Karbon döngüsü

Karbon döngüsü, ekosistemdeki canlıların yapısını oluşturan en önemli elementlerden biri karbondur. Karbon, canlılardaki bütün organik bileşiklerin yapısında bulunur.[1]

Karbon döngüsü; karbonun biyosfer, pedosfer, jeosfer, hidrosfer ve atmosfer arasında birbirleriyle değişerek oluşturulan ve biyolojik ve jeolojik bir kimyasal yapıda olan döngüdür. Karbon, biyolojik bileşiklerin ana bileşeninin yanı sıra kireçtaşı gibi birçok mineralin ana bileşenidir. Azot döngüsü ve su döngüsü ile birlikte, karbon döngüsü, Dünya’daki yaşamın devam edebilmesi için büyük bir öneme sahiptir.

Yeryüzündeki önemli depoları ise;

  • Atmosferde CO2
  • Sularda CO2 ve HCO3-
  • Karada genellikle kömür, petrol ve kireçtaşının yapısındadır.

Ana bölümler
Dünyadaki büyük rezervuarlardaki karbon havuzları.[2]
Havuz Miktar (gigaton)
Atmosfer 720
Okyanus (toplam) 38400
Toplam inorganik 37400
Yüzey katmanı 670
Derin katman 36730
Sedimanter karbonatlar > 60.000.000
Kerojenin 15.000.000
Karasal biyosfer (toplam) 2.000
Canlı biyokütle 600 - 1.000
Ölü biyokütle 1.200
Sucul biyosfer 1-2
Fosil yakıtlar (toplam) 4130
Kömür 3510
Sıvı yağ 230
Gaz 140
Diğer ( turba ) 250

Küresel karbon döngüsü artık genellikle değişim yolları ile birbirine bağlanan aşağıdaki büyük karbon rezervuarlarına bölünmüştür:[3]

  • Hava küre (Atmosfer)
  • Karasal biyosfer
  • Çözünmüş inorganik karbon ve canlı ve cansız deniz biyotası da dâhil olmak üzere okyanus
  • Fosil yakıtlar, tatlı su sistemleri ve cansız organik maddeler dâhil olmak üzere çökeltiler.
  • Dünyanın içi (manto ve kabuk). Bu karbon depoları jeolojik süreçler aracılığıyla diğer bölümlerle etkileşime girer.

Rezervuarlar arasındaki karbon değişimleri çeşitli kimyasal, fiziksel, jeolojik ve biyolojik süreçlerin bir sonucu olarak ortaya çıkar. Okyanus, Dünya yüzeyinin yakınındaki en büyük aktif karbon havuzunu içerir.[2] Atmosfer, okyanus, karasal ekosistemler ve çökeltiler arasındaki doğal karbon akışları oldukça dengelidir, böylece karbon seviyeleri insan etkisi olmadan kabaca sabit kalır.[4][5]

Hava küre (Atmosfer)

Hava Küredeki karbon iki ana biçimde bulunur: karbondioksit ve metan. Bu gazların her ikisi de ısıyı hava kürede emerek tutar ve bundan dolayı bu gazlar sera etkisinden kısmen sorumludurlar.[2] Metan, karbondioksite oranla hacim başına daha büyük bir sera etkisi üretir ancak karbondioksitten daha düşük yoğunlaşmada bulunur ve karbondioksitten daha kısa ömürlüdür. Bu sebepler karbondioksiti, bu iki gaz içerisinde en önemli sera gazı haline getirir.[6]

Karbondioksit hava küreden öncelikle fotosentez yoluyla uzaklaştırılır. Daha sonra kara ve okyanus biyosferlerine girer. Karbondioksit ayrıca doğrudan hava küreden su kütlelerine (okyanus, göller, vb.) doğru çözülür. Suda çözündüğünde, karbondioksit su molekülleri ile tepkimeye girer ve okyanus asitliğine katkıda bulunan karbonik asit oluşturur. Daha sonra ayrışma yoluyla kayaçlar tarafından emilir. Ayrıca temas ettiği diğer yüzeyleri asitleştirebilir veya okyanusu yıkayabilir.[7]

Son iki yüzyıldaki insan faaliyetleri, hem ekosistemlerin atmosferden karbondioksit çıkarma yeteneğini değiştirerek hem de doğrudan, örneğin fosil yakarak, atmosferdeki karbon miktarını, özellikle karbondioksit biçiminde önemli ölçüde artırdı.[2]

Çok uzak bir gelecekte (örneğin 2-3 milyar yıl), karbonat-silikat döngüsü yoluyla karbondioksitin toprağa emilme hızı, yaşlandıkça güneşte beklenen değişikliklerden dolayı muhtemelen artacaktır. Güneş'in beklenen artan parlaklığı büyük olasılıkla yüzey hava şartlarını hızlandıracaktır.[8] Bu durum, atmosferdeki karbondioksitin çoğunun Dünya kabuğuna karbonat olarak girmesine neden olur.

