4.2 Kretsløp i naturen

Stoffer som aldri forsvinner

Tenk pa dette: karbonatomene i kroppen din har vært pa en lang reise. Noen av dem var kanskje en gang del av en dinosaur, eller en urskog, eller en drap vann i havet. Atomer forsvinner aldri -- de bare skifter plass. De sirkulerer i naturen i det vi kaller kretslop.

De to viktigste kretslopene for livet pa jorda er karbonkretslopet og nitrogenkretslopet. Karbon er grunnstoffet i alle organiske molekyler -- sukker, proteiner, fett, DNA. Nitrogen er essensielt for proteiner og DNA. Uten disse to kretslopene ville livet pa jorda ikke fungere.

I tusener av ar var disse kretslopene i balanse. Like mye karbon ble tatt opp som ble frigitt. Like mye nitrogen ble bundet som ble lost. Men sa begynte mennesker a brenne fossilt brensel og lage kunstgjodsel, og balansen ble forstyrret. I dette kapittelet skal vi forsta hvordan kretslopene fungerer, og hvordan menneskelig aktivitet har endret dem.

Karbonkretslopet: Fotosyntese og celleånding

Karbon beveger seg mellom ulike lagre i naturen: atmosfaeren (som CO2-gass), levende organismer, havet, jorda og fossile brennstoffer. De to viktigste prosessene som driver karbonkretslopet er fotosyntese og celleånding -- og de er egentlig motsetninger av hverandre.

Fotosyntese tar opp CO2 fra atmosfaeren. Planter bruker CO2, vann og solenergi til a lage glukose og oksygen. Karbonet bygges inn i plantens kropp.

Celleånding frigjor CO2 tilbake til atmosfaeren. Alle levende organismer -- planter, dyr, sopp, bakterier -- bryter ned glukose for a fa energi, og CO2 er et biprodukt.

I tillegg frigjor forbrenning (av ved, olje, kull, gass) og nedbrytning (av dodt materiale) ogsa CO2.

La oss folge et karbonatom pa en typisk reise:
1. Det starter som CO2 i atmosfaeren
2. En plante tar det opp gjennom fotosyntese og bygger det inn i glukose
3. En kanin spiser planten -- karbonet blir del av kaninens kropp
4. Kaninen dor, og nedbrytere (sopp, bakterier) bryter ned kroppen
5. Nedbryternes celleånding frigjor karbonet som CO2
6. CO2 er tilbake i atmosfaeren, klar for ny runde

Denne reisen kan ta fra dager til millioner av ar. Karbon som lagres i fossilt brensel har vært lasi inne i millioner av ar.

Nitrogenkretslopet: Bakterienes nøkkelrolle

Nitrogen er essensielt for alt liv -- det er en byggestein i proteiner og DNA. Og selv om atmosfaeren bestar av nesten 78 prosent nitrogen (N2), kan verken planter eller dyr bruke denne nitrogengassen direkte. N2-molekylet har en svart sterk trippelbinding som er nesten umulig a bryte.

Her kommer bakteriene inn. Nitrogenfikserende bakterier har spesielle enzymer som kan bryte trippelbindingen og omdanne N2 fra luften til ammonium (NH4+). Mange av disse bakteriene lever i rotknollene til belgplanter som erter, bonner og klover. Det er grunnen til at bonder ofte dyrker belgplanter i veksling med andre avlinger -- det tilforer nitrogen til jorda naturlig.

Nitrogenkretslopet har flere steg:
1. Nitrogenfiksering: Bakterier omdanner N2 til ammonium (NH4+)
2. Nitrifikasjon: Andre bakterier omdanner ammonium til nitrat (NO3-), som planter kan ta opp
3. Opptak: Planter tar opp nitrat gjennom rottene og bruker det til a bygge proteiner
4. Konsumpsjon: Dyr spiser planter og far nitrogen via proteinene
5. Nedbrytning: Dode organismer og avfall brytes ned, nitrogen frigjores som ammonium
6. Denitrifikasjon: Bakterier omdanner nitrat tilbake til N2-gass som slippes ut i atmosfaeren

Uten bakterier ville nitrogenkretslopet stoppe opp, og livet pa jorda ville ikke fungere. Bakterier er de usynlige heltene i naturens stoffkretstop.

