Kolcykeln är hur kol lagras, rör sig och byts ut på jorden. Vissa delar av cykeln sker mycket snabbt (dagar–år), andra tar hundratals miljoner år. Kol finns i flera olika reservoarer: atmosfären, biosfären (levande organismer), marken (jord och torv), haven och i sedimentära bergarter.

Viktiga processer som rör kol

  • Fotosyntes: Växter, alger och vissa bakterier tar upp koldioxid från luften och omvandlar den till organiskt material. Detta är det viktigaste sättet att föra bort kol från atmosfären på kort sikt.
  • Andning och nedbrytning: Organismer andas ut koldioxid, och när de dör frigörs en stor del av kolet igen genom nedbrytning. En del kvarstår i marken som humus eller torv och kan stanna länge.
  • Begravning och sedimentation: En del organiskt material och mineralpartiklar sjunker ner och begravs i sediment. Med tiden kan dessa sediment bli till stenar — till exempel kalksten bildas av karbonat som innehåller bundet kol.
  • Vulkaner och platttektonik: Kol som är lagrat i sedimentära bergarter kan återföras till atmosfären när havsplattor sänks och smälts. Vid plattgränser bildas ofta vulkaner som spyr ut koldioxid.
  • Vittring: Vädring (kemisk vittring) där regn och syror i vatten reagerar med bergarter löser ut kol i form av joner som senare kan avsättas som sediment i havet.
  • Havets upptag: Haven löser upp koldioxid. De tar upp mer koldioxid än de avger idag, men när de tar upp mer blir haven surare (oceanacidifiering).
  • Förbränning av fossila bränslen: Människor frigör kol som varit bundet i sediment och berg genom att bryta och bränna kol, olja och gas, samt genom cementproduktion. Dessa utsläpp har stor påverkan på atmosfärens mängd koldioxid.

Tidskalor och reservoarers relativa storlek

En del processer i kolcykeln är snabba (fotosyntes och andning sker dagligen), medan andra går mycket långsamt (bildning och återupplösning av sediment tar miljoner till hundratals miljoner år). Kolförrådet i sedimentära bergarter är mycket större än mängden koldioxid i atmosfären — detta innebär att även små förändringar i flöden mellan dessa reservoarer kan få stora effekter över geologisk tid.

Mänsklig påverkan

Under större delen av jordens långa historia var vulkaner en viktig naturlig källa till atmosfäriskt kol. Men under de senaste hundra åren har människans förbränning av fossila bränslen tillfört mycket mer koldioxid än vulkanerna. I artikeln anges att människor tillsatt ungefär 100 gånger mer koldioxid till luften än vulkanerna under denna period: för varje ton från vulkanerna har människor tillsatt cirka 100 ton.

Detta snabba tillskott av koldioxid är huvudorsaken till den observerade uppvärmningen av klimatet och förändringar i klimatmönster. Dessutom påverkar extra koldioxidhavens kemi och leder till oceanacidifiering, vilket skadar kalkbildande organismer.

Naturliga borttagare av koldioxid

Det viktigaste naturliga sättet att ta bort kol från atmosfären är via fotosyntes. En del av det bundna kolet hamnar i marken eller i sediment där det kan stanna länge. Kemisk vittring är också viktig:

"Vittring är en stor förbrukare av atmosfärisk koldioxid som är nödvändig för att lösa upp stenar".

Regnvatten löser koldioxid i form av svag kolsyra, som reagerar med bergarter och transporterar löst kol till haven där det avsätts som sediment.

Konsekvenser och möjliga åtgärder

  • Ökad atmosfärisk koldioxid höjer växthuseffekten och leder till klimatförändringar.
  • Havens upptag av koldioxid gör dem surare, vilket påverkar marina ekosystem.
  • För att minska ökningen av atmosfäriskt kol krävs både minskade utsläpp (t.ex. mindre förbränning av kol, olja och gas) och åtgärder som ökar naturliga eller tekniska kolsänkor (återbeskogning, skydd av torvmarker, jordbruksåtgärder som ökar markkol, samt fångst och lagring av koldioxid).

Sammanfattning

Kolcykeln kopplar ihop atmosfär, levande organismer, mark, hav och berg genom en mängd processer: fotosyntes, andning, nedbrytning, vittring, sedimentation, platttektonik och vulkanism. Mänskliga utsläpp från förbränning av fossila bränslen har under kort tid förändrat balansen i cykeln och ökat halten koldioxid i atmosfären kraftigt, med följder för klimat och havens kemi. För att stabilisera klimatet behövs minskade utsläpp och åtgärder som ökar upptaget av kol i naturen och i tekniska system.