het belang van zuurstof

[barthol]

Er zouden echter nog veel kortere periodes kunnen zijn die helemaal niet terug te vinden zijn: in de laatste 100 jaar is het CO2 gehalte in de atmosfeer pakweg van 300 naar 400 ppm gestegen, vooral dankzij menselijk handelen. Maar stel dat de mens door een plaag of iets dergelijks de komende paar jaar volledig uitsterft, is ons 'CO2 piekje' van een eeuw dan nog te zien over 100 miljoen jaar? Ik heb er mijn twijfels bij

Niet zichtbaar voor mensen, want die zijn volgens de stelling dan uitgestorven.
Maar of het sporen achterlaat....., dat is afhankelijk van hoever we het verder laten escaleren. Of die 400 ppm uiteindelijk naar waardes boven de 1000 ppm gaat.

Het zijn niet alleen meteorietinslagen geweest die in het verleden massaextincties hebben veroorzaakt. Natuurlijke Global warming events door een grote toename van broeikasgassen in een geologisch korte periode hebben in verleden ook grote massaextincties veroorzaakt. Die natuurlijke global warming events van het verleden waren vaak getriggerd door het extreme vulkanisme van LIP’s (large igneous province). Ja, binnen een half miljoen jaar waren die events (of reeks van gekoppelde events) weer voorbij. weer back to ‘normal’. Maar dan heeft het wel sporen achter gelaten.

Wat wel interessant is: we kunnen het nu heel nauwkeurig meten, en het lijkt erop dat er 'teveel' zuurstof verdwijnt vergeleken met hoeveel CO2 erbij komt. Dat is uiteraard al eerder aangehaald,

Dat wij het afgelopen oktober nog niet goed begrepen, wil niet zeggen dat het niet begrepen werd. En uiteraard verlies je via het verbranden van fossiele brandstoffen heel veel meer zuurstof als je het gaat vergelijken met wat er aan CO₂ bij komt. Veel zuurstof blijft b.v. gevangen in de H₂O die bij de verbranding geproduceerd wordt, (en een klein beetje in NO₂ die in de verbrandingskamer gevormd wordt). Verder heeft “ocean uptake/outgassing” ermee te maken, welk deel wel in de atmosfeer te zien is en welk deel niet.
In de atmosfeer daalt O₂ bijna 2 keer zo snel als CO₂ stijgt, als het per mol vergelijkt, (door de antropogene uitstoot)

[Benm]

Natuurlijk 'verdwijnt' er behoorlijk veel CO2 in de oceanen, dat is een bekend proces, maar zelfs dat verklaart niet volledig waar alle zuurstof/CO2 uiteindelijk terecht komt.

Zorgen maak ik me er niet over, maar het is wel interessant om te zien wat de atmosfeer doet op een relatief microscopische tijdsschaal van decennia waarin we het tamelijk nauwkeurig hebben kunnen meten.

Hoe hoog CO2 kan of zal oplopen is natuurlijk de vraag: je kan min of meer aannemen dat we alle economisch rendabele fossiele brandstof zullen opstoken (of we daar nou nog 100 of 1000 jaar over doen maakt niet zoveel uit) en dan met een eindconcentratie komen. Vooralsnog is dat kijken wat china doet als grootste gebruiker van kolen: het gebruikt lijkt wat af te vlakken maar gaat wel op stevig tempo door.

Wat dat betreft zullen de komende decennia interessant zijn: waar blijft al die CO2 uit fossiele brandstof, als het niet in de atmosfeer of oceaan terecht komt? Op zich moet dat wel te achterhalen zijn op basis van isotoop verhoudingen.

[barthol]

Als je heel precies wil weten wat er sinds 1991 gemeten wordt wat betreft de afname van atmosferische zuurstof, maar dat niet als numerieke data wil bekijken, maar als een interactieve grafiek gegenereerd met die data, raad ik aan om de site https://www.oxygenlevels.org/ te bezoeken.