Toprak CO2 akışını ölçen portatif toprak solunum sistemi.

Karasal biyosfer

Karasal biyosfer, canlı veya ölü tüm organizmalardaki organik karbonun yanı sıra topraklarda bulunan karbonu da içerir. Yaklaşık 500 gigaton karbon bitkilerde ve diğer canlı organizmalarda bulunurken, yaklaşık 1500 gigaton karbon topraklarda bulunur.[9] Karasal biyosferdeki karbonun çoğu organik karbondur.[10] Toprak karbonunun yaklaşık üçte biri kalsiyum karbonat gibi inorganik biçimde depolanır.[11] Organik karbon, Dünya’da yaşayan tüm organizmaların önemli bir bölümünü oluşturur. Ototroflar havadan karbondioksit biçiminde çıkarılıp organik karbona dönüştürülürken, heterotroflar diğer organizmaları tüketerek karbon alırlar.

Karbon, karasal biyosferi çeşitli şekillerde ve farklı zaman ölçeklerinde bırakır. Organik karbonun yanması veya solunması onu hızla atmosfere bırakır. Ayrıca nehirler yoluyla okyanusa boşaltılabilir veya atıl karbon şeklinde topraklarda dizilenmiş olarak kalabilir.[12] Toprakta depolanan karbon, erozyon ile nehirlere yıkanmadan veya toprak solunumu yoluyla atmosfere bırakılmadan önce binlerce yıl orada kalabilir. 1989 ile 2008 arasında toprak solunumu yılda yaklaşık % 0,1 artmıştır.[13]

Okyanus

Okyanus kavramsal olarak, suyun atmosferle sık sık (günlük ila yıllık) temas ettiği bir yüzey tabakasına denir. Yüzey tabakasındaki çözünmüş inorganik karbon (DIC), dengeyi koruyarak atmosferle hızla değiştirilir.

Karbon, okyanusa esas olarak, küçük bir kısmı karbonata dönüştürülen atmosferik karbon dioksitin çözünmesi yoluyla girer. Ayrıca, çözünmüş organik karbon gibi nehirlerden okyanusa girebilir. Organizmalar tarafından fotosentez yoluyla organik karbona dönüştürülür ve besin zinciri boyunca değiştirilebilir veya okyanusların ölü yumuşak doku olarak daha derin, daha karbon bakımından zengin katmanlarına veya kalsiyum karbonat olarak kabuklara çökeltilebilir. Sediman olarak çökeltilmeden veya en sonunda termohalin dolaşımı ile yüzey sularına geri dönmeden önce bu tabakada uzun süre dolaşır.[14] Okyanuslar baziktir (~ PH 8,2), dolayısıyla CO2 (karbondioksit) asitleştirme okyanusun pH'ını nötre kaydırır.

Atmosferdeki insan kaynaklı karbondioksit artışını sınırlayan en önemli karbon sekestrasyon biçimlerinden biridir. Bununla birlikte, bu süreç bir dizi faktörle sınırlıdır. Karbondioksit emilimi suyu daha asidik hale getirir, bu da okyanus biyosistemlerini etkiler. Öngörülen okyanus asitliği oranı kalsiyum karbonatların biyolojik çökelmesini yavaşlatabilir ve böylece okyanusun karbondioksiti emme kapasitesini azaltabilir.[15][16]

Jeosfer

Karbon döngüsünün jeolojik bölümü, küresel karbon döngüsünün diğer bölümlerine kıyasla yavaş çalışır. Atmosferdeki karbon miktarının ve dolayısıyla küresel sıcaklıkların en önemli belirleyicilerinden biridir.[17]

Dünyadaki karbonun çoğu, hareketsiz olarak dünyadaki litosferde depolanır.[2] Yeryüzünün mantosunda depolanan karbonun büyük kısmı, dünya oluştuğunda orada depolanmıştır.[18] Bazıları biyosferden alınan organik karbon şeklinde çökelmiştir.[19] Jeosferde depolanan karbonun yaklaşık% 80'i, deniz organizmalarının kabuklarında depolanan kalsiyum karbonatın çökelmeden oluşan kireçtaşı ve türevleridir. Kalan % 20, yüksek ısı ve basınç altında karasal organizmaların çökelmesi ve gömülmesi yoluyla oluşan kerojenler olarak depolanır. Jeosferde depolanan organik karbon milyonlarca yıl orada kalabilir.[17]

Karbon jeoküreyi çeşitli şekillerde terk edebilir. Karbon dioksit, karbonat kayaçlarının yeryüzündeki mantoya batırıldığında metamorfizması sırasında açığa çıkar. Bu karbondioksit, volkanlar ve sıcak noktalardan atmosfere ve okyanusa salınabilir.[18] Aynı zamanda, insanlar tarafından fosil yakıtlar biçiminde doğrudan kerojenlerin ekstraksiyonu yoluyla uzaklaştırılabilir. Ekstraksiyondan sonra, enerjiyi serbest bırakmak ve depoladıkları karbonu atmosfere yaymak için fosil yakıtlar yakılır.

