Karb on
©CAPPELENDAMMAS2015
ForfatterharfåttstøttefraDetfaglitterærefond tilåskrivemanuskriptettildenneboken.
ISBN978-82-02-45867-6
1.utgave,1.opplag2015
Omslagsdesign:EivindStoudPlatou Sats:Type-ItAS,Trondheim2015
Trykkoginnbinding:LivoniaPrint,Latvia2015 Satti10,8/12,6pkt.MinionProogtryktpå120gMunkenLynx1,13.
Materialetidennepublikasjoneneromfattetavåndsverklovensbestemmelser. UtensærskiltavtalemedCappelenDammASerenhvereksemplarfremstilling ogtilgjengeliggjøringbaretillattidenutstrekningdeterhjemletilovellertillatt gjennomavtalemedKopinor,interesseorganforrettighetshaveretilåndsverk.
Utnyttelseistridmedlovelleravtalekanmedføreerstatningsansvaroginndragning, ogkanstraffesmedbøterellerfengsel.
www.cappelendamm.no
Forord7
DelI Cialt9
EnpersonligrelasjontilC9
Cialt12
Ildenforklares20
Forkledningensmester:detmyke,hardeogrunde28
Nylonstrømpenesetterkommere37
Cpåhjul43
Plasticfantastic46
Synthiasomkarbonfabrikk52
Byggeogbrenne–Cilivslikningen55
FraC3tilC4–ogverdensviktigsteprotein59
Atomfysikkensløsningpåfotosyntesen66
Fotosyntesenirevers69
Godenaboer72
Cog4H–ethettpartnerskap80
Metan–ogsåtilnytte84
Arkene87
DelII Cikretsløp95
Keelingskurve95
Ensvenskeforutforsintid102
Ettellermangekretsløp?107
Pyramider,kjederognett110
KarbondronningenEmiliania116
Borealis122
Paradiselost132
DetlangeC-kretsløpet138
Antropocen145
Gaiaogtilbakekoblingene154
Surereogblåere162
Metanbomber169
Mellomsnøballoghelvete174
Oksygenetsevolusjon184
Nitrogenogfosfor–deSTOREkretsløpsendringene192
DelIII Fotavtrykket203
ParadiselostII203
Skostørrelsen207
Howbadarebananas?211
Petroholismensabstinenser219
Tilslutt226
Register251
Detertiltiderslikatdetsomerossnærmest,ogdetsomerviktigstfor oss,erdetvivetminstom.Hvaerviktigstforlivslikvikjennerdet?
Vann?Ja,utvilsomt.Bådehydrogen,oksygenogdereslivgivendeallianse iH2Oersterkekandidater.Fosfor?Jovisst,utenfosforintetDNA,ingen gener,intetliv.Karbonblirallikevelelementetsomherfårsinuautorisertebiografi.Detergodegrunnertildet.Karbonerlivetssentraleelement,ogdetmesteavlivsprosesseneiossogomkringossinvolvererkarbonienellerannenform.Cirentformkanværebådeblyantensgrafitt ogdiamant.SamtidigerCutgangspunktogsåfordetmesteavdetsyntetiskesomergrunnlagetfordetmoderneliv,mengrensenmellomdet naturligeogdetsyntetiskeerikkesåskarpsommankanskjeskulletro. Essensenidennefortellingenerallikevelkarbonetslivsløpellerkretsløp, denstorebalansenmellomfotosynteseogcelleånding,detåbyggeogdet åbrenne.Cerenførsteelskerblantatomene,ogavdemestintenseog skjebnesvangreforholdCgårinniertrekantenmedtoO-er.CO2 erlivetsogdødensgass,ogforåforståklimaetsutviklingifortidogframtid måviogsåforståkarbonetsrunddansoghvordanvipåvirkerden.PlanetensframtidavhengeravvåromgangmedC,ogdeterderforenvelbegrunnettittvinåskaltaikarbonetsliv.