Als je dan “per meg” wil converteren naar ppm, kan je het permeg-getal door 4,78 delen.
Als je “per meg” wil converteren naar gigaton, moet je het vermenigvuldigen met 1,186

De omgekeerde conversie Gt O₂ -> “per meg” is dan uiteraard delen door 1,186
En dat laatste is handig als je de koolstofkringloop bekijkt, waar meestal de fluxes in Gt C worden aangeven, en je de bijbehorende O2 fluxes daaruit wil afleiden. (Waar het 1:1 uitwisselingen zijn. Fotosynthese & Respiratie)
Waarbij uiteraard geldt: 12 GtC = 44 Gt CO₂ = 32 Gt O₂

Als (meest recente) grafische weergave van de koolstofkringloop, gebruik ik zelf

En dat is een afbeelding uit de wetenschappelijke publicatie:
Corinne le Quéré et al, “Global Carbon Budget 2018”
https://doi.org/10.5194/essd-10-2141-2018

Verder is bekend dat grofweg een kwart van Antropogene CO₂ uitstoot wordt opgenomen door de biosfeer via fotosynthese, een ander kwart wordt opgenomen door de oceanen, en ongeveer de helft zich enkel ophoopt in de atmosfeer. Dat deel dat door fotosynthese wordt opgenomen is eigenlijk iets meer dan een kwart, meer richting 1/3.
Wat door de oceanen wordt opgenomen iets minder dan een kwart. (Van belang voor de zuurstof berekening)

Je kan uit de verbrandingsformules van Octaan (vergelijkbaar met benzine),
en de verbrandingsformule van methaan
afleiden dat (als circa 1/3 van de CO₂ uitstoot door fotosynthese wordt opgenomen)
dat dan de ratio tussen geconsumeerde O₂ tijdens de verbranding enerzijds
en teruggegeven O₂ via fotosynthese anderzijds, respectievelijk circa 5:1 en 6:1 is.

Als de oceanen gaan opwarmen zal de oplosbaarheid van verschillende gassen minder worden. Dat kan uitstoot vanuit de oceaan opleveren. Waarbij je kan opmerken dat zuurstof in de oceaan minder uitbundig aanwezig is dan in de atmosfeer. Delen van de Oceaan die al een laag zuurstofgehalte hebben, kunnen dan mogelijk nog meer zuurstof verliezen, zelfs tot een niveau dat het plaatselijk het zeeleven niet meer van genoeg zuurstof kan voorzien.
Opwarming van de Oceanen kan ook effect hebben de circulatie, ook met gevolgen voor zuurstof in de Oceaan.

——

Alle economisch rendabele fossiele brandstof voorraden nog gaan opstoken, lijkt me geen goed plan.
Wat “economisch rendabel” is kan ook in de tijd veranderen, als de gevolgen van klimaatverandering meer zichtbaar en voelbaar worden, en als het heeeel veel geld gaat kosten (biljoenen) om met die gevolgen om te gaan. Als het pijn gaat doen. Je kan bij benadering ook berekenen hoeveel zuurstof het gaat kosten, als je een schatting hebt van de grootte van de fossiele brandstof voorraden, die nu als economisch rendabel om te winnen worden ingeschat.

Wat betreft China, (omdat je dat land noemt) ja, dat land heeft een enorme uitstoot, maar er wonen natuurlijk ook heeeel veel mensen.
Als je de uitstoot per capita bekijkt, is die uitstoot per capita veel minder dan die van b.v. Nederland. En een deel van de uitstoot van China is afkomstig van productie van goederen voor het Westen. China als lage-lonen-land.
Er wordt door het Westen veel uitstoot aan China gedelegeerd door productie daar naar toe te verplaatsen.
Je kan ook naar de cumulatieve uitstoot kijken, (daar gaat het uiteindelijk om) en dan scoort China ook lager dan verschillende andere grote Westerse landen. De Westerse landen hebben een langere uitstootgeschiedenis.

Maar goed, het moet hier eigenlijk om zuurstof gaan, dus ik ga hier niet verder door op CO₂ uitstoot, als het niet zuurstof-gerelateerd is. De poltieke discussie erover is in andere topics.