Derin karbon döngüsü

Derin karbon döngüsü,  hava küre (atmosfer),  karasal biyosfer, okyanus ve jeosfer boyunca karbon hareketi kadar iyi anlaşılmasa da, yine de çok önemli bir süreçtir. Derin karbon döngüsü, Dünya'nın yüzeyindeki ve atmosferindeki karbonun hareketine yakından bağlıdır. Süreç olmasaydı, atmosferde karbon kalır ve uzun süre aşırı yüksek seviyelerde birikirdi.[20] Bu nedenle, karbonun Dünya'ya dönmesine izin vererek, derin karbon döngüsü yaşamın var olması için gereken karasal koşulların korunmasında kritik bir rol oynar.

Ayrıca, süreç aynı zamanda gezegenden taşıdığı büyük miktardaki karbon nedeniyle de önemlidir. Aslında, bazaltik magmanın bileşimini incelemek ve volkanlardan karbondioksit akışını ölçmek, mantodaki karbon miktarının aslında Dünya yüzeyinde bin faktörden daha fazla olduğunu ortaya koyuyor.[21] Derin toprak karbon işlemlerinin delinmesi ve fiziksel olarak gözlemlenmesi, alt manto ve çekirdeği Dünya’ya sırasıyla 660 ila 2.891 km ve 2.891 ila 6.371 km derinliğe kadar uzandığı için son derece zordur. Buna göre, derin Dünya'da karbonun rolü hakkında kesin olarak pek bir şey bilinmemektedir. Bununla birlikte, birçoğu derin Dünya koşullarının laboratuvar denemelerinden gelen birkaç kanıt parçası, elementin alt mantoya doğru hareketinin yanı sıra karbonun bahsedilen katmanın aşırı sıcaklıklarında ve basınçlarında aldığı formları da göstermiştir. Ayrıca, sismoloji gibi teknikler, Dünya'nın çekirdeğindeki potansiyel karbon varlığının daha iyi anlaşılmasını sağlamıştır.

Tetrahedral olarak oksijene bağlı karbon diyagramı.

Alt mantodaki karbon

Karbon esas olarak mantoya, okyanus kabuğunun tektonik plakaları üzerinde karbonat bakımından zengin çökeltiler şeklinde girer ve bu da karbonu, batma işleminden sonra mantoya çeker. Mantodaki, özellikle derin Dünya'daki karbon dolaşımı hakkında çok fazla şey bilinmemektedir, ancak birçok çalışma, elementin söz konusu bölgedeki hareketi ve formları hakkındaki anlayışımızı artırmaya çalışmıştır. Örneğin, 2011 yılında yapılan bir araştırma, karbon döngüsünün alt mantoya kadar uzandığını göstermiştir. Çalışma, Juina/Brezilya'da bir bölgedeki nadir, süper derin elmasları analiz etti ve bazı elmas kalıntılarının toplu bileşiminin, daha düşük manto sıcaklıkları ve basınçları altında bazalt erime ve kristalleşme beklenen sonucuna uygun olduğunu belirledi.[22] Bu nedenle, araştırmanın bulguları bazaltik okyanus litosfer parçalarının, karbonun Dünya'nın derin iç mekânına temel taşıma mekanizması olduğunu göstermektedir. Bu çöktürülmüş karbonatlar düşük manto silikatlarla etkileşime girebilir ve sonunda bulunan gibi süper derin elmaslar oluşturabilir.[23] Bununla birlikte, alt mantoya inen karbonatlar elmas oluşturmanın yanı sıra diğer durumlarla da karşılaşırlar. 2011 yılında karbonatlar, alt manto içinde, Dünya'nın 1800 km derinliğindeki bir ortama maruz bırakıldı. Bunu yapmak manyezit, siderit ve çok sayıda grafit oluşumuyla sonuçlanmıştır.[24] Kayaç biliminin (Petroloji) gözlemlerinin yanı sıra diğer deneyler, manyezitin aslında mantonun çoğunda en kararlı karbonat fazı olduğunu gösteren bu iddiayı desteklemektedir. Bu büyük ölçüde daha yüksek erime sıcaklığının bir sonucudur.[25] Sonuç olarak, bilim adamları karbonatların düşük oksijenli fugasite ortamları tarafından derinlemesine sabitlenmeden önce mantoya inerken azalmaya maruz kaldıkları sonucuna varmışlardır. Magnezyum, demir ve diğer metalik bileşikler süreç boyunca tampon görevi görür.[25] Grafit benzeri karbonitin azaltılmış element formlarının varlığı, karbon bileşiklerinin mantoya inerken azaldığını gösterir.

