Pochłanianie dwutlenku węgla

Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Skrót od angielskich słów:
ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH
ENCYKLOPEDIA ESPERE - menu główne (rozwiń)
Dział: Oceany. Poziom podstawowy.
dział OCEANY: PODSTAWOWE - menu (rozwiń)

Pochłanianie dwutlenku węgla

Najważniejszym gazem cieplarnianym, poza parą wodną, jest dwutlenek węgla (CO2). Jego zawartość w powietrzu zmieniła się zarówno na wskutek procesów naturalnych, jak i działalności ludzkiej. Sporo CO2 emitowanego przez ludzi nie gromadzi się w powietrzu, ale jest magazynowane w oceanach lub na lądzie, w roślinach i w glebie. Najwięcej węgla magazynują osady, zarówno na lądzie jak i w oceanach, i przyjmuje on postać głównie węglanu wapnia (CaCO3). Drugim w kolejności obszarem magazynowania CO2 są wody głębinowe oceanu, gdzie węgiel występuje w postaci rozpuszczonego węglanu (CO32-) i jonów wodorowęglanowych (HCO3-). Uważa się, że około 30% CO2 pochodzącego ze spalania paliw kopalnych jest magazynowane w oceanach i dostaje się tam wskutek procesów zarówno fizycznych, jak też biologicznych.

Procesy fizyczne

Dwutlenek węgla łatwiej rozpuszcza się w zimnej wodzie niż w ciepłej, i podobnie lepiej rozpuszcza się w wodzie morskiej niż w czystej, gdyż woda morska zawiera już jony węglanowe.

CO2 wchodzi w reakcję z węglanami i powstają wodorowęglany, dlatego tylko 0,5% węgla nieorganicznego zawartego w wodzie morskiej występuje w postaci CO2 jako gazu. Zawartość CO2 w wodzie morskiej jest zatem bardzo niska i dlatego może on tam przenikać z powietrza (chemicy nazwali by to przykładem reguły Le Chateliera). Jeśli dana objętość wody utrzymuje się przy powierzchni i ogrzewa się w czasie swojej wędrówki dookoła Ziemi, CO2 dość szybko ulatnia się z powrotem do atmosfery. Jeśli jednak woda przemieszcza się w głąb oceanu, węgiel może być zmagazynowany w wodzie przez ponad 1000 lat zanim cyrkulacja oceaniczna wyniesie daną objętość wody na powierzchnię. Wody zimne opadają na dno oceanu w obszarach położonych w wysokich szerokościach geograficznych na Oceanie Południowym i na Północnym Atlantyku, szczególnie w Morzu Norweskim. Są to główne regiony pochłaniania CO2 przez oceany wskutek procesów fizycznych.

Procesy biologiczne

Oprócz usuwania wskutek procesów fizycznych, CO2 jest także pochłaniany przez fitoplankton w czasie fotosyntezy i zamieniany na biomasę. Rośliny lądowe i morski fitoplankton pochłaniają podobne ilości CO2, ale fitoplankton rozwija się i przyrasta dużo szybciej niż rośliny lądowe.

Większość CO2 pochłoniętego przez fitoplankton wraca do atmosfery kiedy ten obumiera lub staje się pożywieniem, ale część trafia do osadów na dnie oceanu. Opadanie na dno tego materiału roślinnego nazywane jest "pompą biologiczną" ponieważ CO2 jest w ten sposób "wpompowywany" z atmosfery do głębi oceanicznych. Ma to miejsce głównie w obszarach położonych w wysokich szerokościach geograficznych, gdyż obumarłe szczątki fitoplanktonu, który tam występuje są wystarczająco duże, aby opaść na dno oceanu.

1. Cykl pochłaniania i uwalniania CO2. Fitoplankton pochłaniania CO2 w czasie fotosyntezy. Bakterie żywią się fitoplanktonem i w ten sposób uwalniają składniki odżywcze i CO2 z powrotem do wody. Ten proces nosi nazwę remineralizacji i jest szerzej omówiony w części 2 działu "Podstawy". Remineralizacja zachodzi głównie na w przypowierzchniowej warstwie wody i CO2 jest albo zużywany ponownie przez fitoplankton do fotosyntezy, albo uwalniany do atmosfery. Gdy fitoplankton obumiera i dostaje się do wód głębinowych, CO2 uwolniony w wyniku remineralizacji jest magazynowany przez całe wieki w głębinach oceanu, co przyczynia się do ograniczenia globalnego ocieplenia.
Objaśnienia: powierzchnia = przypowierzchniowe wody oceaniczne, głębsze warstwy = głębsze warstwy wód oceanicznych
Autor: Lucinda Spokes
Polska wersja ryciny: Mateusz Kamiński

Wyniki zastosowania modeli komputerowych sugerują, że działalność człowieka może spowodować zmiany w składzie gatunkowym fitoplanktonu żyjącego w oceanie. Ludzie mogą więc wpłynąć na ilość węgla jaka jest magazynowana w głębokim oceanie. Niektóre gatunki fitoplanktonu produkują szkielety zawierające węglan wapnia, szczególnie bardzo liczne Emiliania Huxlei. Budując swoje szkielety organizmy te powodują jednak uwalnianie dwutlenku węgla, co zmniejsza ostatecznie całkowitą ilość CO2 pochłanianego przez oceany.

Nie wiadomo jeszcze dlaczego pewne gatunki fitoplanktonu występują tylko w niektórych obszarach oceanu światowego. Dlatego nie możemy przewidzieć, czy działalność ludzka wpłynie na występowanie tych gatunków fitoplanktonu, które wytwarzają szkielety zawierające węglan wapnia, a jeśli tak to jaki będzie to miało wpływ na klimat.

2. Zdjęcie z mikroskopu elektronowego ukazujące szkielet Emiliania Huxleyi.
Źródło: NOAA

O tej stronie:

Autor: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - Wielka Brytania
1. Recenzent: Dr. Marie Jose Messias - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - Wielka Brytania
2. Recenzent: Dr. Holger Brix - Institute of Geophysics and Planetary Physics, University of California, Los Angeles - USA.
ostatnia aktualizacja: 2003-10-22
Tłumaczenie na język polski: Mgr Sebastian Wypych, Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Ostatnia modyfikacja: poniedziałek, 25 czerwiec 2018, 10:41