Kulstofkredsløbet
Traditionelt beskrives kulstofkredsløbet ved at inddele jordens kulstof (C) i distinkte C-puljer og betragte udvekslingen af C mellem puljerne. Langt den største C-pulje er C, der er bundet i sedimentære bjergarter (fx karbonater, som skrivekridt, eller hydrokarboner , som råolie). Disse bjergarter blev dannet for så længe siden at 14C-indholdet nu er ubetydeligt. Endvidere gælder at udvekslingen af C mellem disse bjergarter de øvrige C-puljer er beskeden. Lokalt kan disse udvekslinger dog være af betydning. C i sedimentære bjergarter er så at sige parkeret og deltager ikke i det ”aktive” kulstofkredsløb.
Figur 1 viser et simplificeret ”aktive” C-kredsløb. De indgående puljers relative størrelse er givet som procent. Atmosfærens relative indhold af C er kun 1,9%, men puljen er meget vigtig for det er her 14C dannes. Opholdstiden for C i atmosfæren er relativ kort – ca. 3 år- men opblandingstiden er endnu kortere – ca. 1 år. Variationerne 14C/12C er derfor domineret at dannelsen af 14C. I figuren er et relativt mål for dette forhold sat til 1,00.
Venstre side af figuren viser det terrestriske C-kredsløb. De drivende processer er medieret af biologiske aktivitet (fotosyntese, respiration, død og nedbrydning). Puljen ”terrestrisk biosfære” består af levende organismer der har en hurtig udveksling af C med atmosfæren. Derfor antager 14C/12C-værdien samme værdi som 14C/12C-værdien i atmosfæren (1.00 i figuren). Når en organisme dør overgår dens C til puljen ”dødt organisk stof”. Denne pulje tjener som substrat for de såkaldte heterotrofe organismer (dyr og mikro-organismer). Resultatet af heterotrof nedbrydning kan være CO2 men også en lang række organiske forbindelser som kan reagerer kemisk med hinanden. Derfor vil det ofte være umuligt at bestemme dødt organisk stofs oprindelse. Dele af puljen ”dødt organisk stof” er ungt og derfor antager den samme værdi som 14C/12C-værdien i atmosfæren. Andre dele af ”dødt organisk stof” er så gammel at det ikke længere indeholder nævneværdige mængder af 14C. Andre dele igen vil antage værdier mellem disse yderpunkter. Fx vil plante og dyre rester i jordmiljøet omsættes og ved kemiske processer danne humus. Humus vil kunne adsorbere til lerkolloider og derved opnå en delvis fysisk beskyttelse mod videre nedbrydning til CO2. Dele af jordens organiske stof kan således være meget gammelt.
Hovedparten af C i oceanerne er til stede som uorganisk C nærmere bestemt som opløst CO2, hydrogencarbonat og carbonat. Fordelingen mellem disse former for C afhænger af pH. Oceanernes indhold af uorganisk C vil til stadighed søge mod en faseligevægt med atmosfærens CO2. Pga. den lange opholdstid for C i oceanerne vil 14C/12C være mindre end atmosfærens værdi. Oceanerne er ikke fuldt opblandede og derfor vil opholdstiden for C varierer ganske meget. I figuren er en simpel skelnen mellem overfladevand og dybhav antaget. I virkelighedens verden vil opholdstiden varierer bl.a. med havstrømmene. Fx vil den termohaline cirkulation (”det store transportbånd”) resultere i opholdstider i dybhavet på op til 1000 år. Opholdstiden vil have betydning for 14C/12C i havvandet. Alger der vokser i vand med høj opholdstid vil således have høj 14C-alder og organismer der lever af disse alger vil have en tilsvarende høj 14C-alder. Og generelt vil organismer der lever eller delvis lever af havlevende organismer have en modsvarende 14C-alder.
