Kam se ztratil oxid uhličitý?

středa 12. říjen 2011 11:35

Obsah oxidu uhličitého v atmosféře se mění. Automaticky se předpokládá, že optimální hodnoty jsou zhruba takové, jaké byly na počátku průmyslové revoluce. Zvyšování jeho obsahu v atmosféře je údajně nebezpečné a v důsledcích povede k závažným problémům včetně snížení zemědělské produkce.

Oxid uhličitý se na Zemi dostává do atmosféry sopečnou činností, oxidací organických látek (vlastně uhlíku obecně) a tedy i spalováním fosilních paliv. V atmosféře ho přibývá, je považován za jednu z hlavních příčin globálního oteplování. Optimální teplotu Země je ale problematické určit. Příznačné však je, že jako období klimatického optima se udávají období výrazně teplejší než zažíváme dnes.

1315304510.jpg ..
Kolísání koncentrace oxidu uhličitého v bublinách vzduchu v ledu z vrtu u stanice Vostok (tmavě modrá) a Epica Dome (světle modrá). Červeně  teplota určená z poměru různých izotopů kyslíku.
Nejstarší údaje jsou z doby před 800 tisíci lety (zdroj wikipedie).

 

V atmosféře je 0,0385% oxidu uhličitého. Zdá se to málo, ale odhady jsou od 1,6.1012 tun do 2,5.1012 tun, přibližně dvojnásobek je vázán v půdě a padesáti násobek v mořské vodě. To všechno je ale naprosto překonáno množstvím uhlíku, který je uložen v horninách – je ho tam více než 99% všech zásob na naší planetě. Do hornin se uhlík dostává několika cestami, zpět pak především zvětráváním a při sopečné činnosti. Aby se zachoval konstantní obsah oxidu uhličitého v atmosféře, musí být jeho přísun a odstraňování v rovnováze.

To, že se v současné době obsah oxidu uhličitého v atmosféře zvyšuje, bývá považováno za důsledek spalování fosilních paliv, jednoduše řečeno - nerovnováhu způsobili lidé. Je to sice přímé a elegantní vysvětlení, ale každou teorii je nutno ověřit. Máme k dispozici vzorky atmosféry z bublinek z ledovců v Grónsku a v Antarktidě. Nejsou tedy potřeba žádné modely, stačí změřit obsah oxidu uhličitého v těchto bublinkách. Vypadá to, že Země má téměř naprosto dokonalý recyklační systém, hodnoty se pohybují většinou mezi 0,0180% do 0,0300%. Současné zvýšení na 0,0385% by mohl být důsledek spalování fosilních paliv, zemědělství a urbanizace.

... Krumlov.jpg
  Vrstvy tuhy a vápence (mramoru) - Český Krumlov
.
  DSC00423.jpg
  Sloj černého uhlí - Polsko
.
  17.jpg
  Kaňon ve vápencích - Francie
.
  DSC04980.jpg
  Jeskyně ve vápenci - Bulharsko
.
  Velkolom.jpg
  Vápencový lom - Koněprusy, ČR
.

Cyklus uhlíku

Oxid uhličitý odebírají z atmosféry autotrofní organizmy (především zelené rostliny), které z CO2 a vody produkují za pomoci sluneční energie cukry. Ty pak rostlinám slouží jako zdroj energie a k produkci dalších organických látek. Naopak zpět do atmosféry se CO2 dostává dýcháním jak rostlin, tak živočichů, rozkladem organické hmoty pomocí hub a bakterií a spalováním organického materiálu.

Část organického materiálu se dostává do sedimentů a je překryta usazeninami. Postupně se mění v uhlí, ropu a zemní plyn. Tím je uhlík na velmi dlouhou dobu vyřazen z oběhu. Jen jeho malá část je využitelná jako ložiska paliv, naprostá většina je rozptýlená v hornině. Do atmosféry se může vrátit spalováním (ať už přírodním, nebo zužitkováním jako energetická surovina), nebo také při zvětrávání horniny.

