De koolstofcyclus als thermostaat van de aarde

In een ingenieuze kringloop wordt koolstof uitgewisseld tussen atmosfeer en oceanen, planten en stenen. Maar die kringloop raakt uit balans als wij mensen extra koolstofdioxide (CO₂) in de lucht blijven brengen. In dit overzichtsartikel over de koolstofcyclus lees je hoe de aarde zichzelf doorgaans in balans houdt, en hoe wij mensen die balans in de afgelopen tweehonderd jaar hebben verstoord. 

FSE Science Newsroom | Tekst Charlotte Vlek | Beeld Leoni von Ristok

Het leven op aarde kan niet zonder koolstof. Het is een essentiële bouwsteen voor plant en dier, voor mens en mug. Wanneer koolstof in de atmosfeer terecht komt als CO₂ werkt het als broeikasgas, en ook daar kunnen we niet zonder: zonder broeikasgassen zou de aarde een koude ijsbal zijn. Maar met een atmosfeer vol CO₂ krijgen we het misschien wel zo heet als op Venus, waar het zo’n 400 graden Celsius is. Het is dus maar goed dat koolstof circuleert, in een ingenieuze uitwisseling tussen atmosfeer, zee, planten en stenen: de koolstofcyclus.

Stenen en water, planten en lucht

Er is een snelle en een langzame koolstofkringloop. In de trage kringloop wordt kalksteen langzaam weggesleten door regen, waarna de opgeloste koolstof mee naar zee spoelt. Daar nemen organismen zoals fytoplankton de koolstof weer op, en als die afsterven zakken ze naar de bodem waar de overblijfselen weer kalksteen vormen. Soms komt koolstof die zo in de diepte is verdwenen weer boven door vulkaanuitbarstingen, waarna de regen het weer meeneemt.

In de snelle koolstofkringloop nemen bomen en planten CO₂ op uit de lucht, waarna de koolstof in de bodem of terug in de atmosfeer terecht komt als ze afsterven. Dat is terug te zien als een soort ‘ademhaling’ die meegaat met de seizoenen: iets lagere CO₂ concentraties in de lente en zomer (op het Noordelijk halfrond) en hogere CO₂ concentraties in de herfst en winter. Verder wisselen ook land en oceanen CO₂ uit met de atmosfeer, waardoor ze elkaar in balans houden.

Door middel van metingen aan de atmosfeer brengt Harro Meijer de koolstofcyclus in kaart: uit welke bronnen is de CO₂ afkomstig, en hoeveel ervan wordt door planten of oceanen opgenomen? Dat onderzoekt hij door naar verschillende verschijningsvormen van het koolstofatoom in de CO₂ te kijken.

Thermostaat aarde

Door het circuleren van koolstof is er een balans waarbij de concentratie CO₂ in de atmosfeer ruwweg constant blijft. Zo reguleert de aarde haar eigen temperatuur, als een thermostaat. Maar soms slaat de thermostaat op hol: als het een paar graden warmer wordt, ontstaan er effecten waardoor het nóg warmer wordt. Bijvoorbeeld veenbranden op de Siberische toendra, die bloot zijn komen te liggen doordat de permafrost is gesmolten. Grote hoeveelheden koolstof die in die veengebieden opgeslagen lagen, komen dan weer als CO₂ in de lucht terecht, met nog meer opwarming tot gevolg.

Overigens zijn niet alle effecten van de thermostaat zelf-versterkend. Oceaanonderzoekers Richard Bintanja en Rob Middag kijken naar het effect van smeltende gletsjers en smeltend zee-ijs, met het idee dat dit mogelijk tot meer fytoplankton in de poolzeeën kan leiden, en dus meer koolstofopname in het zeewater. Dat zou de aarde weer wat kunnen verkoelen.

Het verwoestende effect van de menselijke uitstoot

Door fossiele brandstoffen te verbranden brengen we extra koolstof in de atmosfeer in de vorm van CO₂, koolstof die anders nog heel lang diep onder de grond opgeborgen zou zijn gebleven. En door ons intensieve gebruik van land, bijvoorbeeld voor landbouw, is er veel minder ruimte voor bossen die CO₂ uit de lucht zouden kunnen opnemen en opslaan in hun hout, en in de bodem.

Hoewel de menselijke CO₂-uitstoot op jaarbasis relatief klein is in vergelijking met de gehele cyclus, blijft het over de jaren heen opstapelen, waardoor het verwoestende effecten heeft op de planeet. In de laatste aflevering van onze reeks over de koolstofcyclus vertelt ecologisch econoom Klaus Hubacek wat we kunnen doen om onze uitstoot omlaag te brengen – en ook welke groene voornemens eigenlijk helemaal niet zoveel zin hebben.

Lees meer: