Nedre Atmosfære

Innføring

Utslipp fra biosfæren

Det er ikke bare drivhusgasser som slippes ut i atmosfæren, men også tusenvis av andre kjemiske forbindelser. Mange av dem er organiske forbindelser, og biosfæren (trær, plankton i havet og andre planter) slipper globalt sett ut mer av dem enn mennesker gjør.

Karbon er et viktig element i alt levende materiale. Kjemiske forbindelser som inneholder karbon, hydrogen og ofte oksygen kalles organiske forbindelser. Noen ganger inneholder de også andre grunnstoffer (nitrogen, fosfor eller svovel). Mennesker slipper ut store mengder organiske stoffer gjennom bileksos, i løsemidler og fra flere kjemiske industrianlegg.  Fordi flesteparten av oss bor i byer eller tettsteder, kan det være vanskelig å tenke seg at det ikke er menneskene som står for de største utslippene. Men på en global skala er det fortsatt store områder med liten befolkning, som skoger, savanner og ikke minst hav, der naturlige utslipp dominerer.

Hva slags utslipp kommer fra biosfæren?

Hvis du går gjennom en skog eller over en gresslette, kan du merke lukten av organiske gasser som kommer fra trær, gress eller blomster. På verdensbasis slippes det ut mer enn 1000 millioner tonn hvert år. Blant disse forbindelsene er det store mengder av det organiske stoffet isopren (omlag 500 millioner tonn per år) og monoterpener (130 millioner tonn per år). Til sammenligning regner man med at menneskeheten produserer omlag 200 millioner tonn organiske forbindelser hvert år (bortsett fra metan). Hvis du lukter på nålene til en furutre, vil du få en monoterpen i nesa. 
 

Planter danner og slipper ut monoterpener gjennom blader og nåler, særlig hvis de er utsatt for stress (f.eks. varme, tørke eller skader), men også under normale forhold. Omkring 200 millioner tonn/år kommer også fra naturlige kilder. Menneskene bidrar med omtrent like mye gjennom kveghold og rismarker. Vi må også huske på at 71% av jordas overflate er dekket av hav og at det er mange levende organismer i vannet (f.eks. alger). Her foregår det også kjemiske prosesser og organiske gasser slippes ut i atmosfæren, f.eks. 45 millioner tonn dimetylsulfid (DMS) per år. Denne organiske svovelforbindelsen oksideres til svovelsyre i lufta og fører til dannelsen av skyer over havet.

For å forstå klimasystemet og prosessene i atmosfæren, er det ikke nok bare å observere hvordan menneskeskapte utslipp endrer seg. Man må også studere hvordan planter bidrar til de globale kretsløpene, og hvordan disse bidragene forandrer seg. Vi skal se nærmere på tre forskjellige eksempler for å forstå viktigheten av biogeniske utslipp.

3. Treet som en kilde til organiske forbindelser (etter N.C. Hewitt; bilde: Elmar Uherek). Isopren (rundt 500 millioner t / år) og monoterpener (rundt 130 millioner t / år) er viktige organiske forbindelser, som slippes ut i store mengder av trær og andre planter. Men planter produserer også mange andre kjemikalier.

Klikk på bildet for å forstørre! For en høyoppløsningsversjon av bildet,  (500 kB).-> klikk her!

Monoterpener

Monoterpener bidrar til lukten av mange planter, som lukten av barnåler i skogen og den fruktige lukten av appelsiner og sitroner. Monoterpener er organiske forbindelser som består av karbon, hydrogen og noen ganger oksygenatomer. De produseres av trær og andre planter og slippes mest aktivt ut når sola står opp på varme dager. .

Til venstre ser du den kjemiske strukturen til et monorterpen, beta-pinen (til venstre), og en av de viktigste naturlige organiske forbindelsene, isopren (til høyre). Begge forbindelsene er umettete. Det betyr at de har C=C doble bindinger (inne i de røde ringene på figuren). For å forenkle kompliserte organiske molekyler, pleier kjemikere å la være å tegne C og H atomer. Isopren er vist i begge former, uten C og H atomer ovenfor og med C og H atomer nedenfor.

Utslipp fra planter reagerer i atmosfæren

Når terpener slippes ut i atmosfæren reagerer de med oksidanter (som OH eller ozon). Produktene er andre forbindelser som kan kondensere i lufta og danne partikler, eller få andre partikler til å bli større. Disse nye partiklene, som kalles aerosoler, svever i lufta og er nødvendige for at skyer skal dannes. Fordi ulike kjemikalier i aerosoler fører til forskjellige prosesser i skydannelsen, kan både utslipp fra planter og fra industri ha sterk innflytelse på skydannelse. Aerosoldannelse kan til og med være synlig: Noen ganger kan du se det som et blått slør over skogen (bilde 4). På bilde 5 har vi simulert dette fenomenet med furunåler i et laboratorium.

Nitrogenoksider (NO_x)

Nitrogen er et viktig grunnstoff i alle levende organismer. Det er en del av organiske molekyler  som proteiner, aminosyrer, DNA eller energibærermolekyler som spiller nøkkelroller i alle organismer. Planter tar opp nitrogen fra nitrat eller ammonium i bakken. Disse stoffene dannes blant annet av bakterier som har evnen til å overføre nitrogen i lufta til nitrat og ammonium.

Men andre bakterier kan bryte ned nitrat og danne nitrogenoksider, som slippes ut i lufta. Fordi noen nitrogenoksider (særlig lystgass) er svært stabile og ikke ødelegges i troposfæren, kan de nå opp i stratosfæren. Her spiller de en viktig rolle i nedbrytningen av ozonlaget. Nitrogenoksider kan  til slutt tilbake til jordoverflaten som salpetersyre (HNO₃). Utslippene av nitrogenoksider har blitt mer omfattende som en følge av økende bruk av gjødsel i jordbruket. Grovt regnet slippes 15 millioner tonn nitrogenoksider ut hvert år.

Dimetylsulfid

Små, usynlige partikler av svovelsyre og vann forårsaker skydannelse over havet. Men hvor kommer svovelsyren fra? Svovelforbindelser er svært viktige, spesielt for metabolismen i den marine biosfæren, fordi svovel er tilgjengelig overalt i havet. Alger danner spesielle svovelforbindelser, og nedbrytningen av algene fører til dannelsen av den organiske svovelforbindelsen dimetylsulfid. Dimetylsulfid er en gass som slippes ut i lufta. Der oksiderer den og danner svoveldioksid og tilslutt svovelsyre, som er nødvendig for skydannelse. Kapittel 3 i temaet ’Havet’ forklarer den viktige rollen til planteplankton i havet mer detaljert..

Disse eksemplene gir en idé om den nære sammenhengen mellom biosfæren og klimaprosessene.

Relaterte sider:

Svovelgasser fra planteplankton og deres virkning på klimaet:
Havet – Innføring – Gasser fra planteplankton – Svovelgasser

Om denne siden:

forfatter: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz/Tyskland
pedagogisk utprøving: Michael Seesing - Uni Duisburg - 2003-07-02
Vitenskapelig kvalitetssikring: Prof. Jürgen Kesselmeier - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz - 2003-07-15 og Dr. Pascal Guyon - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz - 2004-05-10
Sist oppdatert: 2004-06-15
Oversatt og bearbeidet av Nicolai Steineger og Erik Steineger