Jordens kulstofkredsløb

Både jorden, floraen og faunaen indeholder kulstof også kaldt karbon eller bare kul. Kulstoffet (C) indgår i et kompliceret kredsløb mellem atmosfæren, oceanerne, biosfæren og Jordens indre. Dette naturlige kulstofkredsløbet har historisk set været i balance i årtusinder, men med indføringen af det konventionelle landbrug og industrialiseringen har menneskeskabt kulstofudledning skabt stor ubalance i kredsløbet. De regenerative landbrugsteknikker er så effektfulde at de kan påvirke den globale kulstofbalance. Global udbredelse af regenerativ landbrugspraksisk er således en forudsætning for at vi skabe god balance i jordens kulstofkredsløb igen.

Fra atmosfærisk problem til biologisk løsning

I det regenerative landbrug er kulstof (C) ikke en fjende eller en forureningskilde; det er selve “livets valuta”. Hvor det konventionelle landbrug ofte har bidraget til at sende kulstof op i atmosfæren som CO2, fokuserer det regenerative perspektiv på at trække kulstoffet tilbage til jorden, hvor det hører hjemme.

Med det konventionelle landbrug har århundreders pløjning og bar jord ført til, at enorm mængder kulstof er blevet frigivet til atmosfæren som CO2. Men i det regenerativt landbrug vender vi denne proces om. Ved at bruge fotosyntesen som en naturlig pumpe, trækker vi kulstoffet ned i jorden og lagrer det i stabile former, der kan blive liggende i århundreder. 

Det globale kulstofsbudget

Det globale kulstofsbudget er balancen mellem udvekslinger af kulstof mellem kulstofsreservoirer eller mellem en specifik løkke (f.eks. atmosfære – biosfære) af kulstofskredsløbet. Et studie af kulstofbudgettet i et bestemt reservoir, kan fastslå om denne virker som en kilde eller dræn for kuldioxid. Siden starten af den industrielle tidsalder er balancen mellem kulstofreservoirerne ændret ved forbrænding af fossile brændstoffer resulterende i den globale opvarmning. At bringe balancen tilbage er en stor videnskabelig og teknologisk udfordring. 

Atmosfæren indeholder ca. 78 procent frit kvælstof (nitrogen) og 21 procent ilt, og den lille procent, der er tilbage, er sammensat af forskellige andre stoffer, heraf kulstof. Før industrialiseringen lå kulstofniveauet i atmosfæren på ca. 280 ppm. Det kan måske lyde at meget lidt, men det svar til en ca. 600 Gt kulstof.

Siden industrialiseringen (ca. 1750) er CO2-indholdet i atmosfæren steget med ca. 300 Gt kulstof, og atmosfæren rummer i dag ca. 900 Gt kulstof svarende til 420-425 ppm. CO2 er en drivhusgas og når mængden af Co2 stiger med få ppm, medfører det at kloden har svære ved at komme af med solens varme igen. Ubalancen i atmosfærens kulstofbalance er således den primære årsag til den globale opvarmning. 

Jordbrugets særlige klimapotentiale

Til trods for mange politiske ambitioner på klimaets vegne, om at reducere mængden af kulstof i atmosfæren er tallet fortsat støt stigende. Der er derfor brugt for massiv omstilling af alle sektorer, og her ligger der et særligt potentiale i jordbruget. Jords kulstoflager udgør ca. 1.580 GtC, altså væsentligt mere end atmosfæren kulstofindhold. Kulstoflagring i jord  via regenerativ landbrugspraksis kan øge denne kulstoflager væsentligt ved at binde kulstof i jorden gennem simpel fotosyntese og de regenerative dyrkningsprincipper. 

Danske landbrug skal i førertrøjen

I Danmark indeholder dyrket mineraljord typisk 1-2% organisk bundet kulstof i det øverste jordlag, pløjelaget (0-25 cm). Dette svarer i gennemsnit til et indhold på 63 ton kulstof per hektar. Under det øverste jordlag falder kulstofkoncentrationen hurtigt med dybden, men til gengæld er underjorden mange meter dyb. Derfor findes der typisk mere kulstof i underjorden end i overjorden. Alene i jordlaget fra 25-100 cm findes omkring 79 ton kulstof per hektar i danske dyrkede jorde. Indlejringen af kulstof i overjord og underjord styres af mekanismer, der omfatter mikrobiel omsætning af kulstof og samspil mellem kulstof og jordens mineralske partikler. Planter tilfører mest kulstof til overjorden, hvor den mikrobielle nedbrydning af det organiske materiale til gengæld sker hurtigt. I underjord er den mikrobielle omsætning af kulstof langsommere, da processerne kan være begrænset af mangel på næringsstoffer, ilt og gunstige temperaturer.

