Hvernig er hringrás kolefnis háttað í náttúrunni?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvernig er hringrás kolefnis háttað í náttúrunni?
Upprunalega hljóðaði spurningin svona:

Hver er hringrás kolefnis í náttúrunni? Og hvernig tengist hringrás þess hringrás vatns?

Hringrás kolefnis í náttúrunni er afar flókin og margbreytileg enda er kolefnið ein af lykilsameindum lífs hér á jörðu. Í hnotskurn er hægt að lýsa hringrásinni þannig að koltvíoxíð (CO₂) er numið úr andrúmslofti við ljóstillífun en skilar sér til baka við öndun og rotnun. Til þess að fá nánari mynd af þessari hringrás er ágætt að fylgjast með „dæmigerðu“ ferðalagi einnar kolefnisfrumeindar um vistkerfið.

Byrjum söguna í andrúmsloftinu þar sem kolefnisfrumeindin er í gasham og bundin tveimur súrefnisfrumeindum sem koltvíoxíð. Þaðan berst kolefnið í plöntu en plöntur nota koltvíoxíð sem hráefni við ljóstillífun. Við ljóstillífun tvístrast koltvíoxíðsameindin, kolefnið er notað til byggingar á lífrænu efni plöntunnar en súrefnisfrumeindirnar losna frá og fara út í andrúmsloftið (O₂).

Nánar má lesa um ljóstillífun í svörum Kesara Anamthawat-Jónssonar við spurningunum Hvernig geta plöntur breytt koltvíoxíði í súrefni? og Hvers vegna eru plöntur grænar en ekki fjólubláar eða svartar?

Kolefnisfrumeindin berst svo úr plöntunni yfir í dýraríkið þegar plantan er étin af grasbít sem fær orku úr lífrænum efnum hennar. Þegar hér er komið sögu er um tvær leiðir að ræða fyrir kolefnið okkar, annað hvort losnar það út við öndun grasætunnar sem koltvíoxíð (og þá erum við komin aftur á byrjunarreit) eða það verður að byggingarefni í dýrinu.

Ef það verður að byggingarefni heldur hringrásin áfram þegar grasbíturinn deyr. Þá rotnar dýrið með hjálp ýmissa smálífvera sem í vistfræðinni eru nefndar sundrendur eða rotverur, en það eru dýr af ýmsum flokkunarstigum, aðallega bakteríur og sveppir. Rotverurnar nærast á lífrænum leifum og sundra þeim en við öndun sundrendanna losnar koltvíoxíð út í andrúmsloftið sem úrgangsefni líkt og hjá grasbítnum. Þar með er kolefnisfrumeindin tilbúin að hefja annað hringferðalag, frá andrúmslofti í plöntu, þaðan yfir í dýr og aftur út í andrúmsloftið.

Hér hefur meginhringrás kolefnis í náttúrunni verið lýst í grófum dráttum, en það fer einnig aðrar leiðir. Ein slík er setmyndun kolefnis. Ef kolefni sem áður var í lífverum nær ekki að rotna og berast þannig út í andrúmsloftið festist það í setlögum jarðar. Þannig myndast mór í mýrum og síðar kol en olía og gas, sem einnig eru lífrænar leifar, myndast sennilega undir sjó. Nánar má lesa um þessi ferli í svörum Sigurðar Steinþórssonar við spurningunum Hvað eru steinkol og til hvers eru þau notuð? og Hvernig myndast jarðolía? og svari Leifs Símonarsonar við spurningunni Hversu margir lítrar af olíu eru til í heiminum?

Gríðarleg kolamyndun varð á kolatímabilinu fyrir rúmlega 300 milljónum ára. Kolefnið sem þannig varðveittist í jarðlögum barst ekki aftur í kolefnishringrásina fyrr en menn fóru að grafa upp og brenna kol og síðar olíu. Við brunann losnar kolefnið úr læðingi og berst í andrúmsloftið sem koltvíoxíð og er þar með komið aftur inn í hringrásina.

Í jarðlögum er einnig allmikið af kolefni bundið í kalksteini og öðrum stein- eða bergtegundum Mikil losun verður á kolefni úr þessari „lind“ við jarðhræringar og eldgos og berst það þar með út í andrúmsloftið og inn í meginhringrás kolefnis í náttúrunni.

Koltvíoxíð í lofti leysist einnig í vatni og sjó og myndar þar vetniskarbónatjónir HCO₃^- og karbónatjónir CO₃^2- sem síðan geta fallið út eða orðið hluti af skel smálífvera og myndað kalkstein.

Tenging kolefnis við hringrás vatns er óveruleg þó talsvert af kolefni skolist úr jarðveginum í sjó með ám og lækjum. Kolefnið á sér sjálfstæða hringrás frá vatni og öðrum efnum í vistkerfinu.

Mynd: Division of Biological Sciences - University of Georgia...