Jaká zábava čeká na CO2 v podzemí?

Vánoční a poněkud pohádkový blog o tom, jaké to je, být molekulou CO2 v litosféře naší planety. (délka blogu ca 5 min.) 

Prehistorická CO2 - párty

Dnes se nachází v atmosféře zhruba 0,04 objemová procenta CO2. Aktivistům se zdá, že je to příliš mnoho. V minulosti bylo ovšem CO2 v atmosféře ještě mnohem víc. 

Původní atmosféra Země obsahovala kolem 16 % CO2. A protože příroda rozhodně neplýtvá, naučil se život, který se tehdy na naší planetě vyvíjel, využívat CO2 pro svoje účely. 

Mořské řasy, které začaly v prekambriu ve velkém tento plyn používat, produkovaly biomasu a jako vedlejší produkt plyn, bez kterého si dnes neumíme život na Zemi představit - kyslík. V té době to byl jen nebezpečný a chemicky velice agresivní odpad. Později vyvolal největší ekologickou katastrofu, jakou kdy naše planeta zažila. Ano, čtete správně. Kyslík byl kdysi tím pravým zabijákem. Ale i s ním si život na Zemi poradil. Začal ho - stejně jako předtím CO2 - používat ke svým účelům. 

Vraťme se ale zpět do prekambria. Odumřelá biomasa, produkovaná řasami (a s ní i CO2, odčerpaný z atmosféry), se ukládala na mořském dně, kde vytvářela silné vrstvy, sedimenty. Přesto se dlouhodobě složení atmosféry moc neměnilo, další a další CO2 do ní totiž dodávaly četné vulkány. Situace byla dlouhodobě stabilní a CO2 v atmosféře, jak se zdálo, bylo dost pro všechny. 

V atmosféře se zpočátku nevyskytoval ani odpadní plyn kyslík. V mořích se totiž nacházel ještě dostatek rozpuštěných solí železa. Ty se postupně okysličovaly (to, že je kyslík pro železo neodolatelný, si můžete ověřit i dnes - v průběhu let to můžete pozorovat například na karoserii svého auta) a klesaly ke dnu, kde vytvářely pozdější ložiska železné rudy. 

Svět byl tehdy nějakou dobu v pořádku, ale jak už to bývá, všechno hezké jednou skončí. 

Zásoby železa se vyčerpaly před zhruba 600 miliony roků. 

Zhruba v té době se naučily první mořské organismy využívat CO2 ještě k jinému účelu - k ochraně. Začaly si stavět vnější schránky z karbonátů. Svědectví o tom podávají silné vrstvy vápencových sedimentů v místech, kde kdysi klesaly odumřelé organismy i se svými karbonátovými schránkami ke dnu a tvořily … ano, tušíte správně. Silné vrstvy sedimentů. 

Postupem času množství CO2 v prehistorické atmosféře klesalo, zatímco se více a více obohacovala kyslíkem. Ten sice zoxidoval všechny dostupné a k oxidaci ochotné kovy, moc dlouho mu to ovšem netrvalo. Přebytečný kyslík se hromadil ve vzduchu. 

Výše popsané procesy tedy vychytaly molekuly CO2 z původní atmosféry - a převedly ho do 

litosféry, pevné skořápky naší planety. 

Co se stane s CO2, který se dostal do vody moří a oceánů si můžete přečíst v několika posledních blozích. Co se ovšem dělo s CO2, který se dostal do podzemí? 

CO2 v podsvětí

Určitá část CO2 se může dostat do země díky rostlinám, živočichům a třeba také bakteriím, které obývají vrchní část zemské kůry. Z odumřelé biomasy (nebo díky dýchání organismů) se pak uvolňuje CO2 v podobě plynu. 

I tady hraje důležitou roli voda, která podobně jako v mořích a oceánech oxid uhličitý rozpouští. 

Poté probíhá ve vodě chemická reakce, která je vratná, probíhá tedy oběma směry. Z oxidu uhličitého a vody se vytváří nová molekula - kyselina uhličitá H2CO3. 

Ta je ovšem stabilní jen při daných podmínkách (například vyšší tlak a nižší teplota). Pokud voda s větším množstvím kyseliny uhličité vyvěrá na povrch, sníží se její tlak a zvýší se teplota, nic nebrání zpětné chemické reakci. Kyselina uhličitá se rozpadne na CO2 a molekulu vody H2O - a CO2 se z roztoku uvolní do atmosféry. 

To ale zdaleka není všechno. CO2 může v podzemí zažít mnohem zajímavější dobrodružství. Může se totiž stát, že voda, nasycená kyselinou uhličitou, se v podzemí “potká” s vápencem (který má chemické složení CaCO3). Připomeňme si, že se jedná o prehistorický oxid uhličitý z dávné atmosféry obsahující až 16 % tohoto dnes vzácného plynu. Dávný CO2 měl naposledy zábavu v prekambriu, kde se účastnil veselé organické párty, stal se součástí skořápek dávných mořských organismů a následně se usadil na dně moří. Od té doby měl zábavy jen pomálu - a tak se samozřejmě těší na novou aktivitu. 

Když se potká s kyselinou uhličitou, proběhne chemická reakce, která z nerozpustného karbonátu CaCO3 udělá novou sloučeninu - ve vodě rozpustný Ca(HCO3)2. I tato chemická reakce je vratná - může tedy probíhat oběma směry, v závislosti na tom, v jakých podmínkách se právě sloučeniny nacházejí. 

Tvrdá voda a její zábava

Voda obsahující výše zmíněný, rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý se lidově nazývá tvrdá voda. A jistě to není proto, že má ráda tvrdou muziku, i když podobné přirovnání jistě sedí. Pro prehistorický CO2, uložený ve vápencových vrstvách to znamená doslova metalový festival, kterého se smí zúčastnit po nespočetných milionech roků, prožitých v nudném podzemí. 

Sloučenina se vydá spolu s vodou na dlouhý výlet. Když bude mít něco málo štěstí, dostane se časem do některé z podzemních jeskyní. Pak se stane obdivuhodná přeměna. Díky zahřátí a změně fyzikálních podmínek se chemická reakce rozvzpomene na to, že je vratná. Z rozpustného hydrouhličitanu se stane nerozpustný uhličitan, vyloučí se voda a do atmosféry uniká CO2. Voda odteče a teď už nerozpustný uhličitan se usadí v místě, ve kterém se nacházel, když probíhala výše zmiňovaná chemická reakce. 

Svědectvím těchto procesů jsou pak nádherné krápníkové jeskyně, které můžeme obdivovat v podzemí. Až tedy budete někdy obdivovat stalaktity, stalagmity a stalagnáty - vzpomeňte si na vápenec, který měl při jejich tvorbě minimálně stejně tolik zábavy, jako máte i vy při návštěvě jeskyně.