Vatten har en betydande del i kolcykeln. Koldioxid kan lösas i vatten, omvandlas till vätekarbonat, karbonatjoner, och eventuellt falla ut som kalksten. Vi ska här gå igenom hur detta fungerar. Först en översiktsbild så att man kan orientera sig:
Koldioxid löses i vatten
Koldioxid kan lösas i vatten enligt följande kemiska formel:
\( \mathrm{ CO_2(g) \rightleftharpoons CO_2(aq)} \) (1)
Notera att det i formeln är en dubbelpil, vilket indikerar att processen kan ske åt båda håll, då det är en jämviktsreaktion.
I detta stadium kan vattenlevande växter, alger och bakterier använda koldioxiden för att genomföra fotosyntes. Koldioxiden kan dessutom reagera med vattnet för att skapa kolsyra, vilket snabbt faller samman till vätekarbonat och en vätejon:
\( \mathrm{ {CO}_2(aq) + H_2O \rightleftharpoons H_2{CO}_3 \rightleftharpoons {HCO}_{3}^{-} + H^+} \) (2)
Även vätekarbonaten (HCO3–) kan användas i fotosyntesen, men det är inget vi kommer att gå vidare in på just nu. Vätekarbonaten kan tappa en vätejon till, och bli till en karbonatjon:
\( \mathrm{ {HCO}_{3}^- \rightleftharpoons {CO}_3^{2-} + H^+}\) (3)
Havsvatten innehåller mycket kalciumjoner (Ca2+), vilka kan reagera med karbonatjonen för att skapa det relativt svårlösliga saltet kalciumkarbonat (CaCO3):
\( \mathrm{ Ca^{2+} + {CO}_3^{2-} \rightleftharpoons {CaCO}_3 (s)} \) (4)
Kalciumkarbonaten faller ut som kalksten på botten av havet, och kan där lagras en relativt lång tid. Motsatta reaktionen där kalciumkarbonat omvandlas tillbaka hela vägen till koldioxid, vatten och kalciumjoner förekommer så klart också, då det är ett dynamiskt system, vilket också kan ses i översiktsbilden.
Dynamiken i kalkstensinlagring
Eftersom alla reaktioner som är listade ovan är jämvikter så är de beroende av hur mycket av respektive komponent som finns närvarande, vilket förklaras mer om i artikeln om jämviktsreaktioner.
Om vi ökar mängden koldioxid i atmosfären kommer vi att öka mängden koldioxid som löser sig i vattnet (1), samt mängden koldioxid som reagerar med vattnet och blir till kolsyra (2). Kolsyran försurar vattnet genom den vätejon den ger ifrån sig, vilket gör att reaktion (3) drivs baklänges (för den kemiintresserade; detta beror på en högre relativ ökning av [H+] än [HCO3–] i havsvattnet). Det är med andra ord som så att ju mer koldioxid som löser sig i haven, desto surare blir det (vi skapar vätejoner i reaktionerna) och en ökad surhet gör att kalkstenen i större mån löses upp. Om halten av koldioxid i atmosfären ökar med en enhet, kommer cirka 30-40 % av detta att lösas i vatten, och mindre del kommer att lösas desto högre koldioxidnivåerna blir.
Sammanfattning
Koldioxid kan lösas i vatten, bli till kolsyra, som därefter blir till vätekarbonat, och till sist karbonatjoner som kan falla ut som kalciumkarbonat. Ökade koldioxidutsläpp leder till en försurning av haven, och upplösning av kalksten. Både ökad temperatur och ökad surhet försvårar inlagringen av koldioxid i haven.
I nästa artikel kommer vi att gå igenom hur fossila bränslen och hur de påverkar balansen i kolcykeln.