Cyklus křemíku a vápníku

Horniny obsahující křemík a vápník zvětrávají působením CO2. Tím vznikají rozpustné produkty, jako je kyselina křemičitá a vápenaté a bikarbonátové ionty. Voda je splachuje do moře. Tam dochází k jejich srážení a usazování v podobě křemene a vápence, velmi často za spolupráce různých organizmů. Z bikarbonátů se při tomto procesu vrací do atmosféry pouze polovina CO2.

Ostatní oxid uhličitý je na velmi dlouhou dobu vyřazen z oběhu. Při posunu zemských desek se v místech, kde se oceánská deska podsouvá pod kontinentální, dostávají sedimenty do velké hloubky. Uhličitany a křemičitany tam spolu reagují, CO2 se uvolňuje a při sopečné činnosti se vrací do atmosféry. Vrásněním se dostávají horniny na povrch a cyklus se může opakovat.


Čím více bude v atmosféře oxidu uhličitého, tím více a rychleji bude přibývat organické hmoty, a také tím rychleji bude probíhat zvětrávací proces. Zrychlí se ukládání organické hmoty a uhličitanů v sedimentu, ale zároveň také odstraňování oxidu uhličitého z atmosféry. V podstatě jde o klasickou zpětnou vazbu.

Ještě lépe bude tento proces fungovat při zvýšení oxidu uhličitého v atmosféře spolu se zvýšením teploty. Čím bude tepleji, tím bude rychlejší zvětrávání a zároveň i odstraňování CO2 z atmosféry.

Závažnou otázkou však je, jestli je oxidu uhličitého v atmosféře dostatek nebo nedostatek. Celkem dobře o tom vypovídají současné rostliny. Ty získávají organické látky na stavbu svých těl pomocí fotosyntézy. Nižší obsah oxidu uhličitého vede k jejímu zpomalení, naopak vyšší znamená zrychlení. Optimum v atmosféře by tedy mohlo být až pětinásobek současné hodnoty. To je ale nutné potvrdit (případně vyvrátit). K tomu lze použít kolísání obsahu oxidu uhličitého v geologické historii naší planety a reakce současných rostlin na změny jeho množství v současné atmosféře.

Od začátku prvohor v kambriu až do permu obsah oxidu uhličitého postupně klesal, pak po jeho zvýšení během triasu následoval pokles až do současnosti (za pozornost stojí, že v permu bylo na Zemi rozsáhlé zalednění a na hranici mezi permem a triasem největší známé vymírání). Nejnižší hodnoty jsou v současnosti. To znamená, že dnešní obsah oxidu uhličitého v atmosféře je (velmi mírně řečeno) podprůměrný.

Celkovému obsahu oxidu uhličitého odpovídá množství biomasy (souhrnné hmoty živých organizmů). Podle některých autorů se snižuje již celou miliardu let. Perspektiva není příliš optimistická, jak oxidu uhličitého, tak i biomasy bude postupně ubývat. Zároveň bude v atmosféře i méně kyslíku. Rostliny dnes mají více průduchů než v třetihorách, potřebují lepší přístup k oxidu uhličitému. Více průduchů ale znamená pro rostlinu menší odolnost proti suchu. V atmosféře s vyšším obsahem oxidu uhličitého lze získat vyšší výnosy (toho se využívá při pěstování rostlin ve skleníku)

Dokonce i scénáře IPCC předpokládají, že vyšší obsah CO2 v atmosféře bude mít za následek růst biomasy a čisté primární produkce. Zvýšení zemědělské produkce by mohlo být 7 – 8 %. Rostliny v prostředí, kde je více CO2 také lépe snášejí sucho. Novější scénáře nevyznívají už tak jednoznačně optimisticky, nicméně v zemědělství, kde je možno dodávat potřebné další živiny hnojením, jsou výhody zvýšeného obsahu CO2 v atmosféře nesporné.

ubytek.jpg bioprodukce.jpg
Oxid uhličitý v atmosféře od prvohor do knce třetihor.
Zdroj Royer 2006

Klesání  množství biomasy (souhrnné hmoty živých organizmů) v geologické minulosti Země. Převzato z P. Ward a D. Brownlee

 

Proč tedy množství oxidu uhličitého v atmosféře naší planety stále ubývá?