Hvorbegynneroghvorslutterensirkel?Deterikkegodtåsihvordet
ermestnaturligåhoppeinnikarbonetskretsløp,somjoerenendeløs rekkeavsmåogstore,sammenkobledekretsløp.Jegskalinnrømmeat jegfantdetvanskeligåfinneuthvorjegbestskullesmetteinnforåfølge Cidetsevigerunddansutenåfølgedesammesporflereganger.Allikevel,uansetthvilkespormanfølger,lederdealletilsluttframtildetstore spørsmålomCogklodensframtid.Deleravdennetekstenvilnokfavorisererealfaginteresserte.Deterimidlertidlovogfulltmuligåhoppe overdissepartieneutenåmistedetstorebildet.
StortakktilHenrikSvensenforgjennomlesningogkommentarerog tilforlagetvedErikMøllerSolheimforstøtteoggodeinnspillgjennom heleprosessen,ogHelgeVoldforgrundiggjennomlesningogretting.
BokenerskrevetmedstøttefraNorskfaglitterærforfatter-ogoversetterforening,oghardrattavForskningsrådetsprosjekt EffectsofClimate changeonboreallakeecosystems.
Dennebokenertilegnetminfar,denbestejegkunnehatt,somgikk bortidetjegsattesluttstrek.
Osloimai2015
DagO.Hessen
Karbon–enuautorisertbiografi
EnpersonligrelasjontilC
Detdryppertungedråperfratrærneomkring,ogregnetplaskerned påvannetderute.Detsildrerogsånedpåenpresenningspentutmellomtrærne.Underpresenningensittertrepersonerkrumbøydovermikroskop,pipetter,småplastbokser,filtreringsutstyrogannetsomhører hjemmepåenlab.Tåkenliggertettomkringoss,determidnatt,mørkt, ogviutførervårtarbeidknestående,ilysetfrahodelykter.Prøveneputtes nedidesmåplastflaskenesomfyllesmedenlittseig,gjennomsiktig væskefraenmetallkannemeddispenser.Lokketskrustettpå,prøvene merkesogsettesietstativ.Hver4.timerortoavossiengebrekkeliglitenbåtutpåvannet,henterforskjelligeprøveroppfraseksstoreposer forankretietrammeverk.Hverposeinneholderetpartusenlitervann. Sårorvitilbake,krabberunderpresenningen,ogfortsetter…
Utpåmorgenkvistengirregnetseg.Jegsettermegienhverforstand omtåketvedbreddenavvannetogsersolstrålenetrengegjennommorgendisen,someriferdmedåletteovervannet.Toøyenstikkerepatruljererovervannliljenelangsbredden.Omkringvannetstårskogentettog grønn.Medettfårjegenfornemmelseavnaturensinnpustogutpust omkringmeg.Altsyderavliv,ogdetsyderav karbon.Altunntattvannspeiloghimmelernyanseravgrønt;milliarderavkloroplaster.Karbon,
iformavCO2,pustesutoginnavenuendelighetavspalteåpningeri løvognålerførdettransporterestilkloroplastene.Herforegårverdens viktigstekjemiskereaksjonhvorgassennestenmirakuløstblirtransformerttilorganiskkarboniformavkarbohydratersomsukker,stivelseog cellulose.Ogsomenbonus,enformidabelbonus,girsammereaksjon opphavtildetoksygensomdenandrehalvdelenavliveteravhengigav. Ogdettekarbonetsomplantenebinderopp,detgårsingangiøkosystemene,fraevighettilevighet.
Karboneterkjemienspotet,detinngårinestenallekroppensmolekylerogbestanddeler,ja,nårsantskalsieserC’enmedinestenalt–ide utroligstevarianter.IallsinalminneligheterdetenuunnværligC.Jeg gjørmineforsøkistoreinnhegningeravplastutepåsjøen,ogaltjegkan kommepåavutstyrerkarbonpolymerer:pipettene,beholderne,stativenedeståri,dukenoverhodet,ja,selvklærne.Erdetnoehersom ikke erkarbon?OgmittegetCsomjeghartillåns,noeerbarepåsnartur innom,noeskalfølgemeghelelivet,detharsirkulertiplantene,bakteriene,dyrene,mineraleneimilliarderavår,ogskalfortsetteågjøredet inyemilliarderårettermeg.Eviglivvilalltidværeenutopi,mensom deltakerikarbonkretsløpetharvialleenaksjeievigheten.