Polimorfizm karbonat bileşiklerinin kararlılığını Dünya'nın farklı derinliklerinde değiştirir. Örnek vermek gerekirse, laboratuvar denemelerinde ve yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları, tetrahedral olarak koordine edilmiş karbonatların çekirdek-manto sınırına yaklaşan derinliklerde en kararlı olduğunu göstermektedir.[24][26] 2015 yılında yapılan bir araştırma, düşük mantonun yüksek basıncının karbon bağlarının sp2'den sp3'e hibridize edilmiş orbitallere geçişine neden olduğunu ve bunun da karbon tetrahedral olarak oksijene bağlanma ile sonuçlandığını göstermektedir.[27] CO3 trigonal grupları polimerize edilebilir ağlar oluşturamazken, tetrahedral CO4 karbonun koordinasyon sayısında bir artış ve dolayısıyla karbonat bileşiklerinin alt mantodaki özelliklerinde büyük değişiklikler olduğunu gösterebilir. Örnek olarak, teorik çalışmalar yüksek basıncın karbonat eriyik viskozitesinin artmasına neden olduğunu; eriyiklerin artan viskozitesinin bir sonucu olarak düşük hareketliliği, mantonun derinliklerinde büyük miktarda karbon birikmesine neden olur.[28]

Buna göre, karbon uzun süre alt mantoda kalabilir, ancak büyük karbon yoğunlaşmaları sıklıkla litosfere dönüş yolunu bulur. Karbon gaz çıkışı olarak adlandırılan bu işlem, dekompresyon erimesine maruz kalan karbonatlı mantonun yanı sıra karbon bileşikleri kabuğa doğru taşıyan manto tüylerinin sonucudur.[29] Karbon, volkanik sıcak noktalara yükseldiğinde oksitlenir, daha sonra karbondioksit olarak serbest bırakılır. Bu, karbon atomunun bu gibi alanlarda çıkan bazaltların oksidasyon durumuna uyması için oluşur.[30]

Çekirdekte karbon

Dünyanın çekirdeğindeki karbon varlığı iyi kısıtlanmış olmasına rağmen, son çalışmalar bu bölgede büyük miktarda karbon stokunun depolanabileceğini göstermektedir. İç çekirdek boyunca hareket eden makaslama (S) dalgaları, demir açısından zengin alaşımların çoğunda beklenen hızın yaklaşık yüzde elli oranında ilerler.[31] Çekirdeğin bileşiminin kristalin demir alaşımı ve az miktarda nikel olduğuna inanıldığından, bu sismik aykırılık çekirdekte karbon dâhil olmak üzere hafif elementlerin varlığını gösterir.[31] Aslında, Dünya'nın çekirdeğindeki koşulları çoğaltmak için elmas örs hücrelerini kullanan çalışmalar, demir karbürün (Fe7C3) iç çekirdeğin dalga hızı ve yoğunluğuyla eşleştiğini göstermektedir. Bu nedenle, demir karbür modeli, çekirdeğin Dünya karbonunun% 67'sini elinde tuttuğunun bir kanıtı olabilir.[32] Ayrıca, bir başka çalışma, Dünya'nın iç çekirdeğinin basınç ve sıcaklık koşullarında, karbonun demir içinde çözündüğünü ve aynı Fe7C3 bileşimi ile stabil bir faz oluşturduğunu bulmuştur - daha önce belirtilenlerden farklı bir yapıya sahip olsa da.[33] Özet olarak, Dünya'nın çekirdeğinde potansiyel olarak depolanan karbon miktarı bilinmemekle birlikte, son çalışmalar demir karbürlerin varlığının bazı jeofizik gözlemleri açıklayabildiğini göstermektedir.

Küresel ısınma emisyonlarının yarısı emilmezse, Dünya atmosferinde karbondioksitin dağılımı.[34][35][36][37]

İnsan etkisi

Sanayi devriminden bu yana insan faaliyetleri, bölümlerinin işlevlerini değiştirerek ve doğrudan hava küreye (atmosfer) karbon ekleyerek karbon döngüsünü değiştirmiştir.[2]

Karbon döngüsü üzerindeki en büyük insan etkisi, karbonu jeoferden atmosfere aktaran yanan fosil yakıtlardan kaynaklanan doğrudan sürümlerdir. Bu artışın geri kalan kısmı daha çok arazi kullanımındaki değişikliklerden, özellikle de ormansızlaşmadan kaynaklanmaktadır.

Karbon döngüsü üzerindeki bir diğer doğrudan insan etkisi, kobaltı (CO) serbest bırakan klinker üretimi için kireçtaşının kalsinasyonunun kimyasal işlemidir.[38] Klinker çimentonun endüstriyel öncüsüdür.

