De koolstofcyclus

Koolstof is de basis van alle organische stof op aarde en wordt door het ecosysteem gerecycled in twee primaire processen: een waarin koolstof wordt uitgewisseld tussen levende organismen, en een waarin koolstof gedurende lange tijd wordt gecirculeerd door gefossiliseerde organische resten, verwering van rotsen en vulkanische activiteit. Menselijke activiteiten, waaronder toegenomen landbouwpraktijken en het verbranden van fossiele brandstoffen, hebben de balans van de natuurlijke koolstofcyclus sterk beïnvloed.

Biologische koolstofcyclus

Alle levende wezens zijn samengesteld uit organische moleculen die atomen van het element koolstof bevatten. Koolstof komt in de atmosfeer voor als koolstofdioxidegas, dat reageert met water om bicarbonaat te vormen. Tijdens fotosynthese zetten primaire producenten (of autotrofen) koolstofdioxide en bicarbonaat om in organische koolstofhoudende verbindingen, zoals glucose, om energie te leveren voor groei, onderhoud en andere processen.

Heterotrofen ontvangen organische koolstof voor groei en onderhoud door autotrofen te consumeren. Door het proces van cellulaire ademhaling worden deze organische moleculen afgebroken om de daarin opgeslagen energie vrij te maken. De bijproducten van dit proces zijn water en koolstofdioxide, die door ademhaling in de atmosfeer worden afgegeven, waardoor de cyclus wordt voortgezet.

Koolstof kan ook terugkeren naar het milieu als dierlijk afval of als rottend materiaal van dode organismen. Reducenten, zoals bacteriën en schimmels, breken deze materialen af tot koolstofdioxide en organische verbindingen.

Geologische cycli op lange termijn

Koolstof wordt gedurende langere tijd opgeslagen in de atmosfeer, grote waterlichamen, oceaansediment, bodem, versteende dierlijke resten en de binnenkant van de aarde. Koolstofdioxide uit de atmosfeer lost op in het oceaanwater, reageert met watermoleculen en wordt omgezet in carbonaten. In combinatie met calciumionen vormen deze carbonaten de calciumcarbonaatschelpen van veel zee-organismen, zoals koraal en oesters. Wanneer deze organismen afsterven, worden hun overblijfselen afgebroken en kunnen ze naar de oceaanbodem zinken en geleidelijk deel gaan uitmaken van het sediment. Dit sediment vormt uiteindelijk kalksteen, dat het grootste koolstofreservoir op aarde vormt.

Grote, langlevende bomen kunnen ook eeuwenlang koolstof in hun lichaam opslaan. De koolstof uit de overblijfselen van organismen wordt voor langere termijn diep in de aarde opgeslagen in de vorm van fossiele brandstoffen, zoals steenkool, aardolie en aardgas. Koolstof die diep onder het aardoppervlak is opgeslagen, kan tijdens vulkaanuitbarstingen terugkeren naar het oppervlak en de atmosfeer.

Menselijke effecten op de koolstofcyclus

Door het verbranden van fossiele brandstoffen en hout komen aanzienlijke hoeveelheden koolstofdioxide vrij in de atmosfeer, waardoor het klimaat op aarde verandert. Bovendien tasten ontbossing en toegenomen landbouwpraktijken de natuurlijke koolstofcyclus aan door de hoeveelheid organisch materiaal in de bodem te verminderen, verlaagt de koolstofopslag en verhoogd het niveau van broeikasgassen, zoals methaan, in de atmosfeer.