Tankenpåkarbonetskretsløp,ogminegen,omennytterstkortvarige ogbeskjednedelaktighetidet,girenfølelseavtilhørighetunderevighetensperspektivdervedbredden.CarlvonLinnémenteatvi,altsåmennesket,varplassertherpåjordasomtolkereavetguddommeligskaperverk.1 Fremstirekkenavtolkereavdengudommeligdesignedenaturså hanubeskjedentnoksegselv.Vitrehervedeninnsjøiskogeneriallbeskjedenhetuteietmindreærend,menallikeveletærendsomiettertid skullevisesegmerbetydningsfulltennviante:Vierherforåforståmer avkarbonetsevigerunddans.
Desekskjempeposeneivannetertilsattørsmåmengderavenspesiell
formforkarbon,nemligradioaktivtkarbon,isotopen14Csomimotsetningtilnormalutgaven12Cinneholderseksprotonerogåttenøytroner(6+8=14).Dettetilsattsom14CO2 gjøratvikanfølgehvordanC tasoppialgene,vannetsencelleteplanter,innibakteriene,innidyreplankton,ogutavsystemetigjensom14CO2.Detradioaktivekarbonet ivåreprøver,idesmåplastflaskene,girfrasegelektronersomgiretlite lyssignalhvergangdetfangesoppidentyktflytendevæsken.Disseglimtenekanfangesoppnårvisenereputterprøveneienscintillasjonsteller. Detteskalblidelavmindoktorgrad,ogdenskalbidratilatvietterpå vet litt mer.Nattenunderpresenningen,sammenmedprøverfratallrike andredager,netterogetukjentantallanalyser,statistiskebehandlinger ogskrivearbeidbleensentraldelavminavhandlingomkarbonetsuransakeligeveier.RadioaktivtCblenøkkelentilåforståselvefotosyntesen, ogdetgårherendirekteveifraatomfysikkenstilbiologiensinnsikter.
Sola,motorenidethele,tartak.Detblirvarmt,ogtåkaforsvinner foralvor.Førprøveneskalgjennomscintillasjonstellerenskaljegbevilge megnoenfåtimerssøvn.Åseresultatenetikkeutavmåleinstrumentene erenavforskerenssæregledersommanbareunntaksvislykkesmedå formidletilomverdenen.Noengangerkrevesbareetdøgnforåseom punktenepåkurvensvarertilforventningene.Andregangerkandetta år,ogkreverenganskeusedvanligtålmodighetsomdagensforskeresjeldenhar,ellerkanbevilgeseg.MenCharlesDavidKeelinghaddedetsom skulletil.I1957insistertehanpånoesåabsurdsomåplassereetmåleinstrumentpåtoppenavfjelletMaunaLoapåHawaii.2 Detgaopphav tilenfigursomnokmåsiesåhabidratttilstørreoppmerksomhetomkringCennminegen,selvomdeiallbeskjedenhetmåsiesåtilhøre sammehistorie–historienomC.TakketværesinusedvanligekombinasjonavnøyaktighetogtålmodighetkunneKeelingtilsinforbauselse konstatereatCO2-konsentrasjoneneøkteårforår.Detkunnebarebety
atdetvarengrunnleggendeubalanseikarbonkretsløpet–detblesluppetutmerCenndetsombletattopp.DetlivgivendeCO2 haddeogså enmørkereside.Etterhvertbledetklartatkonsentrasjonenavmetani atmosfærenogsågjennomgikksammeurovekkendeøkning.Karbon,livetselement,erblittvårstørstetrussel.Viskalbehørigvendetilbaketil karbonsyklusen(e),Keelingselv,hansetterhvertberømtekurveoghva denvilinnebære,menlaossførstsenærmerepåhovedaktørenidenne fortellingenogdetallrike,forikkeåsitalløse,varianterogallianserden opptreri.
Jegharennærrelasjontilmittobjekt.Detharvialle,omennikkeså bevisst.MittlivsomforskerharistorgraddreidsegomC,ialtfracellekjernensindretildetstorekretsløpetiøkosystemene.Jegkjennermitt objektbådefrakjemiensogbiologiensverden,ogjegharetterfattigevne forsøktåbliklokpåC’smangepartnere,livsfaserogtalløseroller.Mest avaltønskerjegallikevelåforståkarbonetsrolleforklimaetifortidog framtid.