[Benm]

De referentie naar china was zeker niet bedoelt als een soort verwijt, maar gewoon een constatering: men verstookt daar veel steenkool en dergelijke, zowel voor energie als de productie van staal etc, waarvan ongetwijfeld een flink deel voor de export.

Verplaatsen van industrie maakt natuurlijk niet zoveel uit, over een paar decennia zal wellicht een deel van de chinese industrie zich naar afrika verplaatsen, maar qua mondiale niveaus maakt dat geen verschil wat O2 en CO2 betreft.

De inbalans tussen afname van zuurstof en toename van CO2 vind ik domweg een interessant fenomeen: waar blijft de zuurstof nou daadwerkelijk? Voor de zuurstof zelf is het lastig te bepalen, voor het koolstof in CO2 mogelijk wel: daarin kun je een duidelijk verschil zien in herkomst uit de atmosfeer van voor en na de atoomproeven.

Dat zou een eventuele directe CO2 sink kunnen ophelderen. Als er een directe O2 sink is (bijvoorbeeld oxiderend gesteente oid) heb je er echter niets aan.

[barthol]

Het oxyderen van gesteenten is (naar wat ik heb begrepen) een heel kleine flux als je het vergelijkt met de O2 consumptie van de verbranding van fossiele brandstoffen. En wat ik ook heb begrepen is dat het zuurstofverlies in de atmosfeer minder was dan wat was verwacht. En dat is verklaard als een toename van biomassa, meer fotosynthese dan respiratie. De planten en de bomen die een deel van de uitstoot opnemen en de zuurstof die via fotosynthese dan terug wordt gegeven.

What is causing atmospheric O2 to decrease?

The main cause of the O2 decrease is fossil-fuel burning, which effectively results in a permanent O2 loss. Fossil-fuel burning has clearly not been the only important influence, however, because the measured O2 loss since 1992 been slightly smaller than expected from fossil-fuel burning alone. The most important additional processes are photosynthesis and respiration, such as by trees and microbes, which also control production and loss of global biomass. To explain the observed O2 loss rate, it must be the case that photosynthesis has outpaced respiration globally, leading to biomass production overall. This biomass accumulation is occurring despite processes, such as deforestation and other forms of environmental degradation that tend to destroy biomass. The accumulation is partially offsetting the impact of fossil-fuel burning on both atmospheric O2 and CO2. Exactly what is causing this overall biomass accumulation is not clear. Nor is it clear how long it will continue into the future.

http://scrippso2.ucsd.edu/faq


Ik heb overigens ook nog een andere publicatie:
Jianping Huang et al. 2018, “The global oxygen budget and its future projection”
https://doi.org/10.1016/j.scib.2018.07.023

Abstract

Atmospheric oxygen (O2) is the most crucial element on earth for the aerobic organisms that depend on it to release energy from carbon-based macromolecules. This is the first study to systematically analyze the global O2 budget and its changes over the past 100 years. It is found that anthropogenic fossil fuel combustion is the largest contributor to the current O2 deficit, which consumed 2.0 Gt/a in 1900 and has increased to 38.2 Gt/a by 2015. Under the Representative Concentration Pathways (RCPs) RCP8.5 scenario, approximately 100Gt (gigatonnes) of O2 would be removed from the atmosphere per year until 2100, and the O2 concentration will decrease from its current level of 20.946% to 20.825%. Human activities have caused irreversible decline of atmospheric O2. It is time to take actions to promote O2 production and reduce O2 consumption.

Volledige tekst van de studie via de link.

[Benm]

Het zou kunnen dat er biomassa is bijgekomen - volgens NASA in ieder geval wel: https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... ning-earth

Overigens vind ik het wel komisch dat iemand stelt: "It is time to take actions to promote O2 production and reduce O2 consumption." ... vanwege een O2 daling van 20.946% tot 20.825% in 2100
Alsof iemand of iets last heeft van dat minuscule verschil in zuurstofconcentratie.

