Kolisotoper

Det här blir återigen ett inlägg med fakta som kan bidra till små insikter i ämnen som ligger nära klimatfrågan och som verkligen leker med stora och små tal. Det börjar med bombkurvan.

Den bombkurva (se sid 107) som vi klimatrealister ser som den sanna berättelsen om kolcykeln uppstod efter att mängden C14 i atmosfären hade ökat som ett resultat av atmosfäriska bombprov under 50-talet och början av 60-talet. Efter några få år hade överskottet på C14 i stort sett försvunnit ur atmosfären. Det kan kanske vara av intresse att veta något om de tre isotoper av kol som finns med i kolcykeln.

De två vanligaste är C12 och C13, varvid 99% är C12. Dessa två är stabila och kemiskt ekvivalenta, men trots det så tycks växternas fotosyntes märka en skillnad. De föredrar C12. Som bekant finns det två varianter av fotosyntes bland växterna, det finns C3-växter och C4-växter. Återigen finns det en liten skillnad.

Det råkar alltså vara så att C4-växterna som klarar låga CO2-halter bättre också är mindre noggranna vid valet av kolatom, så att det som kallas δ13C och som mäter differensen mellan C13/C12 i en given vävnad och C13/C12 naturligt (i standardkol) är olika i C3-växter och C4-växter. Detta märks också i de djur (eller människor) som livnär sig på dem. I C3-växter är δ13C ungefär -25 ‰ och i C4-växter är den ungefär hälften så stor d.v.s. -12,5 ‰-

Den kolisotop som spelat och spelar störst roll för vetenskapen är dock C14. Det är en isotop som nästan enbart finns i kolcykeln, det finns kanske en liten, liten aning av den i vissa mineral som vid vittring fångar koldioxid ur luften, men den mängden är i detta sammanhang totalt försumbar.

Det jag visste innan jag började skriva detta inlägg var att C14 produceras i atmosfären när energirika partiklar ifrån rymden, s.k. kosmisk strålning, krockar med kväveatomer och därvid slår ihop en av protonerna med en elektron. Denna blir då en neutron, så att istället för att atomkärnan består av 7 protoner och 7 neutroner, så är det plötsligt bara 6 protoner medan antalet neutroner ökat till 8. Vi har alltså en kolatom med atomvikten 14. Denna är instabil med en halveringstid om cirka 5730 år.

Jag har vetat att reaktionen i atmosfären finns och att den i viss mån är beroende av hur mycket kosmisk strålning som når atmosfären. Detta beror i sin tur på solens aktivitet, eftersom en aktivare sol ger en starkare solvind som till viss del skyddar jorden ifrån den kosmiska strålningen.

Det finns två kärnreaktioner som beror av den kosmiska strålningen, dels den där kväve omvandlas till C14 och en liknande som skapar Beryllium10 i atmosfären. Båda dessa isotoper är instabila och därmed radioaktiva, C14 med en halveringstid om 5730 år och Be10 med en halveringstid om 1,39 miljoner år.

Man har kunnat räkna ut hur solaktiviteten varierat genom att mäta mängderna av C14 och Be10 i olika jordlager, C14 främst för vad som hänt efter den senaste istiden och Be10 för tidsrymder upp till några miljoner år.

Ett faktum som är intressant för oss som är mer eller mindre skeptiska till påståendet att jorden är på väg mot en farlig uppvärmning är att man kunnat utläsa att perioder med en aktiv sol, d.v.s. låga halter av C14 (eller Be10) också varit relativt sett varma perioder i jordens historia.

Jag har alltså vetat att C14 skapas i atmosfären och att det är en radioaktiv isotop som fått stor vetenskaplig användning, men jag hade ingen aning om hur mycket C14 det fanns på jorden. svaret på den frågan var åtminstone för mig en total chockartad överraskning. Den totala mängden är ungefär 75 ton, vilket känns som ofattbart lite.

