Kolik uhlíku se nachází na naší planetě?

Uhlík je nepostradatelný pro existenci života na Zemi. V živé hmotě se ale na naší planetě nachází jen mizivé procento uhlíku. Několik zajímavých faktů o uhlíku. (délka blogu 5 min.)

Pokud srovnáme množství uhlíku na naší planetě s ostatními chemickými prvky, není ani trochu výjimečný. Se svými 0,13 procenty z celkové hmoty, se nachází až na 13. místě. Země obsahuje daleko více železa (37,04 %), kyslíku (28,56 %, křemíku (14,47 %)  a hořčíku (11,03 %).

Co se týká chemických sloučenin uhlíku, nejvíce se ho na naší planetě vyskytuje ve formě kalcitu, nejstabilnější formě uhličitanu vápenatého (CaCO3). 

Ale i toho je na Zemi pouze 1,5 procenta, pokud bereme v úvahu veškerou její hmotu. Kalcit je až sedmý na žebříčku četnosti výskytu různých chemických sloučenin. 

Uhodnete, které chemické sloučeniny je na naší planetě nejvíce? Pokud tipujete vodu (jako já), nemáte pravdu. Nejčastější sloučeninou je živec se svými 55 procenty. Následují ho různé silikáty (15%) a křemeny (12 %). Voda se nachází až na čtvrtém místě - na Zemi  je jí kolem 9 %. Pátou příčku hitparády četnosti zaujímají oxidy železa - magnetit a hematit (3 %) a šestou slída, s necelými třemi procenty. 

Kde se dá nalézt nejvíce uhlíku?

Z výše zmiňovaných faktů vyplývá, že se nejvíce uhlíku na Zemi paradoxně nenachází v organické hmotě, ale v obyčejné hornině, pod našima nohama. Největší zásobárnou je litosféra (připomeňme si, že jako litosféru označují vědci zemskou kůru a nejsvrchnější, pevnou část pláště). 

Pro srovnání - jde o zhruba 99,95 % uhlíku. Ano, i když je to udivující, největší část chemického prvku, bez kterého se neobejde organická chemie a život na naší planetě - je skryt před našimi zraky hluboko v podzemí - v různých horninách, například v podobě uhličitanů a kerogenu. 

Kerogen

Název „kerogen“ navrhl skotský organický chemik Alexander Crum Brown v roce 1906. Kerogeny jsou organické polymery. Velikost jejich molekul je úctyhodná - mívají až 1000x vyšší hmotnost než molekula vodíku. Díky tomu mají také specifické chemické vlastnosti - jsou například nerozpustné v organických rozpouštědlech. 

Kerogeny se vyskytují v sedimentárních horninách. Jsou v podstatě mezistupněm při tvorbě ropy z odumřelé organické hmoty. Podle platné teorie vzniku ropy se zbytky rostlin a mořských živočichů vlivem tepla a tlaku mění nejprve na kerogen, pak na živice a nakonec na ropu a zemní plyn.

Kromě nich se v hlubinách Země vyskytuje uhlík také v podobě zemního plynu, uhlí, grafitu nebo diamantů. 

Podle aktuálních odhadů se tak v nitru naší planety nalézá kolem 75 000 000 Gt (gigatun) uhlíku. 

Pouze asi 0,05 % uhlíku je uloženo v ostatních “zásobárnách” - atmosféře, biosféře (živých organismech) a hydrosféře (oceánech a mořích, případně jezerech a řekách). 

Poslední dobou tolik probíraná atmosféra naší planety obsahuje ze všeho nejméně uhlíkových sloučenin. Mělo by se jednat o zhruba 800 Gt uhlíku. Jeho koncentrace se tu měří jednotkami, nazývanými ppm - miliontá část celku. I poměrně nepatrný přírůstek uhlíku v této sféře se tedy zdá být obrovskou změnou - a je tak často prezentován. 

Ani biosféra není na uhlík bohatší. Všechna organická hmota na naší planetě váží dohromady kolem 700 Gt. 

O něco lépe je na tom hydrosféra. Uhlík se v ní nachází převážně v anorganických sloučeninách. Je rozpuštěn ve vodě - což je jev, který je vratný. 

To, jestli se bude ve vodě rozpouštět nebo se z ní naopak vyloučí - závisí na teplotě, parciálním tlaku CO2, hodnotě pH a slanosti vody. 

Voda v oceánech obsahuje převážně (HCO3)- ionty. Pro srovnání - při teplotě 10 °C, pH 8 a obsahu soli 34,3 ‰ se nachází cca. 95 % uhlíku ve formě (HCO3)- iontů, čtyři procenta jsou pak ve formě -(CO3)- iontů, jen asi jedno procento je fyzikálně rozpuštěným plynem CO2. 

Podle nových odhadů se v hydrosféře nachází kolem 35 000 Gt uhlíku. Hydrosféra je tak po litosféře největším rezervoárem uhlíku na Zemi a množství uhlíku v ní s převahou předčí veškerou biomasu naší planety. 

Malé srovnání

Udělejme malý myšlenkový experiment. Vezměme veškerou hmotu, která se na naší planetě nachází, a oddělme od ní uhlík. Následně z něj vytvořme jednolitou vrstvu.

Uhlík, který se nacházel v karbonátových horninách v litosféře a plášti naší planety, by pokryl povrch Země vrstvou vysokou více než 120 metrů. 

Sloučeniny uhlíku obsažené v oceánu, by byly vytvořily mnohem tenčí vrstvu, která by měla několik centimetrů. Oba zbývající zásobníky uhlíku by vytvořily vrstvu, silnou jen několik milimetrů. Uhlík, který je obsažen ve všech obyvatelích hydrosféry, tedy moří, řek a oceánů, by vytvořil vrstvu silnou kolem 5 mikrometrů, byla by tedy zhruba 20x tenčí než list papíru. Na kerogen by připadlo necelých 25 metrů. 

Příště: Co se stane s CO2, který se rozpustil ve vodě oceánu?