[barthol]

Het zou kunnen dat er biomassa is bijgekomen - volgens NASA in ieder geval wel: https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... ning-earth

Ja, uiteraard ken ik ook die NASA publicatie (uit 2016). Bij Scripps waren ze het eerst (al in 2008) die daar op wezen, en de invloed van meer fotosynthese ook kwantificeerden. Voor die tijd was er (vooral bij ecologen) een gedachte dat er juist minder fotosynthese zou zijn, vanwege de massale ontbossing. Een paradigma shift dus in 2008.
De NASA publicatie uit 2016 veroorzaakt bij het publiek wel veel voorbarige conclusies over atmosferische O₂, door het te simplistisch redeneren van “meer fotosynthese = meer zuurstof”.

Overigens vind ik het wel komisch dat iemand stelt: "It is time to take actions to promote O2 production and reduce O2 consumption." ... vanwege een O2 daling van 20.946% tot 20.825% in 2100
Alsof iemand of iets last heeft van dat minuscule verschil in zuurstofconcentratie.

Ja, daarin wijkt die publicatie af van andere publicaties. Over het algemeen wordt gesteld dat de afname van atmosferische O₂ niet een probleem is om ons zorgen over te maken. Juist omdat er zoveel zuurstof is en die afname percentueel zo klein is. Het is geen bedreiging voor het kunnen ademen. En wordt benadrukt dat de toename van CO₂ percentueel veel groter is, en veel groter risico.
Alleen O₂ verlies in de oceaan wordt als een risico gezien. Ocean deoxygenation.

Persoonlijk vind ik het wel belangrijk dat er naast het besef dat die relatief kleine daling van de atmosferische zuurstof geen probleem veroorzaakt, dat er ook duidelijkheid over is dat die percentueel minuscule daling wel om gigantische hoeveelheden zuurstof gaat. En dat die hoeveelheid zuurstof die we per jaar verliezen met de jaren steeds groter is geworden. En dat het ook een onomkeerbaar verlies is. (Onomkeerbaar voor menselijke tijdsbegrippen.)

[Jan van de Velde]

Persoonlijk vind ik het wel belangrijk dat er naast het besef dat die relatief kleine daling van de atmosferische zuurstof geen probleem veroorzaakt, dat er ook duidelijkheid over is dat die percentueel minuscule daling wel om gigantische hoeveelheden zuurstof gaat.

Het belang dat je daaraan hecht begrijp ik niet. Op een groot object als de aarde gaat het nou eenmaal bij elke stof al snel om voor mensen bijna onvoorstelbare hoeveelheden in absolute zin.
Een bijstandstrekker kijkt heel anders naar duizend euro dan een miljardair.

[barthol]

Persoonlijk vind ik het wel belangrijk dat er naast het besef dat die relatief kleine daling van de atmosferische zuurstof geen probleem veroorzaakt, dat er ook duidelijkheid over is dat die percentueel minuscule daling wel om gigantische hoeveelheden zuurstof gaat.

Het belang dat je daaraan hecht begrijp ik niet. Op een groot object als de aarde gaat het nou eenmaal bij elke stof al snel om voor mensen bijna onvoorstelbare hoeveelheden in absolute zin.
Een bijstandstrekker kijkt heel anders naar duizend euro dan een miljardair.

Er is m.i. bij het publiek vaak een geromantiseerd beeld over zuurstof (en bomen) en ik zie vaak om me heen dat er weinig besef is van hoeveelheden. (Daarentegen meen ik ook vaak een blindheid voor de bacteriën, en hun aandeel in de kringloop te zien, maar dat terzijde, en ook een blindheid voor de zuurstofconsumptie van de verbranding v brandstoffen). Ik probeer die hoeveeheden duidelijker te maken. Of in elk geval voor mezelf een duidelijker beeld daarvan te verkrijgen.

[barthol]

Een hele simpele vraag bijvoorbeeld is:
Hoeveel zuurstof wordt er per jaar op het land door de biosfeer ongeveer geproduceerd?
Dus door alle bomen, planten en algen en autotrofe bacteriën op het land.
En hoeveel procent is dat van de totale hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer?
En hoeveel zuurstof wordt er door mensen globaal ingeademd? Ook per jaar.
En hoeveel zuurstof wordt geconsumeerd door onze verbranding van brandstoffen?
En de veestapel.... hoeveel zuurstof heeft al dat vee van ons nodig om te ademen?

