Der er mere i havet end det, du kan se med det blotte øje! Vidste du, at når du svømmer i havet, svømmer du rent faktisk i en suppe af kulstof?
Havet er fyldt med kulstof i forskellige former. Nogle af dem er store såsom hvaler, fisk og muslinger, men de fleste af dem er for små til, at man kan se dem uden et mikroskop. Nogle af disse mikroskopiske partikler er levende planter og dyr, men alt det andet er resterne af dem, som nedbrydes. Når dyr og planter på land dør, nedbrydes de til jord. I havet opløses resterne gradvist i havvandet. Alt dette døde materiale indeholder grundstoffet kulstof, der på et tidspunkt har været kuldioxid i luften.
Havet opbevarer en stor del af kulstoffet på vores planet. Her forklarer vi, hvordan alt dette kulstof ender i havene, og hvordan menneskets aktiviteter påvirker kulstofkredsløbet i havet.
Hvorfor er kulstof så vigtigt?
Kulstof er livets grundstof. Der er ingen andre grundstoffer, der har de helt rigtige egenskaber til opgaven. Kulstof kan binde sig til et væld af andre grundstoffer, såsom brint, kvælstof, ilt, fosfor og meget mere. Det betyder, at kulstof kan bruges til at bygge en lang række molekyler, som alle har meget forskellige egenskaber. Det kan for eksempel være hårde stive strukturer, såsom karbonater, som mange koraller og skaller er lavet af. Eller det kan være fleksible fibre i planter, som vi kan omdanne til stof eller reb. Og så kan det være sukkerarter, ligesom dem vi spiser for deres søde smag. Se dig omkring, og så vil du opdage, at kulstof findes overalt, både indenfor og udendørs.
Havet dækker 3/4 af jordens overflade, så det er måske ikke en overraskelse, at det også indeholder store mængder kulstof. Så lad os finde ud af, hvilke former havets kulstof optræder i, og hvorfor vi overhovedet behøver at tænke over det.
Er alt kulstof ens?
Kulstofatomer i havet er altid bundet til andre kulstofatomer og atomer af andre grundstoffer og danner herved en lang række forskellige stoffer. Selv om vi ikke ved præcist, hvad alle de kulstofholdige stoffer er for nogen, kan vi stadig beskrive dem ved hjælp af deres egenskaber – for eksempel om de synker eller flyder, og hvilke andre grundstoffer de består af.
Hvis stofferne i havet er så store, at de synker, kalder vi dem partikler. Nogle partikler er så små, at man er nødt til at bruge et mikroskop for at få øje på dem. De stoffer, der er for små til at synke, kalder vi for opløste stoffer.
Hvis stoffet er lavet af kulstofatomer, der er bundet til andre kulstofatomer eller brintatomer, kalder vi det et organisk stof (selvom der også kan være atomer af andre grundstoffer til stede). De bløde dele af alle organismer (inklusive dig), såsom hud, muskler og organer, er lavet af organiske stoffer.
Alle andre kulstofholdige stoffer kaldes uorganiske. Kulstofholdige bjergarter, som dem, der udgør marmor og kalk, er eksempler på uorganiske kulstofholdige stoffer, da de indeholder kulstof forbundet til ilt og kalk (calciumkarbonat, CaCO3). Kuldioxid (CO2) i atmosfæren er et eksempel på et kulstofholdigt uorganisk stof, der optræder som gas (se figur 1).
Figur 1. Kulstof kan binde sig til en masse forskellige grundstoffer og herved danne organiske og uorganiske stoffer. Organiske stoffer indeholder kulstofatomer bundet til andre kulstof- (C) eller brintatomer (H). Uorganiske stoffer indeholder kulstof bundet til et hvilket som helst andet grundstof, f.eks. ilt (O), kvælstof (N) eller fosfor (P). Figuren er skabt med BioRender.com.
Ud fra disse egenskaber kan vi opdele kulstoffet i fire kategorier (se også figur 2):
partikulært organisk kulstof
partikulært uorganisk kulstof
opløst organisk kulstof
opløst uorganisk kulstof.
Det meste af kulstoffet i havet er opløst uorganisk kulstof. Faktisk har havet fjernet en stor del af det CO2, vi har udledt i atmosfæren, ved at opløse det.
Organismer i havet kontrollerer balancen mellem organisk og uorganisk kulstof og mellem partikulært og opløst kulstof. Alle organismer, fra de mindste bakterier til de største hvaler, består af organisk kulstof, så vi klassificerer alle organismer som partikulært organisk kulstof. Nogle organismer har også kropsdele, der er lavet af karbonater og derfor bliver til partikulært uorganisk kulstof.
Den sidste form for kulstof, vi skal ind på, er opløst organisk kulstof, der inkluderer alle organiske stoffer, som gradvist siver ud i havvandet (f.eks. også fra din krop, når du er ude og svømme). Når der er meget høje koncentrationer af opløst organisk kulstof, får vandet ofte en brun/gul farve. Måske har du set nogle lignende ske, når du har lavet en kop te. Det varme vand i din tekop opløser noget af det organiske kulstof i bladene, og vandet bliver brunt.
Figur 2. Hvad sker der med kulstoffet i havet? Kulstoffet findes i fire forskellige former i havet. Mængden af kulstof på hver form varierer, og gennem forskellige processer kan kulstof forandre sig fra én form til en anden, hvilket er illustreret med de farvede pile (se listen til højre). Figuren er skabt med BioRender.com.