Hybnou silou recyklace oxidu uhličitého je kontinentální drift. Bez něj by se uhlík (a uhličitany) nahromadily v sedimentech a život na Zemi by se vrátil k jednoduchým formám, nejspíše k bakteriím. Jenomže žádná recyklace není dokonalá. Navíc i sopečná činnost je v různých obdobích různě intenzivní. Část uhlíku tak přetrvává v zemské kůře velmi dlouho, toto množství se navíc postupně zvyšuje. Oxid uhličitý se neztratil. Je jen naprostou většinou uložen v zemské kůře a vyřazen z oběhu.

Kontinentální drift způsobil i současnou klimatickou anomálii. Doby ledové jsou ve skutečnosti naprosto netypickou a vzácnou událostí. K zalednění je nutná vhodná konfigurace pevnin, a právě kontinentální drift je posunuje.

Kontinentální drift je poháněn především radioaktivním teplem. Zásoba radioaktivních atomů se velmi pomalu, ale přece jen snižuje. V daleké budoucnosti se zastaví i pohyb kontinentů a velmi zpomalí nebo skončí i recyklační cykly, kterých se účastní uhlík. Z hlediska historie Země je současné mírné zvýšení obsahu oxidu uhličitého v atmosféře naprosto nepodstatnou epizodou. Vlastně může vrátit podmínky na naší planetě kousek do minulosti.

Múže to mít i nesporné výhody. Za posledních 6 000 let lidé způsobili snížení masy živé vegetace asi o 30%. Díky zvýšení CO2 v atmosféře a vyšší teplotě by se mohl stav napravit během pouhého století. Je však nutno upozornit, že různé druhy rostlin budou reagovat rozdílně.

Řeší se problém, jak se oxidu uhličitého zbavit. Přechází se na obnovitelné (a drahé) zdroje energie, hledají se (drahé a nebezpečné) možnosti uskladnění, prodávají se povolenky (vlastně odpustky), hrozí uhlíková daň. Jako vždy to ovšem znamená, že naprostá většina zaplatí horentní sumy preferované malé skupině.

Daleko výhodnější je péče o životní prostředí včetně udržení mikroklimatických lokalit. Krajina, která je členěná do různých celků, je i odolnější vůči případným klimatickým změnám. I u nás se zachovaly druhy z chladného období glaciálů, stejně, jako některé druhy z předchozích meziledových dob.

Rozhodně není náhodou, že nejvíce klimaskeptiků je mezi geology.

Informace nemusíme pracně hledat, jsou i v učebnicích. Tohle je z Učebnice anatomie a fysiologie rostlin pro farmaceuty a přírodovědce (prof. Bohumil Němec, prof. Silvestr Prát, prof. Jan Kořínek) a je to více než půl století straré:

Vzduch obsahuje normálně asi 0,03 (až 0,04) CO2, tedy asi 3 (až 4) litry CO2 v deseti tisících litrech vzduchu; to odpovídá asi 1/55 000 molekulárnímu roztoku; parciální tlak CO2 ve vzduchu je 0,0003 atmosfér. Tato hodnota je stálá jen tehdy, bereme-li průměr z velké řady měření nebo veliký areál. Přihlížíme-li k mikrolokalitě, kolísá obsah CO2 ve vzduchu velmi silně.