İnsanlar ayrıca okyanustaki karbon döngüsünü de etkiler.[39] İklim değişikliğindeki mevcut eğilimler daha yüksek okyanus sıcaklıklarına yol açarak ekosistemleri değiştirmektedir.[40][41][42] Ayrıca, asit yağmuru, tarım ve sanayiden gelen kirli akış okyanusun kimyasal bileşimini değiştirir. Bu tür değişikliklerin mercan kayalıkları gibi son derece hassas ekosistemler üzerinde dramatik etkileri olabilir,[43][44][45] böylece okyanusun atmosferden karbonu bölgesel ölçekte emme ve küresel olarak biyolojik biyoçeşitliliği azaltma yeteneğini sınırlayabilir.

Antropojenik küresel ısınmadan dolaylı olarak kaynaklanan arktik metan sürümleri de karbon döngüsünü etkiler ve iklim değişikliği geri bildirimi olarak bilinen şeylerde daha fazla ısınmaya katkıda bulunur.

12 Kasım 2015'te NASA bilim insanları, insan kaynaklarından gelen atmosferdeki karbondioksitin artmaya devam ettiğini ve yüz binlerce yılda görülmeyen seviyelere ulaştığını bildirdi. Şu anda, fosil yakıtların yakılmasıyla açığa çıkan karbondioksit oranı, bitki örtüsü ve okyanusun net alımının yaklaşık iki katıdır.[34][35][36][37]

Karbon döngüsü genel anlatımı

Havadaki CO2 bitkiler tarafından fotosentezde kullanılarak O2 ve organik bileşiklere dönüşür. Organik besinin yapısına katılan CO2 yapısındaki karbon bütün canlılar tarafından enerji ve yapı hammaddesi olarak kullanılır. Solunum olayında tekrar CO2 olarak atmosfere döner. Karbonun bir kısmı ise mineral olarak yer katmanında birikir ya da ölü bitki ve hayvanların organik atıkları halinde toprağa geçer. Burada saprofit canlılar tarafından ayrıştırılır veya kömür, petrol gibi fosil yakıtların kullanımı ile tekrar atmosfere geçer. Ancak fosil yakıtların aşırı kullanımı atmosferde aşırı CO2 sera etkisi meydana getireceğinden dünyada iklimin değişmesi, sıcaklığın birkaç derece artışı ve bunun sonucunda kutuplardaki buzulların erime tehlikesini doğurmaktadır.

Bu döngüde karbon, değişik sürelerle üç depolama havuzundan geçer. En kısa depolama ömrü biyolojik kısımdadır. Bitkiler, atmosfer ve okyanus sularının her biri hemen hemen eşit miktarda (takriben 500 ila 700 milyar ton arası) karbon ihtiva eder. Hayvanlar ve insanlar ise çok daha az (1 ila 2 milyar ton) karbona ev sahipliği yapar. Günler, yıllar hatta asırlar boyunca organizmaların büyüme, ölme ve çürümesi neticesinde karbon bu havuzlar arasında gider gelir. Değişik zamanlarda bu havuzlar net karbon transferine göre alıcı veya verici durumunda olabilir. Ancak bütün hadiseye baktığımızda karbon devrinin dinamik dengede olduğu söylenebilir.

Karbonun çok daha uzun süre depolandığı, karbon devri-daiminin jeokimyevi kısmı iki önemli havuzdan meydana gelir:

Derin okyanus suları (tahmini 36.000 milyar ton) ve kayalar (özellikle kireçtaşı, tahmini 75x10 milyon ton). Bu havuzlardan karbon devri-daiminin diğer kısımlarına çok yavaş bir şekilde karbon salınır. Biyolojik devre karbon tahliyesi, derin okyanus akıntıları, volkanik faaliyetler, kayaların erozyonu ve petrol, kömür, tabii gaz gibi fosil yakıtların kullanılması vasıtası ile, genellikle atmosfer kanalıyla yapılır.

Bu devir sırasında biyolojik ve jeokimyevi karbon arasında geçiş noktası topraktaki karbondur. Dünya yüzünde toprakta 1500 milyar ton kadar karbon bulunur. Toprak karbonu oldukça kararlıdır ve diğer havuzlarla kolay değişime girmez.

Global karbon devri bitkilerle yürütülür. Bu yolla yakalanan karbon, bitkilerin büyümesini sağlarken hayvanların bu bitkileri yemesiyle gıda zincirine katılır. Fotosentezle kara, okyanus ve akarsulardakinden iki kat fazla karbondioksit alınır. Kara bitkileri çoğunluğu ağaçlarda olmak üzere, su bitkilerinden 250 kat daha fazla karbon ihtiva eder.

