Důkaz o zdroji nárůstu CO2 v atmosféře č.1 – izotopové složení – seriál Klimatická změna 4/8

Datum 24.07.2021

Foto: Pixabay

Jak jsme si již řekli v předchozím článku, koncentrace CO2 setrvale rostou zhruba od doby průmyslové revoluce a v posledních dekádách se tento růst ještě zrychluje. Dokázat odkud se tento CO2 vzal není vůbec snadné, protože podezřelých zdrojů je rovnou několik. Z dříve zmíněných uhlíkových zásobníků to jsou moře a oceány, vegetace, fosilní paliva, půda nebo i sopečná činnost, která jisté množství CO2 emituje. Ideální by bylo, kdyby se CO2 z různých zdrojů lišil a my bychom byli schopni tyto odlišnosti rozpoznat. Naštěstí to částečně možné je a můžeme si popsat na jakém fyzikálním principu jsme schopni původ CO2 identifikovat.

Izotopy

Nejdříve si musíme vysvětlit, co to jsou izotopy, protože s nimi budeme dost pracovat. Víme, že prvek se skládá z jádra atomu, ve kterém jsou protony a neutrony. Počet protonů rozhoduje o tom, o jaký prvek se jedná. Kyslík má vždy 8 protonů, uhlík 6 protonů, dusík 7 protonů atd. Počet neutronů u daného prvku se ale může lišit. Varianty daného prvku, které si liší počtem neutronů nazýváme izotopy. Pojďme se nyní podívat specificky na izotopy uhlíku.

Uhlík se na Zemi běžně vyskytuje ve 3 formách a nás bude zajímat zastoupení těchto forem v atmosféře, protože zde množství uhlíku hlavně ve formě CO2 roste. Nejběžnější uhlík C-12 (6 protonů a 6 neutronů, v součtu 12 částic) je atmosféře zastoupen z 98,89 %, uhlík C-13 z 1,11 % a uhlík C-14 z 0,0000000001 %. Paradoxně nejméně zastoupená forma uhlíku bude pro nás ta nejdůležitější.

Radioaktivní uhlík C-14

Uhlík C-14 má poločas rozpadu zhruba 5 700 let, tzn. že za tuto dobu se jej polovina rozpadne na jiný prvek. Uhlík C-14 vzniká přeměnou z plynného dusíku díky záření z kosmu ve vyšších vrstvách atmosféry. Vzniká tedy v malém množství, zato ale stále. Tento uhlík je pro vědu velmi důležitý např. při datování stáří objevených fosilií. Jak nám ale pomůže určit původce nárůstu množství CO2 v atmosféře?

Na to nám odpoví tento graf, který nám ukazuje změnu poměrného zastoupení uhlíku C-14 mezi ostatními izotopy uhlíku. Vidíme, že jeho poměrné množství vůči zbývajícím izotopům klesá. Nenechme se ale mýlit, množství uhlíku C-14 je v čase víceméně stálé, to jen množství ostatních izotopů narůstá. Jinými slovy uhlík C-14 je ředěn ostatními formami uhlíku.

Graf poklesu zastoupení C-14 v atmosféře. Zdroj: NOAA

K čemu nám to ale je? Musíme si zamyslet nad tím, jaké uhlíkové zásobníky v sobě mají uhlík tak chudý na izotop C-14. Toto ochuzení logicky vzniká s časem, protože čím je daný zásobník starší, tím je v něm uhlíku C-14 méně. Díky svému relativně krátkému poločasu rozpadu v nich totiž nevydrží, rozpadne se. Tato skutečnost jako původce nárůstu CO2 v atmosféře vylučuje zásobníky jako vegetaci, moře a půdu, protože v nich dochází k pravidelné výměně uhlíku s atmosférou a uhlík C-14 v nich najdeme. Naopak nás utvrzuje v tom, že tento nárůst musel být způsobem přesunem uhlíku z velice starých zdrojů (např. fosilní paliva, sopečná činnost nebo vápenec), protože v nich žádný uhlík C-14 není.

V příštím článku si ukážeme, o který starý zásobník jde a jaké pro to máme důkazy.

Radek Zeman

Volty 700 x 200 px

Komentáře