Menneskelig pavirkning pa kretslopene

I tusener av ar var bade karbon- og nitrogenkretslopet i naturlig balanse. Like mye CO2 ble tatt opp som ble frigitt. Men menneskelig aktivitet har forstyrret denne balansen pa dramatiske mater.

Karbonkretslopet: Nar vi brenner fossilt brensel (olje, kull, gass), frigjor vi karbon som har vært lagret under jordoverflaten i millioner av ar. Avskoging reduserer ogsa plantenes evne til a ta opp CO2. Resultatet er at CO2-nivaet i atmosfaeren har okt fra ca. 280 ppm for den industrielle revolusjonen til over 420 ppm i dag. Denne okningen forsterker drivhuseffekten og forer til global oppvarming.

Konsekvensene er alvorlige: temperaturokning (ca. 1,1 grader sa langt), havforsuring (CO2 loses i havet og danner syre), issmelting og havnivastigning, og mer ekstremvaer.

Nitrogenkretslopet: Produksjon og bruk av kunstgjodsel tilforer store mengder ekstra nitrogen til jordbruksarealer. Avrenning fra jordbruk forer dette nitrogenet ut i elver, innsjøer og hav. Resultatet er eutrofiering: overgjødsling av vann som forer til algeoppblomstring, oksygenmangel og fiskedod.

Prosessen gar slik: for mye nitrogen renner av fra jordbruk, alger vokser eksplosivt, nar algene dor bryter bakterier dem ned og bruker opp oksygenet, vannet blir oksygenfattig, og fisk og andre organismer dor.

Hva kan vi gjore? Tiltak og begrensninger

Kan vi reparere skaden vi har gjort pa kretslopene? Delvis, men det krever innsats.

Et mye diskutert klimatiltak er treplanting. Trær tar opp CO2 fra atmosfaeren gjennom fotosyntese og lagrer karbonet i stamme, greiner, rotter og blader. Store skogsomrader fungerer som karbonsluk. Men treplanting har begrensninger: det tar tiar for trær blir store nok til a lagre betydelige mengder karbon, det finnes ikke nok areal til a kompensere for alle utslippene vare, og hvis traene brennes eller dor, frigjores karbonet igjen.

Derfor er den viktigste losningen a kutte utslippene ved kilden -- ga over fra fossile brennstoffer til fornybar energi som sol, vind og vannkraft. Treplanting er et nyttig supplement, men kan ikke erstatte utslippskutt.

For nitrogenkretslopet handler det om a bruke gjodsel smartere -- riktig mengde til riktig tid -- og a skape buffersoner med vegetasjon langs vassdrag som fanger opp avrenning for den nar vannet.

Det er ogsa viktig a forsta at karbon- og nitrogenkretslopet henger sammen. Planter trenger bade karbon (fra CO2) og nitrogen (fra jorda) for a vokse. Hvis ett kretslop forstyrres, pavirkes det andre. Alt i naturen henger sammen -- og det er kanskje den viktigste lærdommen fra dette kapittelet.

Oppsummering

Karbonkretslopet beskriver hvordan karbon sirkulerer mellom atmosfaeren, levende organismer, havet og fossile lagre. Fotosyntese tar opp CO2, mens celleånding, forbrenning og nedbrytning frigjor CO2.

Nitrogenkretslopet beskriver hvordan nitrogen sirkulerer i naturen. Planter kan ikke bruke N2 direkte -- nitrogenfikserende bakterier omdanner det til former planter kan ta opp. Andre bakterier star for nitrifikasjon og denitrifikasjon.

Menneskelig aktivitet har forstyrret begge kretslopene. Forbrenning av fossilt brensel har okt CO2-nivaet fra 280 til over 420 ppm, noe som forsterker drivhuseffekten og gir global oppvarming. Kunstgjodsel tilforer ekstra nitrogen som forer til eutrofiering i vassdrag.

Treplanting er et nyttig klimatiltak, men har begrensninger. Den viktigste losningen er a kutte utslipp ved a ga over til fornybar energi. Karbon- og nitrogenkretslopet henger sammen -- forstyrres ett, pavirkes det andre.