3. Mennesket og Kulstofkredsløbet

Foregående kapitel fokuserede på, hvordan temperaturen på Jorden, og pH-værdien i havene, hænger sammen med atmosfæriske processer og kulstofkredsløbet. Dette kapitel tager udgangspunkt i, hvordan mennesket og kulstofkredsløbet påvirker hinanden, og hvordan naturvidenskaben i denne kontekst hænger sammen med det liv, man lever som menneske.

Vimeo-video: Welcome to the Anthropocene

3.1 Menneskets indvirkning på kulstofkredsløbet

Kulstofkredsløbet består af et hurtigt kredsløb (hvor udveksling af kulstof sker mellem hydrosfæren, atmosfæren og biosfæren) og et langsomt kredsløb (hvor kulstof tilføres eller fjernes fra det hurtige kredsløb – se sidste kapitel). Et kredsløb i naturen er en transport af kemiske stoffer mellem forskellige depoter, og ændringer i kredsløbet har derfor afgørende betydning for, hvor meget de enkelte depoter indeholder af et givent stof. Så langt tilbage man kan se gennem geologiske metoder (ca. 3,8 mia. År), har der fra begyndelsen været liv, som har påvirket de kemiske kredsløb. Også mennesket har påvirket de naturlige kredsløb, mest af alt kulstofkredsløbet.

Siden mennesket lærte at lave ild, har man grebet ind i det naturlige kulstofkredsløb: Ved at brænde træ for at få varme, fremskyndte mennesket nedbrydningen af organisk materiale og udledte derved CO₂ til atmosfæren. Det var dog først med opfindelsen af landbruget, at menneskets aktiviteter gjorde en egentlig forskel: Der blev brug for plads til at dyrke korn, og ved at rydde skovene med ild, gjorde man biosfæren mindre. Det kulstof der havde været bundet i træerne blev i stedet ophobet i atmosfæren og i havene, hvor CO₂-indholdet steg.

Herunder følger to forskellige film med målinger, som mange klimaforskere ofte sammenholder.

Ved at sammenholde NASA’s målinger med CO₂-målinger fra klimamålestationerne på Hawaii og Antarktis  kan det ses, at CO₂-indholdet i atmosfæren i moderne tid stiger voldsomt, og at der med denne stigning er klare tendenser til global opvarmning.

3.2. Kul, damp og begyndende industrialisering

Forbruget af fossilt brændstof (bl.a. kul, olie og naturgas) er i sig selv ikke et nyt fænomen, men måderne mennesket udvinder det på, og måderne hvorpå det bruges i produktionen, har ændret sig.

Allerede i antikken (fra omkring år 750 f.kr. til år 500) begyndte man i Europa og Kina at udvinde kul fra miner. I England og Wales kendte, og udnyttede, romerne stort set alle de større kulforekomster, der kendes i dag. Kullene blev brugt i smedjer og til at opvarme huse. Kul er et fossilt brændstof, der stammer fra planterester, som blev begravet på bunden af søer eller i havet, før de kunne blive nedbrudt af bakterier. Med tiden omdannedes planteresterne til kul, der består af mindst 60 % kulstof – og desuden andre grundstoffer som f.eks. svovl og brint. Så længe kulstoffet er bundet i kul, indgår det i det langsomme kulstofkredsløb, men når man brænder kullet, frigives det til atmosfæren som CO₂ og bliver derved en del af det hurtige kredsløb. Afbrænding af kul betød, at mennesket for første gang aktivt greb ind i det langsomme kredsløb, og derudover tilførte ekstra kulstof til det hurtige.

Vidste du, at…:

… James Watt, som udviklede den første effektive dampmaskine, foreslog, at man regnede en maskines effekt i hestekræfter – altså hvor mange heste der skulle have været brugt til at udføre det samme stykke arbejde. I dag måler man både effekt i hestekræfter (primært i motorer) og i enheden watt, der er opkaldt netop efter James Watt.

 

Billede: Dampmaskinen muliggjorde udviklingen af store fabrikker, hvor energien fra fossile brændstoffer udnyttedes til at masseproducere varer. Kilde: wikimedia

Det var først med opfindelsen af dampmaskinen, at mennesket for alvor begyndte at påvirke kulstofkredsløbet. I løbet af 1700-tallet opdagede man termodynamikken, der førte til, at mennesket begyndte at forstå, hvordan man kunne omsætte én form for energi til en anden. Hvis man for eksempel kogte vand og ledte dampen i en bestemt retning, kunne man bruge trykket fra dampen til at drive en maskine.