Cialt
Karbonerstjernestøv,dannetistjernervedfusjonavletteregrunnstoffer.Detfinnesoveraltiuniverset,mendetertyntspreddut.Mindreenn fempromilleavdensamledegrunnstoffmasseniuniverseterkarbon, ogallikevelerkarbondetfjerdehyppigstforekommendegrunnstoffet. Ijordasatmosfæreervektandeleniunderkantav0,4promille,altså400 ppm,mensdetijordskorpaerendamindre,bare200ppm.3
LivetviserderimoterforkjærlighetforC.10påtoppelementerpå vektbasisietmenneske,somvilværeomtrentdetsammeienmus ellerenelefantellerethvilketsomhelstannetdyr,erfølgende:oksygen(65%),karbon(18%),hydrogen(10%),nitrogen(3%),kal-
Karbon–enuautorisertbiografi
sium(1,5%),fosfor(1,0%)kalium(0,35%),svovel(0,25%),natrium (0,15%)ogmagnesium(0,05%).4 Omjegserbortfravannetsomutgjør57prosentavmeg,ogdermyeavoksygenetogengoddelavhydrogenetbefinnerseg,erover40%avmegkarbon.Karbonerinvolvert isååsialtavkroppensmaskinerioghusholdning,ogpåmangevis kankroppensbudsjettenkeltgjøresoppvedregnestykket:Spistkarbon minusufordøydkarbonminusCO2 fracelleånding=nettovektøkning ellervekttap.
Karbonerdetsentralegrunnstoffetidehovedgruppeneavmolekylene(DNA,proteiner,fett,sukkerarter)somutgjørallelevendeorganismer.Dyrinneholderaltsåomkring40%C,omviserbortfravanneti kroppen,noeavhengigavforholdetmellomfett,karbohydraterogproteiner.PlanterinneholdernoemerC,ikkeminsttrærmedsittbetydeligeinnholdavcelluloseoglignin.Planteneharogsåsørgetforatkarbon harfåttsinegengeologiskeepoke.Denvartemellom360og300millionerårførnåtid,ogharfåttnavnetterdestoreskogenesomvokstefram ietvarmtogfuktigklima.Steinkulletdisseenormeskogeneetterlotseg somenarv,akkumulertgjennom60millionerår,eropphavettilkarbon –bådesomgeologiskepokeogpåannetvis.Denlangtsenereperioden kritt,somvartefra145til65millionerårførnåtid,erforøvrigogsåkarakterisertvedsinekarbonavleiringer,mendakarbonsomkalsiumkarbonat,CaCO35.HerharCalliertsegmedettkalsiumatomogtreoksygenatomer,skjøntdesomharsørgetfordennealliansenermilliarderpå milliarderavmikroskopiske,kalkdannendealger.Viskalhøremerom disse.
Noenhundremillionerårerimidlertidingenalderfordekarbonatomenesombefinnersegikullogkritt.Dauniversetoppstofor14milliarderårsiden,fødtedetiutgangspunktetbaredetrelettesteelementene, hydrogen,heliumoglitium.Noeforenkletkanvisiatdissevarbyggestei-
nenefordetyngreelementene–somkarbonsomforøvrigkommerpå fjerdeplassoveruniversetsvanligstegrunnstoff(vektmessig),etterhydrogen,heliumogoksygen.
Cnyterenumåteligpopularitetblanttalløsepotensiellepartnereidet periodiskesystem,ogharkortvarigeellerlangvarigeaffærermedetstort antallandreatomer–enellerflereomgangen.Karbonatometspopularitethosandregrunnstofferskyldesetusedvanligtalentforkjemiskebindinger.NestenallefølerendragningmotC,myepågrunnavdetsseks elektronerogseksprotoner.Tildettekommerogsåseksnøytroner,og disseseksnøytroneneogseksprotoneneerdetsomgirkarbonenatom-
Figur1.Karbonatometspopularitetkommeristorgradavdetssekselektroner, mensatomvektenpå12skyldesdeseksnøytronerogseksprotoner.
vektpå12.Vektenpåelektroneneblirbagatellmessigidennesammenheng,mendestoviktigereiandresammenhenger.Sidentoavelektroneneergjemtbortidetindreelektronskall,erdetdefiregjenværendei detytreskalletsomsøkerkontaktmedomverdenen,ogdetgjørdemed storsuksess.
