De CO2-cyclus

Ik heb Hans Labohm beloofd om uit te leggen welke processen er in de CO2-cyclus spelen.

Ik heb daarom enkele animaties gemaakt:

We beschouwen het CO2 in de atmosfeer als een bak water met een lek. Als we een hoeveelheid water in de bak gieten dat zal dit (steeds langzamer) eruitstromen.
De halveringstijd is ongeveer 38 jaar.

Nu zal het CO2 niet helemaal wegstromen uit de atmosfeer: er zal een evenwicht optreden met het (veel grotere) reservoir in de oceaan.

Onder invloed van temperatuur is het CO2 niveau van de oceaan ook in beweging en de atmosfeer volgt dit, dit is in essentie het fenomeen dat in de ijskernen dominant is: CO2 in de atmosfeer volgt temperatuur.


Echter het CO2 niveau in de atmosfeer is nu veel hoger dan je op grond van de temperatuur zou verwachten, dit komt omdat de de mens extra CO2 toevoegd door verbranding van fossiele brandstoffen: zodra dit stopt zal het CO2 niveau in de atmosfeer – met een halveringstijd van 38 jaar – terugkeren naar het evenwichtsniveau in de oceaan. Maar zelfs nu is op jaarbasis de uitstroom al de helft van wat wordt toegevoegd.

Naast bovenstaande effecten spelen nog twee andere effecten een rol die voor veel verwarring zorgen

Door biologische processen wordt het bestaande CO2 met grote vaart rondgepompt: binnen 5 jaar is de hele atmosfeer ververst. Sommige wetenschappers verwarren deze verversing met opname. Dat is niet het geval, want netto vindt er bij dit rondpompen geen CO2 opname plaats.

Een tweede fenomeen is dat de uitstroomsnelheid van de atmosfeer ook afhankelijk is van temperatuur. Maar ook hier is de netto richting van de stroom de atmosfeer uit.
Het evenwichtsniveau is niet veranderd en over enkele jaren gemiddeld is de halfwaardetijd van de uitstroomtijd ook 38 jaar.


update:
grafiekje voor Bart


afname van CO2 in de atmosfeer als de uitstoot nu zou stoppen,
gebaseerd op waargenomen opname in de afgelopen 50 jaar (blauw),
en gemodelleerd in het Bern Model (oranje).

Dit bericht werd geplaatst in Hans Erren-2009-06 en getagged met , . Maak dit favoriet permalink.

4 reacties op De CO2-cyclus

  1. Bart Verheggen zegt:

    Hans,
    Ook al is de eerste 50% van de CO2 die we de licht inpompen relatief snel "verdwenen", de tweede 50% is dat niet. Een significant gedeelte van de extra CO2 die we in de lucht pompen zal daar voor millenia verblijven. Zie bv http://geosci.uchicago.edu/~archer/reprints/archer.2008.tail_implications.pdf
    Mocht CO2 een opwarmend effect hebben (het absorbeert tenslotte infrarood straling, dus inderdaad, een opwarmend effect heeft het), dan zadelen we onze nakomelingen dus op met een langdurig probleem.

  2. Hans Erren zegt:

    Ja allicht dat is de een gegeven van halfwaarde diffusie. Maar wat je er niet bij niet verteld is dat elke puls halveert in 38 jaar en dat Het Bern model aannneemt dat er een gedeelte nooit zal verdwijnen.
    Wat totdusver is waargenomen is aan opname, gesteld dat de CO2 uitstoot nu zou stoppen dan zou dit gebeuren:
    2009 390
    2047 335
    2085 308
    2123 294
    2161 287
    2199 283
    2237 282
    dat wil zeggen dat binnen een eeuw de waarde gezakt is naar de waarde van 1960, en binnen twee eeuwen zit de waarde nog maar 2 ppm verwijderd van de evenwichtswaarde 280 ppm.
    De "millennia" worden gemodelleerd uit een oppervlakteverzadiging en houdt geen rekening ermee dat de oceaan zeer goed mixt, de thermohaliene circulatie sleurt het opgeloste CO2 naar de ocaanbodem, en vers CO2 -arm water komt bij groenland aan de oppervlakte.

  3. Bart Verheggen zegt:

    Hans, volgens mij neem jij alleen de oceaan sink in beschouwing, en ga je uit van een kinetische opname van CO2 in de oceanen (getuige je grafiekje waar elke 38 jaar de extra CO2 wordt gehalveerd in concentratie). Voor CO2 spelen echter ook andere processen in de koolstofcyclus een rol die de lifetime sterk beïnvloeden, na de in eerste instantie “snelle” oceaan opname, en dit leidt ertoe dat circa een kwart van de extra CO2 voor duizenden jaren in de atmosfeer kan blijven. Zie bijvoorbeeld dit grafiekje hier: http://www.nature.com/climate/2008/0812/fig_tab/climate.2008.122_F1.html en de uitleg die David Archer erover geeft: http://geosci.uchicago.edu/~archer/reprints/archer.2008.tail_implications.pdf
    “The notion that global warming will last only a few centuries is widespread in the
    popular and even in the scientific literature on global warming. This misconception
    may have its roots in an oversimplification of the carbon cycle. The atmosphere today
    contains about 200 Gton C in excess of the natural 1,750 value. The ocean takes up
    2 Gton C per year, while the land surface, including deforestation, is currently in near
    balance. If the ocean were going to take up all of the CO2 following a simple first-order
    kinetics rate law, the CO2 drawdown would follow a decaying exponential trajectory, and
    the e-folding time for the uptake would be determined by dividing 200 Gton C by 2 Gton
    C/year, to yield about 100 years. The fallacy of this reasoning is that the real carbon
    uptake follows a sum of exponentials, rather than a single exponential decay. After the
    fastest exponential decay is finished, there is still CO2 left in the atmosphere awaiting
    slower uptake mechanisms.”
    De belangrijkste processen die de CO2 verblijftijd bepalen zijn:http://geosci.uchicago.edu/~archer/reprints/archer.2005.fate_co2.pdf
    (1) Anthropogenic CO2 will equilibrate with seawater in the global ocean, on a timescale
    less than a millennium.
    (2) Acidifying the ocean by adding CO2 perturbs the CaCO3 cycle by decreasing the global burial
    rate of CaCO3. This perturbation acts to restore the pH of the ocean back toward its initial pre-anthropogenic value, on a timescale of _10 kyr.
    (3) A silicate weathering feedback acts to restore pCO2 to some equilibrium value on timescales of _100 kyr, setting the ultimate maximum duration of an anthropogenic carbon cycle perturbation.

  4. Hans Erren zegt:

    Dag Bart,
    Ik heb de decay curve van het Bern model er ook maar bij gezet, zoals je ziet is de "evenwichtstoestand" 310 ppm oftewel het CO2 niveau van 1930. Als je de link naar Peter Dietze volgt http://www.john-daly.com/carbon.htm is er echter nog het nodige aan te merken op slow eddy difusion in het Oescher model.

Reacties zijn gesloten.