Skulle det spridas jämnt över jorden så skulle det vara ungefär 0,15 mikrogram per kvadratmeter. Om vi jämför det med den totala mänden kol i kolcykeln som är drygt 40 000 Gigaton, d.v.s. 40 biljoner ton eller 40 x 1012 ton så ser vi att andelen är ungefär 1,85 x 10-12.

Men om vi tar fasta på Avogadros tal så ser vi att 12 gram kol, d.v.s en mol som består av ungefär 6×1023 atomer innehåller ungefär 1012 atomer C14. Halveringstiden för C14 ligger på ungefär 5730 år. Detta kan översättas till att sannolikheten för att en C14-atom ska sönderfalla under nästa sekund är ungefär log2 / (5730 x 3,15 x 107) eller 4 x 10-12.

Det innebär alltså att i vår lilla mängd av 12 gram så kommer 4 sönderfall att ske under nästa sekund, d.v.s. vi kan tala om 4 Becquerel. I vår kropp har vi ungefär 12 kg kol vilket innebär att vi har en kroppsegen radioaktivitet från C14 på ungefär 4 000 Becquerel.

Det kan i detta sammanhang nämnas att vi också har en kroppsegen radioaktivitet ifrån Kalium40 vilket ger totalt 10 000 Becquerel. När jag fick veta detta några månader efter Tjernobyl-olyckan slutade jag att oroa mig för Cesium i svamp och vilt.

Däremot har jag fortfarande stor respekt för Jod131, d..v.s. Den jodisotop som spreds efter Tjernobyl. Det är en kraftigt radioaktiv isotop med en halveringstid av 8 dagar, något som dock innebär att efter ett halvår så återstår mindre än en miljondel av det ursprungliga.

För att återkomma till våra 75 ton C14, så kan vi konstatera att på ett år minskar mängden med ungefär 1/7500 vilket innebär, om vi antar att mängden C14 är i stort sett stabil, att c:a 10 kg sönderfaller varje år och att det därmed produceras ungefär så mycket i atmosfären.

Eftersom 10 kg är knappt 1000 mol så produceras det alltså ungefär 5 x1026 atomer C14 per år, vilket ju är knappt 2 x 1019 atomer per sekund, vilket kan översättas till att det över varje kvadratmeter bildas 40 000 atomer per sekund. (Då låter det plötsligt mycket – ibland är det lustigt hur mycket stora och mycket små tal kan ge totalt olika intryck.)

Även om det är C14 som varit av störst betydelse för vetenskapen så spelar faktiskt C13 isotopen en viktig roll just för studiet av klimatförändringar, men användningen av den tänkte jag ta upp i ett senare inlägg på KU. Avslutningsvis vill jag bara tipsa om en intressant artikel som innehåller en intressant analys av kolcykeln. Det lustiga är att artikeln vill vara om inte överdrivet alarmistisk så åtminstone inte klimatskeptisk, men när jag läser den så blir jag mest förundrad över att författarna inte vågar inse att slutsatserna egentligen visar att en koldioxidberikning mest har positiva effekter för livet på jorden. Artikeln finns här.

Dela detta inlägg

27 reaktion på “Kolisotoper

  1. 1
    Kristian Fredriksson

    Angående evolutionen av C4- fotosyntesen så tycks den ha utvecklats för drygt 20 miljoner år sedan och framåt då koldioxidhalten gick under 500 PPM. Av det drar jag slutsatsen att den optimala koldioxidhalten torde ligga över den nivån för att även C3- växter skall kunna trivas.

    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3248710/

  2. 2
    Johan M

    Ett icke försumbart bidrag till C14 i atmosfären kommer från våra kärnkraftverk. Den neutronstrålning som finns ger upphov till samma process som från den galaktiska strålningen så grundnivån för hur mycket C14 vi har i atmosfären har förändrats.

    Att C14 används för att tidsbestämma arkeologiska fynd är väl vida känt. Vad som kanske inte är så känt är hur man använder den avtagande koncentrationen sedan bombproven upphörde. Om man, när du dör, skivar upp hjärnan så kan man avgöra hur gamla cellerna är. De som skapades tidigt 60-tal har en betydligt högre C14-koncentration. Läste en artikel av en medicinare för några år sedan som var överlycklig över denna chans som forskningen fick tack vara bombproven. Det var dock inne på sista versen eftersom nivåerna sedan ett bra tag var nere på normala nivåer.