1990'larda denizlerdeki çözünmüş halde inorganik karbon konsantrasyonları Karada karbondioksit bitki ve hayvanlar tarafından tutulurken, okyanuslarda bu vazifenin çok az bir kısmı canlı organizmalara verilmiştir. Bazılarının karbondioksit ve bikarbonatı çözmelerinin yanında bu karbonun birçoğu da bu yaratıklardan arta kalan birikintilerde bulunur. Plankton (bitki ve hayvan), mercan ve diğer canlılar, kalsit mineraller, kalsiyum karbonattan meydana gelen kabuk ve iskeletlere sahiptir. Hayat vazifesinden terhis neticesinde bu kabuk ve iskeletler, birer karbon kaynağı olarak deniz diplerinde tebeşir veya kireçtaşı halinde birikir. Böylece milyonlarca yıldır denizden karbon çekilmektedir.

Diğer kayalar da hususen fosil yakıtların kaynağı olanlar, karbonu saklar. Bu karbon da canlı organizma menşelidir. Bitkiler kömür için karbon kaynağı olurken, petrol ve doğalgaz çoğunlukla deniz canlılarından meydana gelir. Kayaların iklim şartlan ve topraktaki organik asitler vasıtasıyla parçalanması sonucu karbonatlardan ve volkan faaliyetlerinden atmosfere karbon bırakılır.

Buraya kadarki kısım sistemin tabii işleyişidir. Oysa sanayi devriminden bu yana, insanoğlu atmosfere sürekli karbon ekleyerek bu muazzam dengenin bozulmasına iki yolla sebep olmaktadır:

Birincisi, fosil yakıtların yakılması; ikincisi de toprakların kullanılmasındaki değişiklik, yani ormanların yokedilmesi. Gelişmiş ve gelişmekte olan memleketlerin enerji ihtiyacındaki artış bunun en büyük nedeni olmuştur.

Fosil yakıtların kullanılmasıyla milyonlarca yıldır kayaların içinde saklı bulunan karbonun havaya karışması hızlandırılmaktadır. Ormanların yakılmasıyla ise CO2 tabii seyrinden daha hızlı bir şekilde atmosfere karışmaktadır.

Günümüzde bilim insanları ve siyasiler atmosferde fazlaca bulunan CO2'nin sebep olduğu "sera tesiri" adı verilen hadiseyle yakından ilgilenmekteler. Çünkü sera tesiri ile dünyanın ikliminin büyük ölçüde değişeceğinden endişe edilmektedir.

Karbon devri-daiminde fonksiyon icra eden tek gaz CO2 değildir. Atmosferde çok az bulunmasına rağmen CO2'den daha hızlı artan her bir metan molekülü (CH4) 30 CO2 molekülünün yaptığı sera etkisine sebep olmaktadır. Metanın kaynağını ziraat (pirinç), boru hatlarındaki sızıntılar, maden ocakları, plastikler ve bakteriler teşkil eder.

Kömür, petrol ve gaz tüketimi hakkında tutulan kayıtlar, yılda 5 milyar ton karbonun dumanla birlikte atmosfere salındığını göstermektedir. Fakat bitki ve okyanusların atmosferden aldığı karbon, bu artış hızını yarıya indirir. Dünyadaki ekosistemlerin karbon devrine yaptığı tesirleri de bilmemiz gerekir. Bilim insanları tarla açmak için yakılan ormanlarda kaybolan karbonun sırrını henüz çözememişlerdir. Yakılan bir bitkinin içindeki karbon oksitlenerek karbondioksit şeklinde atmosfere karışır. Bu durum topraktaki organik maddelerde bulunan karbonlar için de geçerlidir. Yanmış arazilerde tekrar bitki yetiştirilirse mekanizma tersine işler. Yani havadaki karbondioksit alınır ve havaya oksijen verilir. Karbon ise toprakta kalır.4 Bitki örtüsünün yakılması karbon devrine menfi yönde tesir eder. Hasattan sonra anızların yakılması, atmosferdeki karbondioksit miktarını arttırdığı gibi, toprakta organik madde birikimini engellemekte ve yararlı mikroorganizmaların ölmesine sebep olmaktadır. Birçok gelişmiş ülkede yakıt olarak odun ve zirai atıklar kullanılmaktadır. Ormanlar ve çayırlar, tarım alanı açmak için yakılmaktadır. Her 1 kilowatt-saat elektrik (termik santrallerde) 1 kg, her litre benzin 2,5 kg karbondioksit ortaya çıkarmaktadır. Şayet biz yeryüzündeki bitki örtülerini mevcut hızla yakmaya devam edersek 2100 yılına kadar atmosferdeki karbondioksit oranı şimdikinin üç katı olacaktır.

Yaklaşık olarak 340 milyon yıl önce, bugünkü İngiltere adalarını içine alan bölgelerin yavaş yavaş suyla kaplandığı büyük bir deniz basması başladı. Bu olay Devonyenden Karbon devrine (Karbonifer) geçişi vurgular. Aşağı yukarı 100 milyon yıl süren Karbon devri boyunca kıtalar, hiçbir zaman çağımızdaki kadar çok bitkiyle kaplanmadılar.