[Jan van de Velde]

Een hele simpele vraag bijvoorbeeld is:
Hoeveel zuurstof wordt er per jaar op het land door de biosfeer ongeveer geproduceerd?

https://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_cy ... and_fluxes

[Benm]

Je krijgt dan bijvoorbeeld een totaal getal voor "Aerobic respiration (land)" - maar dat zegt verder niets over welke landorganismen daarvoor verantwoordelijk zijn, het omvat alles tussen een bacterie en een olifant, en daarnaast wellicht nog een aandeel door planten (ik weet niet of hun verbruik in het donker wordt 'gesaldeerd' met de opbrengt overdag of niet).

Over de O2 concentratie zou ik me overigens geen zorgen maken, maar gezien de hele CO2 heisa: die aerobe aspiratie levert 20x zoveel CO2 op dan fossiele brandstoffen. Als je dan serieuze maatregelen wilt nemen lijkt het me wel van belang om in kaart te brengen welke organismen welke hoeveelheid bijdragen.

Als bijvoorbeeld 10% gebruikt wordt door voor de mens nutteloze organismen zou het uitvagen daarvan 2x zoveel opleveren als compleet stoppen met fossiel brandstofgebruik.

[barthol]

Een hele simpele vraag bijvoorbeeld is:
Hoeveel zuurstof wordt er per jaar op het land door de biosfeer ongeveer geproduceerd?

https://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_cy ... and_fluxes

Dat was een heel snel antwoord, en een veel te gemakkelijke linkdump naar mijn mening.
Ik had zelf even wat tijd nodig om al die getallen op mij in te laten werken.

De flux voor fossil fuel combustion is in elk geval zwaar achterhaald.

Maar ook over de land fotosynthese heb ik een vraag.
Als je de koolstofkringloop bekijkt, wordt daar voor de land fotosynthese een natuurlijke flux van 120 Gt C gegeven. Dat komt overeen met 440 Gt CO₂ en 320 Gt O₂.

Er is ook “extra” fotosynthese, dat wat planten en bomen opnemen van de antropogene uitstoot. In de versie van de koolstofkringloop die ik gebruik, wordt daarvoor een flux van 3,2 Gt C gegeven. (2,5 - 3,9)
Dat komt overeen met (32/12*3,2=) 8,53 Gt O₂ (6,67 - 10,4)

Samen is dat circa 328,53 Gt O₂ (326,67 - 330,4)
Op de wiki pagina die je geeft wordt ervoor 16500 * 10¹⁰ kg O₂ gegeven.
Waar komt het niet met elkaar overeen? (...of maak ik een fout?)

Je zou toch zeggen dat de schattingen van de koolstofkringloop en die van de zuurstofkringloop een beetje met elkaar overeen moeten komen waar het 1:1 uitwisselingen betreft?

In elk geval mag duidelijk zijn dat de hoeveelheid zuurstof die jaarlijks door fotosynthese wordt geproduceerd, (en ook weer wordt gerecycled) maar een heel klein percentage is van de totale hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer.
Ik krijg vaak de indruk dat mensen dat percentage veel hoger inschatten.

Wat betreft fossil fuel combustion. Dat is geen 1:1 uitwisseling van zuurstof en CO₂. Er wordt daarbij meer zuurstof geconsumeerd dan CO₂ uitgestoten. Volgens Keeling wordt er gemiddeld ongeveer 1,4 mol zuurstof geconsumeerd als er 1 mol CO₂ wordt geproduceerd.
Bij een wereldwijde uitstoot per jaar van 36 Gt CO₂ (Wordbank data)
kan je dan uitgaan van (32/44*36*1,4 =) circa 36,65 Gt O₂ die wordt geconsumeerd bij fossil fuel combustion.