  3. 5
    tty

    Apropå C4-fotosyntes så har den uppstått ca 60 gånger i 20 olika växtfamljer, ett mycket remarkabelt exempel på konvergent evolution och ett bevis för att koldioxidbrist nu har ett starkt inflytande på evolutionen av livet på jorden.

  4. 6
    Karl Eider

    #5 tty

    Om man googlar på C4-fotosyntes, så beskrivs fördelarna enbart med att det är effektivare i varmt och torrt klimat. Inte ett ord om effekten vid låga nivåer av CO2. Antar att detta inte skulle vara politiskt korrekt.

  5. 8
    Sören G

    OT
    Hörde just Rapport. Vissa flygbolag bakar in klimatkompensation i priset! Så nu blir man tydligen tvungen att klimatkompensera vare sig man vill eller inte.

  6. 10
    Fredrik S

    Sören G #8

    Snart blir det nog för mycket träd i utvecklingsländerna pga all klimatkompensering.

  7. 11
    Lars-Eric Bjerke

    Sten,
    ”Den bombkurva (se sid 107) som vi klimatrealister ser som den sanna berättelsen om kolcykeln uppstod efter att mängden C14 i atmosfären hade ökat som ett resultat av atmosfäriska bombprov under 50-talet och början av 60-talet.”
    Menar du bild 43 på sidan 105?

  8. 13
    Daniel Wiklund

    OT I dagens tidning (Norrbottenskuriren) är det en artikel om Greta ( för hundrade gången). ”Thunberg i EU: Jag vill att ni får panik. Jag vill att ni ska agera som om huset brinner. Om huset brinner så krävs det ett visst mått av panik”. Talet fick ledamöterna att stundtals brista upp i spontana applåder. ”Vårt hus faller samman och vi har allt mindre tid på oss och ändå händer egentligen ingenting. Allt och alla måste förändras manade Greta T”. Kan inte Greta nöja sig med att hon förändras. Varför blanda in hela världen i sin terapi, hon verkar ju ha panikångest. Tre av mina barnbarn ( en jämnårig med Greta) åkte för en stund sen till Kåbdalis för att åka slalom. Vi har ett fantastiskt vårväder just nu. Var själv ut och åkte skidor på skaren tidigt i morse. Min son kör en elhybrid, så dom första fem milen (av 14) till Kåbdalis kör han på el, gissar att Greta inte är nöjd med det, hela sträckan ska köras på el. Det är ju synd att inte Greta tar en cykeltur i naturen istf att hålla tal i EU.

  9. 15
    Ivar Andersson

    #13 Daniel Wiklund
    Greta har rätt :-) Notre dame brann men branden är släckt och katedralen ska repareras. Greta har fel. Inte ens Sverige brinner upp pga 1.7 graders temperaturökning. Alla verkar längta efter värmen och utnyttjar tiden till att åka slalom i stället för att drabbas av panik.

  10. 16
    Daniel Wiklund

    OT Följetongen Greta fortsätter. Text-tv skriver om Greta igen och igen. Nu har hon träffat påven, som enligt Greta var väldigt varm och vänlig, och han skrattade och log hela tiden. Vilken tur att han inte drabbats av panik. Greta har även hunnit med en klimatdemonstration i Rom. Hon ligger verkligen i, agerar som att jorden ska gå under om några dagar. Skönt att hon har påsklov den här veckan.

