Zoals we al weten, als er geen broeikasgassen zouden bestaan zou de temperatuur op aarde zo’n 30 ºC lager zijn. Ze zijn dus essentieel voor onze bestaanszekerheid. Er is echter een die enorm is gestegen in ons tijdperk van industrialisatie, en dan hebben we het over koolstofdioxide CO2.
Voor het begin van de industriële revolutie was de CO2 concentratie in de atmosfeer ongeveer 280 delen per miljoen en onlangs was dit zelfs meer dan 400 dpm. Hierom wordt dit als de voornaamste reden van de huidige klimaatverandering beschouwd.
Ongeacht de uitstoot die is veroorzaakt door de mens door het gebruik van fossiele brandstoffen, wordt de hoeveelheid CO2 die in de atmosfeer zit gereguleerd door twee belangrijke cyclussen. Er is een kortetermijncyclus tussen fotosynthese, ademhaling, ontbinding, verbranding en teraardestelling van organisch materiaal (organische cyclus) en een langetermijncyclus tussen sedimentatie, erosie en vulkanisme van aards gesteente (anorganische cyclus).
Wanneer CO2 met water reageert, wordt koolzuur gevormd:
CO2 + H2O <=> H2CO3
Het is heel effectief om gesteenten op te lossen, vooral silicaten die zeer overvloedig in de aardkorst aanwezig zijn:
CaSiO3(silicaatgesteente) + 2 CO2 + 3 H2O => Ca2+ + 2 HCO3– + Si(OH)4
Bij deze reactie komt CO2 uit zowel regenwater als rotting van organisch materiaal, dat wil zeggen uit microbiële bodemrespiratie.
De vrijgekomen calcium- en bicarbonaationen gaan via de rivieren naar de oceaan. In de zee gebruiken organismen ionen om calciumcarbonaat schelpen te vormen:
Ca2+ + 2 HCO3– => CaCO3 (Calciumcarbonaat)+ CO2 + H2O
Als we dus het proces starten met twee CO2 -moleculen, plus erosie, zullen er twee bicarbonaten ontstaan die een koolzuurhoudende schelp vormen en maar één CO2-molecuul in de atmosfeer vrijgeven. Daarom verwijdert dit erosie- en afzettingsproces een CO2-molecuul uit de atmosfeer.
Er zijn talloze mariene soorten die beschermende schelpen en geraamten van calciumcarbonaat bouwen. Hoewel mossels, oesters en andere grote organismen op overduidelijke voorbeelden lijken, wordt de meeste oceanische calciumcarbonaat geproduceerd door microscopisch kleine fytoplanktonalgen (coccolithoforen) en door dierlijke plankton soorten (foraminiferen en pteropoden). Het gevormde calciet of aragoniet vormt vervolgens de geraamtes en schelpen waarmee deze micro-organismen zichzelf beschermen.
De diatomeeën, een belangrijke variëteit van fytoplanktonalgen en stralendiertjes, een variëteit van dierlijk plankton, produceren daarentegen kiezelhoudende schelpen in plaats van kalkhoudende schelpen.
Zo heeft koolstof zich door de geologische geschiedenis heen opgehoopt in dikke lagen kalkgesteente waardoor uiteindelijk de grootste koolstofafzetting op aarde is ontstaan.
Maar calciet bereikt niet altijd de bodem van de zee omdat het calciumcarbonaat op een zekere diepte weer oplost in calcium- en bicarbonaationen en CO2. Dit komt omdat door de diepte, het zeewater verzuurd. Deze diepte verschilt per oceaan en varieert van 3.000m tot 5.000m diep. Hierom zijn de sedimenten in de diepere gebieden geen kalksteen, maar kleiachtig, omdat de calciet oplost voordat het de oceaanbodem raakt. Planktonschelpen worden alleen gevormd als de bodem ondieper is, die witachtige, kalkhoudende modder vormen, waarvan de daaropvolgende verdichting lagen van kalksteen gesteente zal vormen.
Als gevolg van continentale platen, komt er een tijd waarin calciumcarbonaat reageert met silica bij een zeer hoge temperatuur en druk:
CaCO3 (calciumcarbonaat) + SiO2 (kwarts) -> CaSiO3 (silicaatgesteenten) + CO2
Bij vulkanisme komt weer een CO2-molecuul vrij.
De vereenvoudigde formule voor de cyclus van het gesteente zal zijn:
CaSiO3 (silicaatgesteenten) +CO2 <=> CaCO3 (calciumcarbonaat) + SiO2
(Erosie) (Metamorfose)
De sedimentatie en chemische erosie van silicaatgesteenten duwt de formule naar rechts en gebruikt een CO2-molecuul uit de atmosfeer en het vulkanisme duwt de formule naar links en laat een CO2-molecuul vrij in de atmosfeer.
Velen geloven dus dat de erosie van silicaatgesteenten deel is van een negatieve lus: als de temperatuur stijgt, neemt de afbraak van gesteenten toe en verbruikt het meer CO2 uit de atmosfeer, waardoor het broeikaseffect afneemt en de temperatuur daalt. Daarentegen, bij lagere temperaturen vermindert de erosie en wordt er minder CO2 verbruikt, dat zich ophoopt in de atmosfeer, waardoor een intenser broeikaseffect ontstaat dat meer warmte genereert. Zo kan de cyclus van koolstof de temperatuur op aarde reguleren.