Andere benadering ter controle:
In de versie van de koolstofkringloop die ik gebruik,
wordt voor fossil fuel combustion een flux gegeven van circa 9,4 Gt C (8,9-9,9)
Ik reken de uitstoot van “land-use change” dan even niet mee.
De berekening (32/12*9,4*1,4=) geeft me dan 35,09 Gt O₂ (33,22-36,96)

Dat is beide wat anders dan die 1200 * 10¹⁰ kg flux die op die wikipedia pagina over de zuurstofkringloop bij fossil fuel combustion vermeld is.

Nog een andere benadering: kijkend naar de data van de zuurstof afname in de atmosfeer. Daarbij is een toename van de afname te zien, de gemiddelde afname over 34 jaar is veel kleiner dan die over de laatste 15 jaar, en die is weer kleiner dan over de laatste 10 jaar, en die is weer kleiner dan het gemiddelde over 5 jaar.
De afname nu is meer rond de 25 per meg per jaar.
25 per meg komt overeen met (25*1,186=) ~29,65 Gt O₂
Maar daarbij tel ik die 8,53 Gt die door extra fotosynthese is teruggegeven bij.
En dan kom ik op (29,65+8,53=) ~38,18 Gt O₂.

De wikipedia pagina die je geeft vermeldt niet de zuurstofconsumptie door menselijke ademhaling. Maar daarover is wel een schatting vermeld in de link die ik gaf en die ging over the global oxygen budget.
Dat wordt daar geschat op 3,09 Gt O₂.

Voor de respiratie van de menselijke veestapel werd daar ook een schatting vermeld, n.l. 2,24 Gt O₂.
Dan zie je dat de hoeveelheid zuurstof die geconsumeerd wordt door menselijke ademhaling maar een heel klein gedeelte is van wat geconsumeerd wordt door de verbranding van fossiele brandstoffen. En een minuscuul deel van de zuurstofproductie door fotosynthese.
Die zuurstof van de bomen, daarvan is maar een miniem deel gereserveerd voor mensen. Het meeste gaat naar andere graaiers.
Ik krijg soms de indruk dat veel mensen denken dat bomen al die zuurstof voor mensen produceren. Maar dat is natuurlijk helemaal niet het geval.
We snoepen van de kruimels die over blijven.

[barthol]

Je krijgt dan bijvoorbeeld een totaal getal voor "Aerobic respiration (land)" - maar dat zegt verder niets over welke landorganismen daarvoor verantwoordelijk zijn, het omvat alles tussen een bacterie en een olifant, en daarnaast wellicht nog een aandeel door planten (ik weet niet of hun verbruik in het donker wordt 'gesaldeerd' met de opbrengt overdag of niet).

Over de O2 concentratie zou ik me overigens geen zorgen maken, maar gezien de hele CO2 heisa: die aerobe aspiratie levert 20x zoveel CO2 op dan fossiele brandstoffen. Als je dan serieuze maatregelen wilt nemen lijkt het me wel van belang om in kaart te brengen welke organismen welke hoeveelheid bijdragen.

Als bijvoorbeeld 10% gebruikt wordt door voor de mens nutteloze organismen zou het uitvagen daarvan 2x zoveel opleveren als compleet stoppen met fossiel brandstofgebruik.

Nee over de atmosferische O2 concentratie maken we ons geen zorgen, maar ook dan kan je er wel je gedachten over laten gaan.
De stijging van de CO2 concentraties is overigens voor 100% toe te schrijven aan (een deel van) de antropogene uitstoot. Ook al zijn er natuurlijke fluxes die veel groter zijn dan die antropogene uitstoot. Andere organismen dragen er niet aan bij.
In mijn voorgaande posting heb ik aan het eind al wel iets over de zuurstofconsumptie van menselijke respiratie geschreven en ook de schatting genoemd van respiratie van de menselijke veestapel. En daarbij naar die publicatie verwezen waar ik eerder een link van gaf.

[Jan van de Velde]

Dat was een heel snel antwoord, en een veel te gemakkelijke linkdump naar mijn mening.
Ik had zelf even wat tijd nodig om al die getallen op mij in te laten werken.

De flux voor fossil fuel combustion is in elk geval zwaar achterhaald.

Wat weerhoudt je er dan van om dat wikipedia-lemma met betere, onderbouwde gegevens aan te passen?