  11. 18
    Lars-Eric Bjerke

    #17 Sten,

    Då jag klickar på din länk hittar jag bombkurvan på sid 105 bild 43 och på sid 106 bild 44. På sidan 107 finns ingen kurva. På sidan 108 finns ”Bild 45. Tidsförloppet för upptaget av bomb-C14 i hydrosfären och biosfären.”
    Skälet att jag frågar är att Gösta Pettersson justerade sina bombprovskurvor i ett inlägg på Klimatupplysningen år 2013 efter diskussioner med prof. Mats Almgren.
    http://www.klimatupplysningen.se/2013/10/21/%E2%88%86c14-bombprovskurvan/

  12. 19
    tty

    #6

    De som sysslar med växtfysiologi är nog rätt eniga om varför C4 uppstår under oligocen och expanderar kraftigt från och med miocen, samtidigt som klimatet blir kallare, inte varmare. Sedan är det i och för sig sant att C4:s övertag över C3 är störst i varma och torra miljöer.

    https://pdfs.semanticscholar.org/435c/3ddad56b2690129504ec1a8bbedba3c6cfb4.pdf

    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18160293

    https://pdfs.semanticscholar.org/b84d/ca8f95a1134791f2594b24e6b01ff8586c22.pdf?_ga=2.61559017.411541572.1555527871-1511514010.1555527871

  13. 20
    Sten Kaijser

    Hej igen Lars-Eric,

    nu förstår jag –jag läste sida ”ovanför” där det sstod 107, men när jag läste sidnuimmer i texten så var det som du skrev sidorna 105 och 106 som gällde

    Jag ber om ursäkt för detta

    Sten

  14. 21
    Lars-Eric Bjerke

    Sten,
    ”Den bombkurva (se sid 107) som vi klimatrealister ser som den sanna berättelsen om kolcykeln uppstod efter att mängden C14 i atmosfären hade ökat som ett resultat av atmosfäriska bombprov under 50-talet och början av 60-talet. ”
    Detta påstående tycker jag bör modifieras efter Gösta Petterssons inlägg.
    http://www.klimatupplysningen.se/2013/10/21/%E2%88%86c14-bombprovskurvan/
    Ytterligare synpunkter från prof. Mats Almgren finns
    i länken- http://www.klimatupplysningen.se/2013/10/21/%E2%88%86c14-bombprovskurvan/

  15. 23
    Sten Kaijser

    Hej igen Lars-Eric,

    som du skriver i din första kommentar så ändrade sig Gösta Pettersson, åtminstone delvis, efter Mats Almgrens kritik. Jag tror att den publiceradeversionen tillkom efter deras diskussion, så att den nu publicerade bör vara mer tillförlitlig.Jag har inte trängt in ordentligt i diskussionen så att just nu har jag inget att tillägga, men jag hoppas kunna återkomma.

  16. 24
    Rolf Mellberg

    Sten och Lars-Eric,

    Detta med bombkurvan som jag antar är Hard facts I en kolbudgetanalys, hur ställer sig det mot Roy Spencer’s inlägg om carbon budget infört 11 april på hans blogg?

    F.ö. är ju den modellen tämligen uppseendeväckande då den säger att trots fortsatta utsläpp på dagens nivå kommer co2 att konvertera till ca 500 ppm. Vilket skulle betyda att inte heller medelhöga värden på klimatkänsligheten skulle vara på värst farligt.

    Synpunkter på och rimlighet i det?

  17. 25
    Ann lh

    # 24 Rolf M. Sök på bombkurvan i sökrutan så får du fram den diskussionen om kurvan här på KU från 2013

  18. 26
    Lars-Eric Bjerke

    #24 Rolf Mellberg

    Spencers modell är intressant tycker jag. En liten koll mot Stuart Stanifords enkla kurvor ger följande:
    Av Stuart Stanifords diagram i länken nedan (den 5-te och sista) ser man att kolsänkan i haven/växtligheten är 4 GtC /år vid en CO2 koncentration i atmosfären av 280 + 130 = 410 ppmv. Vi släpper idag ut 9 GtC per år. Om man extrapolerar samma kurva till en koldioxidsänka av 550 ppmv/år får man en sänka av 9 GtC/år, alltså ganska nära vad Specer kommer fram till. Detta förutsätter förstås att sänkan haven/växtligheten inte mattas av på väg upp till 550 ppm eller då utsläpp av 9 GtC/år har fortgått ett slag.

Kommentarer inaktiverade.