Silüryen devrinde, bazı bitki türleri su yaşamından kara yaşamına geçmeye başladılar. Daha sonraki Devonyen devrinde ise korular ortaya çıktı. Karbon devrinde korular gerçek ormanlar haline geldi. Bitkilerin, Karbon devrinde zamanla kömüre dönüşen son derece büyük miktarlarda karbon kalıntıları bırakacak kadar çoğalmalarının nedenini açıklamak olanaksızdır. Kuşkusuz, yeryüzü kabuğundaki tüm kömürler Karbon devrinde oluşmamıştır; ama büyük bir bölümü, o devirden kalmadır. Bu yüzden, bilim insanları, Karbon devrinde atmosferin, bitki metabolizması için gerekli bir madde olan karbondioksit açısından zengin olduğunu düşünmektedirler; bununla birlikte, bitki dünyasındaki söz konusu dev patlamanın nedeninin bu olduğunu kanıtlamak olanaksızdır.

Karbon devri çok uzun bir süreyi kapsadığı için, bu devirde deniz düzeyindeki değişikliklerin tarihi oldukça karmaşıktır. Dünyanın sonradan yeniden yükselecek birçok bölgesi tümüyle su altındaydı; bazı bölgeleri birçok kez su basmıştı. Ayrıca, karmaşık dağoluş değişiklikleri de bu devirde oldu ve bu değişikliklere, magma ve yanardağ hareketleri eşlik etti.

İklimin bugünkünden farklı olduğu gerçeği şaşırtıcı değildir; ama, Gondwana kıtasında (sonradan güney Afrika, güney Asya, Güney Amerika ve Avustralya diye adlandırılan bölgeler) geniş alanlara yayılan buzullaşmanın başlaması, ilgi çekici bir durumdur. Öte yandan, Spitsbergen adaları gibi günümüzde buzul ikliminin görüldüğü bölgelerde, iklim ılımandı. İklimin ılımanlığı, kömür oluşumunu kolaylaştırıyordu. Karbon devri, adını bu devirde oluşan bol kömür tortullarından alır. Kömür, tortullar halinde Karbon devrinden önce de, sonra da vardı; hattâ günümüzde bile oluşmaktadır, ama görünüşe bakılırsa, Karbon devrine özelliğini veren hızlı oluşum, bir daha hiç tekrarlanmamıştır. Kömür tortulları Karbon devrinde oluşmuş tüm kayalarda bulunmazsa da, bazı özel bölgelerde (Çin gibi). Karbon devri kayalarının tümünde kömür tortullarına rastlanır. Bununla birlikte, Kuzey Amerika’nın batısında yer alan dağlık bölgedeki yaygın Karbon devri yapıları, kömür kapsamaz. Karbon devri yapılarından elde edilen kömür ne çok eski, ne de çok yeni olduğu için, bulunabilecek en iyi kömürdür. Yeni kömürün guncelhbr.com ısıtma gücü düşüktür; bunun yanı sıra, eski kömür yarı yarıya hiç de yanıcı olmayan grafite dönüşmüş olabilir.

Balıkların denizlerde çoğaldığı Devonyen devrinde, ikiyaşayışlılar ortaya çıktılar. Tamamlanmamış bir başkalaşma olayı yaşayan ilk böceklerin ortaya çıkışı, Karbon devrinin başlangıcıyla çakışır. Çeşitli bitki yapılarının yaşamlarını sürdürdüğü yeryüzünün değişik köşelerinde, ormanlar oluşuyordu. Karbon devrinin ortalarına doğru, yaşam çizgileri bugüne varan kozalaklılar ortaya çıktı.

İlk ormanların hemen tümü, bataklık bölgelerde gelişti. Bu yüzden, Karbon devri bitkilerinin gelişiminde su, çok önemli bir öğe olma özelliğini koruyordu. Ayrıca su, bu dönemi simgeleyen kömür oluşumunda belirleyici bir etken sayılabilir.

Yeşil bitkilerin, güneşten gelen ışık ve doğadan absorbe ettikleri karbondioksit ve su molekülleri ile organik maddeleri sentezlediğini biliyoruz.Bitki ve hayvanların sentezlediği organik maddeler arasında ise karbonhidratlar önemli yer tutar.Karbonhidratlar ve türevleri, saprofit bakteriler tarafından absorbe edilerek solunumda kullanılır ve solunum son ürünü olarak atmosfere serbest karbondioksiti bırakırlar. Karbonhidrat içeren bitkiler aynı zamanda hayvanlar tarafından besin olarak tüketilirler.