Kulstofkredsløbet

Kulstofkredsløbet eller carbon-kredsløbet er det kemiske/biokemiske kredsløb, gennem hvilket kulstof bliver udvekslet her på planeten. Kredsløbet ses normalt som fire hovedreservoirer af kulstof forbundet gennem udveksling.  Den årlige kulstofcyklus udveksler kulstof mellem reservoirerne og det sker ved diverse kemiske, fysiske, geologiske og biologiske processer. 

Diagram over kulstofkredsløbet. De sorte tal fortæller hvor meget kulstof, der er lagret i de forskellige reservoirer, i milliarder af tons (“GtC” står for giga-ton af kulstof). De blå tal fortæller hvor meget kulstof, der bliver udvekslet mellem reservoirerne hvert år.

Baggrund – Om kulstof i atmosfæren

I Jordens atmosfære er kulstof primært kemisk bundet som gassen kuldioxid (CO2). Selvom kulstof kun er en ganske lille del af atmosfæren (ca. 0,03% på molær basis), spiller det en vigtig rolle for livet på jorden. Andre gasser i atmosfæren, der indeholder kulstof er metan og CFC-gasser (den sidste er kunstig). Disse er alle drivhusgasser hvis koncentration i atmosfæren har været stigende i de sidste årtier, og medvirkende til den globale opvarmning.

Udledning af kulstof

Kulstof kan blive frigivet tilbage til atmosfæren på flere forskellige måder:

    • Afbrænding af organisk materiale
      Dette oxiderer det kulstof der er tilstede og producerer kuldioxid (og andre stoffer, såsom røg og partikler). Afbrænding af fossile brændstoffer såsom kul, olie og naturgas frigør kulstof som har været lagret i geosfæren i millioner af år. Dette er hovedårsagen til det stigende niveau af atmosfærisk kuldioxid, der danner drivhuseffekt og global opvarmning.
    • Jordbearbejdning
      Det organiske kulstof, der er indlejret i jorden, bliver ved jordbearbejdningen eksponeret for ilt og nedbrydes, hvilket betyder kulstoftab til atmosfæren. Reduceret jordbearbejdning er derfor et afgørende tiltag i regenerativt jordbrug.
    • Produktionen af cement
      En af komponenterne, produceres ved at opvarme kalksten, som producerer en ikke ubetydelig del kuldioxid.
    • Opvarmet havvand
      Ved havoverfladen hvor vand bliver varmere, frigøres opløst kuldioxid tilbage til atmosfæren.
    • Respiration fra planter og dyr
      Dette er en exotermisk reaktion, og involverer forbrændingen af glucose (eller andre organiske molekyler) til kuldioxid og vand.
    • Forrådnelse af dyre- og plantemateriale
      Svampe og bakterier nedbryder de organiske materialer i døde dyr og planter, og omformer disse om til kulstof i kuldioxid hvis der er ilt tilstede, eller til metan hvis ikke.
    • Vulkanudbrud
      Vulkaner frigør gasser til atmosfæren, blandt disse gasser er vanddamp, kuldioxid og svovldioxid. Kuldioxiden som bliver frigjort svarer groft set til det mængde, som bliver fjernet ved udvaskning af silikater – så de to processer, som er kemisk omvendte, summerer til rundt regnet nul, og påvirker således ikke niveauet af atmosfærisk kuldioxid, inden for tidskalaer på mindre en 100.000 år.

Fjernelse af kulstof

Kulstof fjernes fra atmosfæren på flere forskellige måder:

    • Planters fotosyntese og vækst
      Når solen skinner, udfører planter fotosyntese, som binder kulstoffet i kuldioxid til kulhydrater, og frigør ilt i processen. Denne proces er mest aktivt i relative nye skove, hvor trævæksten er hurtig. Samlet omdanner fotosyntesen på landjorden og i hydrosfæren i alt 100-115 GtC (gigaton kulstof) om året til biomasse. Via regenerativt landbrug kan mængden af plantebiomasse og fotosyntes øges så meget at det får væsentlig indvirkning på atmosfærens kulstofreservoirer.
    • Jords organiske kulstofpulje

      Jord er planetens næststørste aktive kulstoflager og via de regerative dyrkningsmetoder kan vi øge jordens kulstofreservoirer betydeligt.