Detfinnestrehovedformeravrentkarboninaturen:grafitt,diamant ogfulleren,derC’eneharnokmedsegselvogharalliertsegpåvidtforskjelligvistilhverandre,mentilgjengjelderikkeCkresentnårdetgjelderåknyttevennskapsbåndmedandreatomer.Etavfavorittforholdene ertrekantforholdetmedtooksygenatomer.CO2 gjørCtillivetsatomsidendetergrunnlagetfornestenaltliv,mendeterogsåetproblematC viserenusedvanligtrofasthetidetteforholdetogharentendenstilåbli værendeder.Forbrenningbidrarmerennnoetilåsveisedemsammen, mensfotosyntesensintrikatemaskinerimakteråskilledettetrekløveret. BalansenmellomdisseprosesseneeridagsåkraftigforskjøvetatCO2 hopersegoppiatmosfæren,ognettoppderforerC’skjærlighettilOet forholdsomangårheleverden.
Karbonetervesentligeldreennjorda(sombareerfiremilliarderår), mendeteryngreennuniverset.Detharallikevelsirkulertinnogutav stjernerogkjemiskeforbindelserimilliarderavårførdettokplasside førstebakterier,itrær,dinosaurer,degogmeg.Selvnoenhundremillioneravåruteavsirkulasjoniformavkull,oljeellergassbetyrikkenevneverdigietkarbonatomslivsløpfraevighettilevighet.Menhvorlenge har vi kjenttilkarbon?
Nårdetgjeldervitenskapeligeoppdagelser,erdetblittenbekvemmeligrefleksalltidåvisetilbaketil«degamlegrekerne»sombegynnelsen tilalleerkjennelser.NårdetgjelderCkanvitrygtgålengertilbake.Det skulleriktignoktaenstordelavmennesketshistorieførvikomdithenat forbrenningkunneforståsogforklaresfysiskogkjemisk,menheltsiden
vibegynteåundreossoverildensmagiske,ogpotensieltødeleggende kraftiendisigforhistoriedaviformodentliglusketrundtpåsavannen medentreklubbe,vartrekulletkjentoginoengradbenyttet.(Selvebetegnelsenkarbonerforøvriglatinforbrenttrevirke– carbo.)Ientidlig kategoriseringavegenskapervednaturenvardetåpenbartattinginaturenkunnedelesidetsombrant,somtre,ogdetsomikkebrant,slik somsteinogsand.Motstykkettilildblerimeligvisvann,somvarildens fiende.Liteantemandaatdetsomnæretildenogdetsomslukketildeni storgradbestoavoksygen,elleratsluttproduktetavdetsombrantistor gradvarCO2.
Atreaksjonensomgjordeatbåletgaossvarmefrautsidenprinsipielt vardensammeprosessensomkroppenbenyttettilågiossenergiogliv påinnsidenvilleværtoppsiktsvekkende,troligheltubegripelig.Ibegge tilfellererdetsolenergioppmagasinertavplantertilenergilagresomfrigjøresmedCO2 somsluttprodukt.Ildenselverjoeld(!)gammel,ogdet erogsåleirbåletsomtroligerlikegammeltsomvåreforfedresevnetil oppreistgange.Detåsittevedleirbålet,helstmedutsyn,helstmedryggdekningogallerhelstvedetvann,eretritualsomsitteriryggmargen. Nårdetvedslikestedernestenalltiderensteinsattringfyltavaske,markererdetnoeavdenubrutte,kulturellelinjefravåregenartstilblivelse ogframtilidag.Deterikkegodtåsiomvåreforfedrevedbåletinoen gradundretsegpåhvordanetkaldttrestykkeplutseligkunneomdannes tilintensvarmeogsidenaske.Troliggjordededet,iallefallnoenikretsenomkringbålet.Mennesketharalltidværtbesattavåfinneårsakssammenhenger,menselvomildenharværtsentralistoredeleravvårforhistorie,bådesomvennogfiende,forbledetetmysteriumhvaildegentlig var,oghvasomkunneskapevarmefrakulde.