Gerek hayvanların gerekse mikroorganizmaların ölümleri sonucunda, toprakta ayrışmaya başlayan vücut yapıları, metan bakterileri tarafından ayrıştırılarak CO2 ‘ ye dönüştürülür ve atmosfere serbest olarak bırakılır. Şemada görüldüğü gibi CO2, ışık ve su varlığında tekrar bitkiler tarafından fotosentez reaksiyonlarında kullanılır.

Bunun dışında bitki ve hayvan ölüleri, toprağın çok derinlerinde, yüksek basıç ve sıcaklık etkisi altında petrol ve kömür gibi yapılara dönüşebilirler.Petrol ve kömür, insanlar tarafından enerji ihtiyaçları için kullanılırken yine açığa karbondioksit (CO2) ve karbonmonoksit (CO) gazları çıkar.

Karbon elementi, doğadaki döngüsünü bu şekilde tamamlamış olur.

Ayrıca bakınız
  • Biyojeokimyasal döngü  - Maddelerin Dünya'nın biyotik ve abiyotik bölmeleriyle çevrilmesi
  • Karbon döngüsünün yeniden dengelenmesi  - Bir grup çevre politikasının adı
  • Dünya atmosferindeki karbondioksit  - Atmosferik bileşen; Sera gazı
  • Karbon ayak izi  - Karbondioksit eşdeğeri olarak ifade edilen bir kişi, olay, organizasyon veya ürünün neden olduğu toplam sera gazı emisyonları seti
  • Karbon tutulması  - Çok miktarda karbondioksit yakalayıp depolayarak net emisyonları azaltma yöntemleri
  • Karbonat-silikat döngüsü
  • Okyanus asitlenmesi  - Dünyadaki okyanusların pH'ında, karbondioksit alımının neden olduğu sürekli düşüş
  • Permafrost karbon döngüsü

Kaynakça
  1. "Karbon Döngüsü". TEMA. 3 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Nisan 2014.
  2. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2000Sci...290..291F
  3. The global carbon cycle. ISBN 9781400837076.
  4. https://hdl.handle.net/10067%2F381670151162165141
  5. "Arşivlenmiş kopya" (PDF). 8 Ekim 2016 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Mayıs 2020.
  6. The Physical Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. ISBN 9780521705967.
  7. "Arşivlenmiş kopya". 17 Nisan 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Nisan 2012.
  8. https://doi.org/10.1017%2FS147355041200047X
  9. "Arşivlenmiş kopya". 5 Nisan 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Nisan 2018.
  10. https://doi.org/10.1111%2Fgcbb.12401
  11. https://doi.org/10.1039%2Fb809492f
  12. https://doi.org/10.1016%2Fj.ecolind.2017.04.049
  13. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010Natur.464..579B
  14. "Arşivlenmiş kopya" (PDF). 8 Ekim 2016 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 8 Ekim 2016.
  15. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1999Sci...284..118K
  16. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2000GBioC..14..639L
  17. "Arşivlenmiş kopya". 16 Haziran 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Haziran 2012.
  18. http://www.columbia.edu/~vjd1/carbon.htm
  19. https://www.geosociety.org/gsatoday/archive/9/11/pdf/gt9911.pdf
  20. https://deepcarbon.net/feature/deep-carbon-cycle-and-our-habitable-planet
  21. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2003PhT....56j..21W
  22. https://www.sciencedaily.com/releases/2011/09/110915141227.htm
  23. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2015CoMP..169...16S
  24. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3069163
  25. https://www.osti.gov/biblio/1426861
  26. https://www.sciencedirect.com/book/9780128113011/magmas-under-pressure
  27. https://arxiv.org/abs/1503.03538
  28. https://semanticscholar.org/paper/fc88770d212e038cd8b1d064e361d3c6c355c562
  29. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010E&PSL.298....1D
  30. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2008AREPS..36..389F
  31. https://deepcarbon.net/feature/does-earths-core-host-deep-carbon-reservoir
  32. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4273394
  33. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2015NatGe...8..220P
  34. "Arşivlenmiş kopya". 14 Kasım 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mayıs 2020.
  35. "Arşivlenmiş kopya". 1 Nisan 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mayıs 2020.
  36. "Arşivlenmiş kopya". 22 Nisan 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mayıs 2020.
  37. "Arşivlenmiş kopya". 17 Kasım 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Kasım 2015.
  38. "Arşivlenmiş kopya". 25 Mayıs 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 25 Mayıs 2016.
  39. https://doi.org/10.1016%2FS0070-4571%2808%2970338-8
  40. https://scholarworks.wm.edu/vimsarticles/1198
  41. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2002DSRII..49.1601T
  42. https://doi.org/10.1126%2Fscience.283.5410.2095
  43. https://doi.org/10.1126%2Fscience.284.5411.118
  44. https://semanticscholar.org/paper/7f93a42243d801c300199f44686fe08511ad7111
  45. https://epic.awi.de/id/eprint/13479/1/Orr2005a.pdf
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.