Za dobrých podmínek osvětlení a za vhodné teploty se zásoba CO2 v okolí intenzivně asimilujících rostlin dosti brzy vyčerpá; přes příznivé ostatní podmínky pak o intenzitě asimilace rozhoduje snížené množství CO2 jako činitele, který je v relativním minimu; na dobře osvětlených lánech to může znamenati dosti značný úbytek výnosu. Proto se doporučuje rostliny uměle „přihnojovati“ oxidem uhličitým; to je ovšem možné jen v prostorech alespoň částečně uzavřených (ve sklenících). Se stoupající koncentrací oxidu uhličitého stoupá proporcionálně také intenzita fotosyntézy a to až asi k pateronásobnému množství (do 0,15%); stupňuje-li se koncentrace CO2 dále, zvyšuje se fotosyntéza méně, velmi silné koncentrace CO2 působí jako narkotikum.

Kalcit.jpg

Kalcit - krystalický vápenec, Kotouč u Štramberka. Oxid uhličitý uložený v kameni z doby dinosaurů (jura)

Literatura:

  • Brian Fagan., Malá doba ledová, nakl. Academia
  • Tim Flannery., Měníme podnebí, nakl. Dokořán
  • Ivo Chlupáč., Geologická minulost České republiky, Academia
  • Zdeněk Kukal., Přírodní katastrofy, Horizont
  • Miroslav Kutílek., Racionálně o globálním oteplování, Dokořán
  • Vojen Ložek., Zrcadlo minulosti, nakl. Dokořán
  • Jiří Mlíkovský - Petr Stýblo., Nepůvodní druhy fauny a flóry České republiky, ČSOP
  • Peter Ward - Donald Brownie., Život a smrt planety Země, nakl. Dokořán

Poznámky k diskuzi:

  1. Když mám na věc svůj názor, neznamená to, že nutně mám také pravdu
  2. Pokud neodpovím, je to proto, že jsem Váš příspěvek přehlédl nebo jsem mimo připojení. Klidně mi napište.
  3. Bod 1 platí pro autora, nikoliv pro diskutující.
Karel Drábek

Wlastateorie16:1021.11.2011 16:10:26
Karel DrábekRe: Wlasta18:1520.11.2011 18:15:21
Wlastageologie21:3019.11.2011 21:30:14
Karel DrábekRe: Wlasta20:5620.10.2011 20:56:37
Wlastadoba ledová20:3320.10.2011 20:33:40
Karel DrábekRe: Tomáš16:0920.10.2011 16:09:04
TomášKontinentální drift15:5320.10.2011 15:53:04
TomášKontinentální drift15:5020.10.2011 15:50:51
Karel DrábekRe: Wlasta08:3420.10.2011 8:34:42
Wlastadoba ledová07:4720.10.2011 7:47:49
Karel DrábekRe: Wlasta09:2318.10.2011 9:23:49
Wlastadoba ledová09:0118.10.2011 9:01:06
Tomáš FialaPane Nejedlý16:4516.10.2011 16:45:46
Petr NejedlýProstě svět je mnohem složitější,14:0616.10.2011 14:06:09
Karel DrábekRe: A co voda?12:3714.10.2011 12:37:53
JanaA co voda?11:2414.10.2011 11:24:04
Karel DrábekRe: Hodnoty CO208:5014.10.2011 8:50:17
PavelHodnoty CO008:3314.10.2011 8:33:53
PavelHodnoty CO008:3314.10.2011 8:33:39
PavelHodnoty CO008:3314.10.2011 8:33:25

Počet příspěvků: 33, poslední 21.11.2011 16:10:26 Zobrazuji posledních 20 příspěvků.

Karel Drábek

Karel Drábek

O přírodě a lidech

Celý život jsem se držel vlastních názorů. To ovšem neznamená, že mám vždy pravdu. Blog je způsob komunikace. Nebojte se diskutovat, můžete mi také napsat na karel.drabek@seznam.cz Texty a fotografie autora jsou volné pro nekomerční využití.

free counters

REPUTACE AUTORA:
10,88

Seznam rubrik

Tipy autora

tento blog
všechny blogy

Oblíbené blogy

Pošlete mi vzkaz

Zbývá vám ještě znaků. Je zakázáno posílat reklamu a vzkazy více bloggerům najednou.