Havet som genbrugsstation for kulstof
I havet bliver kulstof konstant flyttet imellem disse fire tilstande, og denne bevægelse udgør havets kulstofcyklus. En afbalanceret kulstofcyklus er helt nødvendig for at kontrollere Jordens klima og biodiversiteten på planeten.
Havets kulstofcyklus består af en række processer, der omdanner kulstof fra én tilstand til en anden. Forskere har fundet ud af, at alle disse processer påvirkes af forandringer i koncentrationen af CO2 i luften, der for øjeblikket øges på grund af menneskets aktiviteter. Så balancen mellem de forskellige tilstande af kulstof er under forandring.
CO2 kan opløses i eller frigøres fra havvandet afhængigt af koncentrationen af CO2 i vandet og luften. Hvis koncentrationen i luften er højere end den i havvandet, så opløses kulstoffet i havet. Men omvendt kan CO2 blive frigjort fra havet til luften, hvis koncentrationen i havet er højest. I takt med at koncentrationen af CO2 i luften er steget over de sidste 100 år, har havet opløst mere og mere CO2.
Gennem fotosyntese bruger alger og vandplanter solens energi til at producere organiske kulstofholdige stoffer fra opløst uorganisk kulstof. Herfra kan kulstoffet bevæge sig fire veje:
Når alger og vandplanter spises af planteædere, bliver noget af det organiske kulstof omdannet til nye celler (ligesom når vi vokser ved at spise). Derved forbliver de organiske partikler, og dermed påbegyndes en fødekæde.
Når organismer ånder (respiration), omdannes noget af det partikulære organiske kulstof til opløst uorganisk kulstof. Energien, der lagres i organiske stoffer, bruges af organismerne, og kulstoffet frigives som CO2, hvilket er det, der sker, når vi ånder ud.
Organismer dør og synker ned til havbunden, hvor de langsomt begraves. De bliver med tiden til sten og olie, og dette kulstof lagres i undergrunden i millioner af år, medmindre vi henter det op.
Partikulært organisk kulstof frigiver opløst organisk kulstof, idet organismens celler lækker eller falder fra hinanden og spilder deres indhold ud i vandet.
Nogle af de opløste organiske kulstofholdige stoffer fra lækkende eller døde celler bliver til mad for bakterier, der lever i havvandet (se figur 3). Noget af kulstoffet genbruges på den måde, idet det enten omformes tilbage til opløst uorganisk kulstof eller til partikulært organisk kulstof, hvor det endnu en gang indgår i fødekæden. Denne vekslen af kulstof imellem organisk og uorganisk og mellem partikulært og opløst sker hovedsageligt ved hjælp af mikroskopiske organismer som bakterier, planteplankton og små planteædere og kaldes derfor det mikrobielle kredsløb.
Når du tænker på livet i havet, kan det være, at dine tanker først falder på hajer og andre fisk og hvaler. Selvom de er store, udgør disse dyr kun en meget lille andel af kulstoffet i havet. Det meste af det cirkulerer rundt i det mikrobielle kredsløb.
Bakterier er mestre i at genanvende kulstof, men de kan ikke udnytte alt det opløste organiske kulstof i havet. Ligesom os kan de være kræsne og kun vælge de organiske stoffer, de bedst kan lide. Til sidst kan det være, at de resterende kulstoffer ophobes som ”rester” fra havets buffet. Det kan være en måde, hvorpå havets økosystem kan hjælpe os med at mindske mængden af CO2 i luften og gemme det som opløst organisk kulstof.
Figur 3. Et fotografi taget gennem et mikroskop, der viser mikroalger omgivet af bakterier (de små grå prikker) og andre organismer, der lever af bakterierne (større grå runde former). Mikroalgerne frigiver opløst organisk kulstof (repræsenteret med den blå skygge), der som næring hjælper bakterierne med at vokse. Størrelsesskalaen i bunden viser, hvad 10 μm (mikrometer) svarer til på billedet. Et menneskehår er ca. 70 μm tykt. Billede: L. Haraguchi.
En kulstofcyklus i forandring
Det er vigtigt at forstå, hvor meget kulstof der er i havet, hvilke tilstande det optræder i, og hvilke processer der omdanner det. Når vi engang ved det, kan vi forsøge at forudse, hvordan verden kan se ud i fremtiden.
Hvad sker der, når mængden af CO2 stiger? Vil der også komme mere af det kulstof, der ses i figur 2? Svaret er… det kommer an på så meget! Mere CO2 i havet vil måske påvirke, ikke blot størrelsen, men også indholdet i hver kasse. For kassen med partikulært organisk kulstof vil mere CO2 påvirke antallet af organismer (kassens størrelse), og hvilke slags organismer der er tale om. Det sker, fordi nogle organismer er gladere for CO2 end andre, så de trives bedre under disse nye forhold. En lignende forandring kan ske, hvis temperaturen forandrer sig. Nogle organismer kan lide det varmt, og andre kan ikke. Det er vigtigt, fordi tilstedeværelsen af forskellige slags organismer forandrer fødekæden og påvirker, hvordan kulstoffet rejser igennem kulstofcyklussen.
En udfordring er, at partikulært organisk kulstof eksisterer som et væld af forskellige livsformer, og at opløst organisk kulstof findes i så mange forskellige slags stoffer, at vi ikke kan identificere dem alle. Uden den slags grundlæggende viden bliver det sværere at forstå de processer, der indgår i kulstofcyklussen, og hvordan de hænger sammen med andre faktorer såsom temperaturforandringer.
Forfattere
Lumi Haraguchi, Rafael Gonçalves-Araujo og Colin A. Stedmon
