík se vyskytuje na Zemi téměř všude, v živé i neživé přírodě. Nejvíce je ho zastoupeno v minerálech, zejména tedy v uhličitanech, v schránkách mořských živočichů, kterými jsou tvořeny i současné kontinentální horniny, dále je vázán například v nerostném bohatství (ropa, zemní plyn…), ve formě CO2 je zastoupen i v atmosféře.[1]

Mezi zemské rezervoáry uhlíku patří:[2]

  • hydrosféra (rozpuštěný oxid uhličitý a organická hmota) – téměř 40 000 gigatun.
  • sedimenty – uhličitany (uhličitan vápenatý, anglicky calcareous sediment obsahuje 80 000 000 gigatun),[3] látky s obsahem uhlíku, včetně fosilních paliv, která se odhadují na 746 gigatun.[4]
  • atmosféra (CO2) – okolo 800 gigatun
  • biosféra (organická živá i neživá hmota) – okolo 1900 gigatun.

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.[5] Oceány mohou ukládat o 40 Gt CO2 za rok více, než se předpokládalo.[6]

Člověk uvolňuje již 10 Gt uhlíku ročně (častěji se udává hmotnost vzniklého CO2, ta je 3,67× větší).[7]

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.[9]

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.[2]

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. ↑ Koloběh látek v přírodě [online]. [cit. 2016-02-13]. Dostupné online. 
  2. ↑ a b BOHÁČEK, I. Globální cyklus uhlíku. Vesmír. Dostupné v archivu pořízeném dne 2013-10-10.  Archivováno 10. 10. 2013 na Wayback Machine.
  3. ↑ Steady State Ocean [online]. The University of Texas at Dallas [cit. 2023-03-24]. Dostupné online. (anglicky) 
  4. ↑ HEEDE, Richard; ORESKES, Naomi. Potential emissions of CO2 and methane from proved reserves of fossil fuels: An alternative analysis. S. 12–20. Global Environmental Change [online]. 2016-01. Roč. 36, s. 12–20. Dostupné online. DOI 10.1016/j.gloenvcha.2015.10.005. (anglicky) 
  5. ↑ 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) 
  6. ↑ FISCHER, Torsten. Do oceans absorb more CO2 than expected?. phys.org [online]. 2022-08-03 [cit. 2023-03-24]. Dostupné online. (anglicky) 
  7. ↑ 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) 
  8. ↑ Deep sea mining zone hosts carbon dioxide-consuming bacteria, scientists discover. phys.org [online]. 2018-11-20 [cit. 2021-11-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  9. ↑ 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. 

Literatura

Související články

Externí odkazy

Zdroj