Kolcykeln och växthusgaser

Hur kol rör sig mellan atmosfären, havet, land och bergarter, och hur mänskliga utsläpp av koldioxid och andra gaser ackumuleras för att driva uppvärmningen.

Definition

Kolcykeln är den uppsättning utbyten som flyttar kol mellan atmosfären, havet, landets biosfär, jordar och bergarter, och växthusgaser är de atmosfäriska beståndsdelarna, främst koldioxid, metan och dikväveoxid, vars koncentrationer denna cykel reglerar.

Scope

Detta ämne behandlar den globala kolcykeln och budgeten för växthusgaser. Det behandlar de naturliga utbytena av kol mellan atmosfären, havet och landets biosfär på tidsskalor från år till årtusenden, den geologiska cykeln av vittring och vulkanism, upptaget av mänskliga utsläpp av havs- och landsänkor, och den resulterande ökningen av atmosfärisk koldioxid, metan och dikväveoxid, tillsammans med konceptet om en återstående kolbudget för att begränsa uppvärmningen.

Core questions

• Hur rör sig kol mellan atmosfären, havet, land och bergarter?
• Vilken andel av mänskliga utsläpp stannar kvar i atmosfären?
• Hur reagerar havs- och landkolsänkor på uppvärmning?
• Hur mycket kol kan fortfarande släppas ut inom en given uppvärmningsgräns?

Key theories

Luftburen fraktion och kolsänkor

Endast ungefär hälften av mänskliga koldioxidutsläpp stannar kvar i atmosfären eftersom havet och landets biosfär absorberar resten, och hur dessa sänkor utvecklas under uppvärmning styr framtida koncentrationer.

Kolcykelåterkopplingar

Uppvärmning kan försvaga kolupptaget och frigöra kol från jordar, permafrost och vegetation, en återkoppling som lämnar mer utsläppt kol i atmosfären och förstärker uppvärmningen.

Mechanisms

Kol cirkulerar snabbt mellan atmosfären, ythavet och vegetationen genom fotosyntes, respiration och luft-havsutbyte, och långsamt genom havsblandning, sedimentation, vittring och vulkanism. Mänskliga utsläpp tillför kol snabbare än den långsamma geologiska avlägsnandet kan verka, så koncentrationerna stiger; havet och land absorberar för närvarande ungefär hälften, men uppvärmning och förändrade förhållanden kan försvaga dessa sänkor, vilket ökar den luftburna fraktionen.

Clinical relevance

Eftersom kumulativa koldioxidutsläpp i stor utsträckning bestämmer den maximala uppvärmningen, definierar förståelsen av kolcykeln den återstående kolbudgeten som är förenlig med temperaturmål och rollen för naturlig och ingenjörsmässig koldioxidavlägsnande.

Evidence & guidelines

IPCC:s sjätte utvärderingsrapport (IPCC AR6) finner ett nära linjärt samband mellan kumulativa koldioxidutsläpp och global uppvärmning och kvantifierar de återstående kolbudgetarna för att begränsa uppvärmningen till specificerade nivåer.

History

Keelings kontinuerliga mätningar, som påbörjades 1958, avslöjade först den stadiga ökningen av atmosfärisk koldioxid, och efterföljande decennier av havs- och landstudier, sammanfattade i den årliga globala kolbudgeten, kvantifierade sänkorna och etablerade kopplingen mellan kumulativa utsläpp och uppvärmning.

Debates

Framtida styrka hos land- och havskolsänkor

Hur länge de naturliga sänkorna kommer att fortsätta absorbera ungefär hälften av utsläppen, och om uppvärmningen kraftigt kommer att försvaga dem, är en stor osäkerhet vid prognostisering av framtida koncentrationer.

Key figures

• Charles David Keeling
• Pierre Friedlingstein
• Wallace Broecker
• Corinne Le Quere

Seminal works

• keeling1960
• friedlingstein2022

Frequently asked questions

Vart tar koldioxiden vi släpper ut vägen?

Ungefär hälften stannar kvar i atmosfären, medan havet och landvegetationen vardera absorberar ungefär en fjärdedel, även om dessa sänkor kan försvagas när klimatet blir varmare.

Vad är en kolbudget?

Det är den totala mängden koldioxid som fortfarande kan släppas ut samtidigt som uppvärmningen hålls under en vald gräns, baserat på det nära linjära sambandet mellan kumulativa utsläpp och temperatur.