Man kunne altså omsætte varmeenergi til bevægelsesenergi. Pludselig blev det muligt at få maskiner til at gøre det arbejde, man ellers skulle have haft mennesker eller heste til at udføre.

Opfindelsen af dampmaskinen betød, at der blev en stigende efterspørgsel på brændstof, hvilket gjorde det rentabelt at grave miner ned til de dybere kullag, hvorimod man tidligere kun havde udvundet det kul, der lå tæt ved overfladen. Den industrielle revolution startede i Storbritannien, og her steg produktionen af kul fra 6 millioner ton årligt i 1790’erne til 16 millioner ton årligt omkring år 1800. I løbet af 1800-tallet steg dette tal eksplosivt.

Figur: Storbritanniens kulproduktion fra 1800 til 1970. Op gennem 1800-tallet steg produktionen til mere end det 20-dobbelte. I år 1900 blev der således udvundet lige så meget kul på to en halv uge, som der blev på et helt år i begyndelsen af 1800-tallet.

Efterhånden som dampmaskinen bredte sig til resten af Europa, til Australien og til USA, steg kulproduktionen også her.

Den konstante stigning afspejler, at man fandt flere og flere måder at bruge kul på: Fra dampmaskiner til støberier og fra elværker til lokomotiver. Den moderne verden blev altså skabt på energien fra kul.

3.3. Eksplosive energikilder og motorer

I slutningen af 1800-tallet opfandt man en effektiv intern forbrændingsmotor. Forbrændingsmotorer udnytter energien fra afbrænding af brændstof direkte til at skabe mekanisk energi uden først at opvarme vand, som det sker i en dampmaskine, hvor forbrændingen sker eksternt, altså uden for motoren. Interne forbrændingsmotorer er derfor langt mere effektive end dampmaskiner og kan for eksempel bruges i biler eller flyvemaskiner. Forbrændingsmotorer bruger eksplosivt brændstof, der enten er flydende eller er på gasform. Motorernes udvikling faldt sammen med den første vellykkede destillation af petroleum fra olie.

Udvinding af olie og gas tog for alvor fart fra omkring år 1900, og i dag bliver lidt over halvdelen af verdens energiforbrug dækket af olie og gas, mens 26 % dækkes af kul. I alt dækker fossile brændstoffer 80 % af det samlede globale energiforbrug.

Maskiner muliggjorde, at europæiske samfund i stigende grad kunne erstatte et stort antal arbejdere (og slaver), som udførte manuelt og monotont arbejde, og i stedet benytte sig af de som oftest mere effektive maskiner, der ikke var lige så dyre i drift for ejeren. Mekaniseringen af samfundet har muliggjort en udvikling, som ikke kunne finde sted uden maskiner. Men den fossile energi, som danner grundlag for industrialiseringen, er lagret over mange millioner år, og vi bruger det hurtigere, end Jorden kan producere det (se afsnit 2.2 og evt. 2.7).

Billede: Den danske olieproduktion udgør kun en halv procent af verdens olieproduktion. Den europæiske produktion er 7 procent. Til gengæld tegner Europa sig for 25 procent af verdens olieforbrug. Kilde: Olje og Energiforum

3.4. Det fossilfrie samfund

Imidlertid ser det ud til, at verdens befolkning kun kommer til efterspørge mere energi, og ønsket om ikke-fossile energikilder har været fremtrædende siden starten af halvfjerdserne, og senere er bæredygtig og vedvarende energi kommet i fokus.  Vedvarende energi kommer fra kilder, der ikke løber tør, som f.eks. sol og vind.

I flere lande førte dette til udbredelse af atomkraftværker, men ikke i Danmark. Folkelig modstand mod atomkraft gjorde, at vindmøllen (en teknologi som længe havde været kendt men som ikke havde haft tilstrækkelig interesse) blev et vigtigt fokus for dansk energiproduktion. Oprindeligt fokuserede danske energistrategier på vindmøller som en politisk uafhængig energikilde. Nu er vindenergi og vindmølleindustrien i sig selv blevet et vigtigt brand for Danmark, og i Energiforliget fra 2012, er der en målsætning om, at cirka 50 % af Danmarks energiforbrug skal kunne dækkes af vindmøller.

Bæredygtige teknologier kan flere steder fungere som et billigere og mere effektivt alternativ til energi fra fossile brændstoffer. Et eksempel på dette kunne være Roskilde Festival, hvor mange kreative grønne løsninger afprøves – og i flere henseender med den tanke bag, at teknologierne f.eks. skal kunne implementeres i flygtningelejre eller andre områder med begrænsede ressourcer efterfølgende. Fossilfri energi har nemlig ofte den store fordel, at det ikke kræver samme infrastruktur at få op at køre.