IldogforbrenningeravgjørendeikkebareforåkobleCtilO,men forhelekarbonkretsløpetogvekslingenemellomhovedtypeneavC.Il-
denharogsåværtessensiellforvåregenforbrenningogvåregenevolusjon.6 Denmenneskeligehjernehargjennomgåttenbemerkelsesverdigraskutviklingbådeistørrelseogytelse.Vårnærmestenålevende slektning,sjimpansen,harethjernevolummellom300–500cm3,ogvår større,mennoefjernereslektninggorillaen,varierermellom400og 700cm3.Vårtidligestamfar Homohabilis haddeethjernevolumomtrentsomgorillaensfor1,7millionerårsiden,mensåtokdetav.Alleredefor700000årsidennærmet Homoerectus seg1000cm3,mensbåde Homoneanderthaliensis og Homosapiens nåddeetmaksimalvolumpå omkring1500cm3.Sidenhardetflatetut,sågaravtattlitt,ogneandertalerenlåfaktisknoeoverossihjernevolum.Nåavgjørikkevolumetalt, viharogsåenpåfallendehøytetthetavnevroner,godisolasjonomkring synapsersamtmodernehjerneavsnittsompannelappenehvormyeav jeg-følelsen,evnentilabstraktrefleksjonogetiskevurderingerbefinner seg.
Denneformidablehjernekapasitetenharimidlertidsinprisiformav energi.Merenn20%avenergiforbruketvårtgårtilådekkedetteorganetsomtrossaltutgjørbeskjedne2%avkroppsvekten.Idagframstår ikkedetteenergisluketsomnoeproblemforossivårvelføddedelavverden,mendeterenbetydeligkostnadiandredeleravverden,oghistoriskhardetværtenhøyprissomallikevelåpenbartharværtverdåbetale.
Menhvorkommerleirbåletogkarbonetinnibildet?Svaret,hevderRichardWrangham,liggeritittelenpåhansbok Catchingfire.How cookingmadeushuman. 7 Troligdrovinytteavildenalleredeforover 100000årsiden,ogendaførdetobservertevåreforfedreatetterensavannebrannvardetenkeltåsankeomkommetvilt,itilleggvardetteviltetogsåferdigstektoguendeligmyelettereåspise.Dettemåhagitt ideenomåbrukeildenmerstrategisktilåjageellerbrenneviltetinne,
ogsidenalledyrfryktetilden,kunneenbrennendegreinholdeenellers fryktinngytendeløvepåavstand.Ildengikkfraåværefiendetilvenn. Steking,ogetterhvertkoking,vardessutenenutmerketmåteforådrepe parasitterogbakterierpåogimaten.Ildenforandrerikkebarematens kjemi,mensogsådensogvårbiologi.Stektogkoktmaterikkebarelettereåtygge,oghardermedoverflødiggjortenmassivtyggemuskulatur ogetmassivtkjeveparti,ogdenerogsålettereåfordøye.Deteretslitå fåisegnokenergivedråmat,ogmensandreprimatermåbrukedagen tilåfåiseg20–30%avsinegenkroppsvektforådekkeenergibehovet, klarerviossmed5%.Matvarersomhvete,risogpotetersomerpraktisktaltufordøyeligeforossiråtilstand,kunneblisentralekomponenterivårtkosthold.Ildenvardermedtroligetavgjørendeskrittpåveien tildetmodernemennesketogvårtherredømmeovernaturen–iallefall deleravden.Ikkebarekunneviskaffenokenergitilåholdeossmeden storhjerneogklareossmedetenkleretarmsystem,vifikkogsåfrigjort tidtilådyrkedesosialerelasjoner(enannenbidragsytertilstorhjerne), løsepraktiskeproblemer,ogundreosspåhvordantingkunnebrenne.
Kanskjesattdetalleredefor50000årsidenenungdomveddetutbrentebåletsom,etteratrestenavgruppenhaddesovnet,metteavvillsvinstek,spekulertepåhvorvedentokveien.Altsomvartilbakevarnoen svartsvidderesteroglittaske.Kanskjeundrethansegpåhvorforfingrene blesåsvarteiberøringmeddetsomildenhaddeetterlatt.Kanskjestrøk hansegprøvendeoverarmen,oglagetnoenstrekerpåenstein.Kanskjevardetogsåetterenfilosofiskstundvedleirbåletatenavdetidlige europeernetokoppetkullstykkefrabålplassenogrissetinndenførste stilisertemammutpåhuleveggenirentakknemlighetoverildenoglivet.
Karbon–enuautorisertbiografi