De toestand

De hoeveelheid CO2 in de atmosfeer neemt gestaag toe. Het ligt voor de hand dit toe te wijzen aan verbranding van fossiele brandstoffen. Soms wordt echter tegengeworpen dat de oceanen voortdurend een veel grotere hoeveelheid CO2 opnemen en ook weer uitstoten. Dat is waar, maar als de oceanen netto minder CO2 zouden opnemen, dan zou de hoeveelheid in de atmosfeer veel sterker stijgen dan het in werkelijkheid doet.
Van de totale hoeveelheid CO2 die via fossiele brandstoffen in de atmosfeer wordt gebracht, wordt zo’n 2/3e (gelukkig) nog steeds weggewerkt door levende planten en vooral de oceanen.Maar ook op een andere manier weten we, dat de toegevoegde CO2 vooral afkomstig is van de brandstoffen. Er zit namelijk een soort vingerafdruk in de CO2.

een beetje natuurkunde
Kooldioxide (CO2) bestaat uit 1 atoom koolstof en 2 atomen zuurstof. Koolstof (een atoom aangeduid met de letter C) komt in de natuur voor in drie verschillende ‘vormen’, isotopen genoemd. In de kern van het koolstofatoom zitten altijd 6 protonen, en in de meest voorkomende soort zitten ook 6 neutronen; het atoom heeft dan een massagetal van 12 en wordt aangeduid met 12C. Maar er bestaan van nature ook koolstofatomen met 7 neutronen (massagetal 13, daarom de isotoop 13C genoemd) en met 8 neutronen (isotoop 14C). Scheikundig hebben de isotopen dezelfde eigenschappen.
Van alle koolstofatomen die op aarde voorkomen, bestaat ongeveer 99% uit de 12C isotoop, 1% uit 13C en een zeer klein aantal (ongeveer 1 op de biljoen) uit 14C.12C en 13C worden in sterren gevormd en bij supernova-explosies door het heelal verspreid. Vrijwel alle 12C en 13C isotopen die tegenwoordig op aarde voorkomen, waren er al toen de aarde gevormd werd.14C echter wordt in de aardse atmosfeer op grote hoogte gevormd doordat uit kosmische straling afkomstige neutronen botsen met stikstof .Het is wat men noemt een radioactieve isotoop, instabiel, die weer ‘vervalt’ in een dusdanig tempo dat na ongeveer 5736 jaar er nog maar de helft van over is (halfwaardetijd).

Zie verder:
http://nl.wikipedia.org/wiki/Koolstof
http://nl.wikipedia.org/wiki/Koolstof_14_datering

een beetje biochemie
Planten halen CO2 uit de lucht, halen de koolstof eruit voor hun eigen groei en brengen weer zuurstof (O2) in de lucht. De manier waarop deze fotosynthese plaatsvindt, is niet voor alle planten gelijk. De meeste planten maken gebruik van de zogenaamde C3-methode, waarbij ze een ‘voorkeur’ hebben voor CO2 zonder 13C isotopen. De biomassa aan planten en ook plantenresten heeft daardoor verhoudingsgewijs minder 13C isotopen dan er gemiddeld in de atmosfeer zitten. Aangezien fossiele brandstoffen de overblijfselen zijn van plantenresten van miljoenen jaren geleden, bevatten ook die brandstoffen een lager percentage aan 13C isotopen.

Zie verder:
http://nl.wikipedia.org/wiki/Fotosynthese

vingerafdruk
Door heel precies verhoudingen te meten tussen de verschillende koolstof-isotopen, zien we als het ware vingerafdrukken. Zeer bekend is het gebruik van de koolstofdatering-methode: we kijken hoeveel van het radioactieve 14C in een opgegraven iets zit, en kunnen dan een goede schatting maken hoe oud dat moet zijn.Maar ook 13C levert een vingerafdruk op. Als op grote schaal fossiele brandstoffen verbrand worden, wordt extra CO2 aan de atmosfeer toegevoegd. Omdat levende planten en oceanen dat niet allemaal kunnen wegwerken, stijgt de totale hoeveelheid CO2 in de atmosfeer. Maar de toegevoegde CO2 uit de brandstoffen bevat naar verhouding minder 13C dan er al in de atmosfeer zat. De verhouding tussen 13C en 12C zal derhalve in de atmosfeer langzaam moeten veranderen (relatief minder 13C). En dat is precies wat er gebeurt.
Metingen laten zien dat de hoeveelheid CO2 gestaag stijgt, met een jaarlijkse seizoenschommeling. Metingen laten tevens zien dat verhoudingsgewijs het aandeel met 13C gestaag daalt, eveneens met een seizoenschommeling.

Zie verder:
http://cdiac.ornl.gov/trends/co2/iso-sio/iso-sio.html
http://gaw.kishou.go.jp/wdcgg

(dit artikel werd eerder in iets gewijzigde vorm geplaatst op het forum van de VWK)