    • Ferskvandsvådområder
      Ferskvandsvådområder (som sumpe, moser, enge, flodsletter og ferske marsker) har vandfyldte, iltfattige (anaerobe) forhold, som sænker nedbrydningen af organisk materiale. Det betyder, at planterester og dødt materiale nedbrydes langsomt, så kulstof ophobes i jorden over tid. Globalt indeholder alle vådområder store mængder kulstof i jorden — mellem 20–30 % af alt jordens organisk kulstof, selv om de kun dækker omkring 5–8 % af landarealet.
    • Den termohaline cirkulation
      Ved overfladen af havene nær polerne. Her bliver havvand koldere og CO2 absorberes nemmere – især når vandet oppiskes af vind. Dette er koblet til havenes store transportbånd (kaldet Den termohaline cirkulation), som transporterer overfladevand til dybhavet.
    • Den biologiske pumpe
      I den øvre del af oceanerne, hvor organismer lever, dannes stof indeholdende reduceret kulstof, og de former også kalkskaller og andre hårde kropsdele. Disse er respektive oxideret og genopløst dybere i oceanet, end det niveau de blev dannet ved, dette resultere i et nedadgående strøm af kulstof og kaldet den biologiske pumpe.
    • Udvanding af silikater. Ulig de to andre processer, flytter kulstoffet ikke til et reservoir, hvor det hurtigt kan returnere til atmosfæren. Udvandingen af kalksten har ingen effekt på atmosfærisk CO2, fordi bicarbonat-ionerne som bliver produceret, bliver ført ud i havet, hvor det bliver brugt i marine processer med den omvendte virkning.

Baggrund – Om kulstof i biosfæren

Der er omkring 1900 gigaton kulstof lagret i de levende organismer på landjorden. Kulstof er en essentiel del af livet på jorden. Det spiller en vigtig rolle i strukturen, biokemien og næringen af alle levende celler. Og livet spiller en vigtig rolle i kulstofkredsløbet:
  • Autotrofer er organismer der producerer deres egne organiske komponenter gennem kuldioxid fra luften eller det vand hvori de lever. For at gøre dette benytter de en ekstern energikilde. Næsten alle autotroper benytter solen til dette, og denne produktionsproces kaldes fotosyntese. En lille mængde autotrofer udnytter kemiske energikilder, dette kaldes kemosyntese. Den for kulstofkredsløbets vigtigste autotrof er træer i skove på land samt phytoplankton i havene.Fotosyntese benytter følgende kemiske reaktion: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
  • Kulstof bliver udvekslet mellem de levende organismer ved at heterotrofer spiser andre organismer, eller dele heraf (f.eks. frugt). Dette inkluderer optagelse af dødt organisk materiale (detritus) af svampe og bakterier i gæring eller forrådnelse.
  • Det meste kulstof forlader de levende organismer gennem respiration. Når ilt er tilstede, opstår aerob respiration, som frigiver kuldioxid til den omgivende atmosfære eller vand. Dette sker gennem den kemiske reaktion: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Ellers indtræder anaerob respiration som frigiver metan til det omgivende miljø, som ender i atmosfæren eller hydrosfæren. (f.eks. som sumpgas).
  • Afbrænding af biomasse (f.eks. skovbrande, brænde brugt til varme, eller andet organisk materiale) kan også overføre større mængder af kulstof til atmosfæren.
  • Kulstof kan også forlade de levende organismer når dødt organisk materiale bliver inkorporeret i geosfæren. Mere specifikt, kan kalkskaller fra dyr lavet af kalcium karbonat ende op som kalksten gennem sedimentering.
  • Der er stadigt meget at lære om kulstofcykler i den dybe del af havet. For eksempel har nye opdagelser vist at fisk og krebsdyr (f.eks. lysfisk). der om dagen opholder sig i dybhavet, kommer op om natten for at æde plankton, denne transport af kulstof ud af havenes øvre lag, kan virke som en “ekspreselevator” i transporten af kulstof til dybhavet.


Kulstofs lagret i biosfæren er påvirket af en lang række processer på flere tidskalaer: mens den primære produktivitet følger en daglig eller årstids cyklus, kan kulstof også blive lagret i flere hundreder af år i træer og i meget lange tidsrum i jorden som fossile brændstoffer. Ændringer i disse langtidslagre (f.eks. gennem skovrydning eller gennem temperaturbaserede ændringer af jordbunden) kan derfor direkte påvirke den globale opvarmning.

Baggrund – Om kulstof i havene

Havet indeholder den største aktive mængde af kulstof nær havoverfladen, men dybhavsdelen af dette reservoir udveksler kun langsomt med atmosfæren. Kulstof bliver hurtigt udvekslet mellem atmosfæren og havene. I områder med upwelling, bliver kulstof frigivet til atmosfæren, mens der i  områder med nedsynkning (downwelling, se Grønlandspumpen) overføres kulstof fra atmosfæren til havene.

I alt indeholder havene cirka 38,100 gigaton kulstof, for det meste i form af bikarbonat ioner. Uorganisk kulstof, er kulstof som ikke har nogen kulstof-kulstof eller kulstof-brint bindinger, og er vigtig med hensyn til dets reaktioner i vandet. Denne kulstof udveksling er vigtig ved at kontrollere pH-værdien i havene.

Den øgede mængde CO2 i havene skaber en forsuring af havene som medfører at der bliver mindre carbonat for de kalkdannende havorganismer. Forsuringen forventes således at spille en stor rolle for kalkdannende koraller, kalkflagellater (nanoplankton), foraminiferer, pighuder, krebsdyr og bløddyr. Forsuringen betragtes derfor som det andet store kuldioxidproblem.