Hier.nu

Koolstofkringloop: de natuurlijke klimaatbuffer van de aarde

De koolstofkringloop is de natuurlijke kringloop van koolstof tussen het aardoppervlak en de atmosfeer die ervoor zorgt dat beide steeds een min of meer constante hoeveelheid koolstof bevatten, bijvoorbeeld in de vorm van biomassa (oppervlak) en van CO2 (atmosfeer).

In dit natuurlijke evenwicht is de totale CO2-emissie dus ongeveer gelijk aan de totale CO2-opslag. Zo nemen levende planten steeds ongeveer evenveel CO2 uit de lucht op, als er door bosbranden of de rotting van dode planten weer vrijkomt.

Maar de natuurlijke koolstofkringloop nog een laag dieper: ook de diepe aarde en de oceanen spelen een rol. Onderstaande figuur laat mooi zien hoe de grote, trage koolstofkringloop in een aantal korte, snellere kringlopen valt op te delen. In de natuurlijke situatie, zijn zowel de grote, als de kleine cirkels in evenwicht. (Tegenwoordig gaan er echter ook pijlen van het land naar de atmosfeer, die niet meer in de kringloop passen, zoals de extra CO2-uitstoot door ontbossing en industriële activiteiten, zie ook afbeelding.)



Een deel van de koolstof aan het aardoppervlak wordt niet (na verloop van tijd) weer afgestaan aan de korte kringloop met de atmosfeer, maar verdwijnt in dikke veenpakketten. Als de bodemdaling in zo'n gebied lang genoeg doorgaat worden deze lagen van dood organisch materiaal steeds dikker, waardoor de druk (onderin) toeneemt. Zo vormt zich in eerste instantie bruinkool, dan steenkool en aardolie en aardgas.

Ook de oceanen hebben een 'carbon sink', die CO2 uit de atmosfeer in de diepe kringloop kan brengen. De CO2 wordt eerst opgenomen door plankton en ander marien leven, waarbij calciumcarbonaten worden gevormd. Na het afsterven van de organismen worden op de oceaanbodem dikke pakketten kalksteen gevormd, waar de CO2 in ligt opgeslagen.

Betekent dit dat er in de natuurlijke situatie langzaam koolstof verdwijnt uit de kringloop tussen aardoppervlak en atmosfeer? Nee. Want ook de tektonische bewegingen van het aardoppervlak zijn met elkaar in evenwicht. Zo zijn er altijd ongeveer evenveel gebieden die dalen (en waar dus diepe CO2-opslag plaatsvindt) als gebieden die worden opgeheven. In opheffingsgebieden kunnen miljoenen jaren oude koolstoflagen weer aan het aardoppervlak komen. Daar oxideren ze langzaam, zodat er weer CO2 wordt toegevoegd aan de atmosfeer.

De processen van bodemdaling en bodemopheffing verlopen op geologische tijdschalen, dus uiterst langzaam. Deze tweede, diepe natuurlijke koolstofkringloop zorgt ervoor dat de atmosferische CO2-concentratie ook over periodes van miljoenen jaren min of meer constant blijft.

De mens verstoort echter beide koolstofkringlopen. Door ontbossing wordt er aan het aardoppervlak steeds minder CO2 opgeslagen en door verzuring van de oceanen kan ook de hoeveelheid fytoplankton afnemen.

Daarnaast halen wij grote hoeveelheden koolstof uit de diepe aarde omhoog. Bij de verbranding van deze fossiele brandstoffen komen grote hoeveelheden CO2 in de atmosfeer, die anders nog miljoenen jaren zouden zijn opgeslagen. (Bovendien zou deze koolstof in de natuurlijke situatie nooit sneller vrijkomen dan het tempo waarin er elders weer nieuwe koolstoflagen zouden vormen.)

De mens verstoort dus de natuurlijke koolstofkringloop doordat de CO2-opslag kleiner is geworden en (vooral) doordat de CO2-emissie sterk is gestegen. Hierdoor is de CO2-concentratie in de atmosfeer nu al twee keer zo hoog als in de natuurlijke situatie. Dit leidt tot het versterkte broeikaseffect en daarmee tot klimaatverandering.

Daarnaast is er nog geen nieuw evenwicht bereikt. Zolang de grootschalige verbranding van fossiele brandstoffen doorgaat, blijft de CO2-emissie vele malen hoger dan de natuurlijke CO2-opslag. De CO2-concentratie blijft dan stijgen en het broeikaseffect wordt alsmaar sterker.

Missing sink
Wetenschappers hebben overigens de natuurlijke koolstofkringloop nog niet helemaal 'rond' gekregen. Wellicht is er nog ergens sprake van een 'missing sink'. Vooral de precieze CO2-opname van de uitgestrekte bossen in Canada en Siberië is niet goed bekend.

Update: Wetenschappers denken dat deze boreale bossen sinds de jaren '90 meer CO2 uitstoten dan ze opnemen. Dit wordt onder andere veroorzaakt door temperatuurstijging en uitdroging, die een groter effect hebben dan eventuele 'CO2-fertillisatie'.