3.5 Forsuring af havene

Afbrænding af fossile brændstoffer har ført til en forøget CO₂-udledning de sidste 150 år. Stigningen af CO₂ og den medfølgende globale opvarmning har store konsekvenser for dannelsen af de kalklag i havene, som lagrer kulstoffet, fordi der sker en CO₂-forsuring af vandet.

Grunden til, at forsuring hænger sammen med CO₂, er, at hydrosfæren og atmosfæren løbende har en udveksling af CO₂. Når CO₂-indholdet i luften bliver højere, f.eks. gennem afbrænding af fossilt brændstof, øges indholdet også i havene. Når CO₂-koncentrationen i havene stiger, falder pH-værdien, fordi CO₂, vand (H₂0) og de basiske karbonat-ioner (CO₃–) bindes sammen og bliver til mindre basiske bikarbonat-ioner (HCO₃-). En lav pH-værdi kan blive et stort problem for specielt koraller, plankton og skaldyr, der har brug for kalk (CaCO₃, se evt. afsnit 2.2.3). Disse organismer vil få sværere ved at skaffe kalk, da karbonat-ionerne (CO₃–) i stedet bruges til binding af CO₂. Plankton og andre skaldyr er nogle af de nederste organismer i havenes fødekæde, og hvis verdenshavene forsures i en sådan grad, at der ikke kan dannes skaller, vil der være fare for, at store dele af fødekæden kollapser.

Et eksempel på et konkret miljø, der i denne kontekst er meget følsomt for temperaturændringerne, er koralrev.

Fakta:

I verdens koralrev lever op mod 2 millioner dyre- og plantearter (bl.a. 1/4 af alle fiskearter) og er derfor et af de områder med størst biodiversitet. Det er også derfor, at over 350 millioner mennesker er afhængige af fiskeri ved koralrevene verden over. Generelle skøn viser dog, at omkring 10% af verdens koralrev er døde inden for de seneste år – hovedsageligt pga. drivhusgasudledninger og andre menneskeskabte aktiviteter.

Koraller forveksles ofte med at være klipper eller planter, men de er rent faktisk sammensat af små dyr. At koraldyrene kan bygge massive koralrev skyldes både, at de lever i store kolonier, og at de bygger skeletter af kalksten (kalciumkarbonat, CaCO₃) for at beskytte sig selv. Derfor er de som oftest hårde som klipper. Når korallerne dør, vokser nye koraller op oven på det tilbagestående kalkskelet. Derfor er det kun det yderste lag af et koralrev, som består af levende koraller. Der findes dog også bløde koraller, som ligner planter og træer.

Billede: Koralrev er baseret på karbonatmineraler.
Kilde: Wikimedia

 

 

Tropiske koraller lever i symbiose (gensidigt samliv) med alger, som forsyner korallerne med føde. Algerne lever beskyttet i koralvævet og modtager energi via fotosyntese, hvorefter korallerne optager algernes overproduktion af næringsstoffer. Da algerne er afhængige af sollys, er tropiske koralrev begrænset til de øverste 60 meter af havet . Det er også algerne, der giver korallerne de strålende farver, fordi de producerer pigmenter, der kan ses gennem korallernes gennemsigtige kroppe. Udover næringsstoffer fra algerne lever korallerne også af smådyr, der fanges med korallernes tentakler.En stor trussel for de tropiske koraller er den globale opvarmning. Hvis vandet bliver for varmt, stresses algerne, der bor i korallerne, og forlader dem. Korallerne mister derved deres farve og dør hurtigt, hvilket også kaldes ‘blegning’. En anden trussel for korallerne er havenes forsuring, fordi faldet i pH gør det vanskeligere for korallerne at danne og bevare deres kalkskelletter. Begge disse faktorer skyldes stigningen af atmosfærens indhold af CO₂.Under FN’s klimatopmøde offentliggjordes en rapport, hvori der stod: “Hvis de nuværende tendenser for CO₂-udledningen fortsætter, kan mange af de tilbageværende koralrev være tabt inden for de kommende 20-40 år.”

Det er vigtigt at tænke løsningsorienteret, og et eksempel på genetablering af havenes kemiske balance kan ses på Bali, hvor man vha. naturlige processer har forsøgt at genskabe ødelagte koralrev.

Link til kapitel 4: Klimaforandringer