Zuurstofkringloop.
De zuurstofkringloop is de beweging van vrije zuurstof (O2) tussen atmosfeer, oceaan en levende organismen. Vrijwel alle vrije zuurstof in de lucht komt uit fotosynthese. Het wordt verbruikt door ademhaling, verbranding en chemische processen in gesteenten.
- Atmosfeer
- Ongeveer 21% O2. Het tweede grootste bestanddeel van de lucht na stikstof.
- Oorsprong
- Fotosynthese door planten, algen en cyanobacteriën — over miljarden jaren opgebouwd.
- Verbruik
- Ademhaling, verbranding, oxidatie van mineralen.
- Andere vorm
- Ozon (O3) in de stratosfeer beschermt tegen UV-straling.
Waar komt de zuurstof vandaan
De vroege aarde had nauwelijks vrije zuurstof in de atmosfeer. Pas toen cyanobacteriën fotosynthese ontwikkelden, kwam er O2 bij. Eerst werd vrijgekomen zuurstof opgenomen door opgeloste ijzerverbindingen in zee — zichtbaar in oude bandijzererts-formaties. Daarna begon zuurstof zich op te hopen in de atmosfeer, in de zogenoemde Grote Oxidatie. Dat proces duurde honderden miljoenen jaren.
Vandaag de dag wordt vrijwel alle nieuwe O2 nog steeds geproduceerd door fotosynthese. Marine algen en cyanobacteriën leveren ongeveer evenveel als alle landplanten samen — al verschillen schattingen. De reactie verloopt volgens 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2, waarbij de zuurstof afkomstig is van het watermolecuul.
Waar gaat de zuurstof heen
O2 wordt op vrijwel dezelfde tijdschaal verbruikt als geproduceerd. Cellulaire ademhaling in alle levende cellen is de grootste verbruiker. Verbranding — bosbranden, gebruik van fossiele brandstoffen — telt ook mee. Daarnaast oxideert zuurstof mineralen in gesteenten en bodem; ijzer dat roest is daar een dagelijks voorbeeld van.
De productie en het verbruik zijn op grote schaal goed in balans. Daardoor blijft de zuurstofconcentratie in de atmosfeer op menselijke tijdschaal vrijwel constant op circa 21%. Het verbranden van fossiele brandstoffen verbruikt wel zuurstof, maar de afname is in verhouding tot het reservoir verwaarloosbaar. De zorg om CO2-stijging gaat daarom niet over te weinig zuurstof.
Koppeling met de koolstofkringloop
De zuurstof- en koolstofkringloop zijn elkaars spiegelbeeld. Fotosynthese neemt CO2 op en stoot O2 uit; ademhaling en verbranding doen het tegenovergestelde. Een koolstofatoom dat door een plant wordt vastgelegd, gaat samen met een zuurstofmolecuul dat tegelijk wordt vrijgegeven. Daarom kan het zuurstofgehalte in de atmosfeer worden afgelezen aan de geschiedenis van fossiele en organische koolstofopslag.
Zuurstof in water
Vissen en andere waterorganismen ademen opgeloste zuurstof. De hoeveelheid die in water past, hangt sterk af van temperatuur: koud water bevat meer opgeloste O2 dan warm water. Als organisch materiaal in water wordt afgebroken door bacteriën, verbruiken die zuurstof. Bij eutrofiering kan dat leiden tot zuurstofloosheid en vissterfte.
In de oceaan ontstaan op sommige plekken natuurlijke zuurstofarme zones. Door opwarming en mestaanvoer breiden die zones uit. Ze zijn een directe verbinding tussen klimaatverandering, oceaankringlopen en de zuurstofbalans.
Ozon
In de stratosfeer komt zuurstof voor als ozon (O3). Dit is een aparte vorm met dezelfde elementen, maar drie atomen per molecuul. Ozon vangt schadelijke UV-straling op en is daarmee onmisbaar voor het leven aan het oppervlak. De ozonlaag is in de twintigste eeuw aangetast door uitstoot van stoffen als cfk's. Het Montrealprotocol heeft die uitstoot grotendeels gereguleerd, en de ozonlaag herstelt sindsdien langzaam — een van de weinige internationale milieuakkoorden met aantoonbaar effect.
Tijdschaal en reservoirs
Het grootste deel van de zuurstof op aarde zit niet als O2 in de lucht, maar gebonden in gesteenten — in oxiden, carbonaten en silicaten. Vrije zuurstof is in vergelijking een klein, maar voor leven cruciaal reservoir. De volledige cyclus tussen biosfeer, atmosfeer en geosfeer beslaat tijdschalen van duizenden tot miljoenen jaren, afhankelijk van welke stap je volgt.