Modelování cyklu izotopů uhlíku v přírodě

Abstract

V důsledku probíhajících klimatických změn je v poslední době věnována stále větší pozornost přírodnímu cyklu uhlíku. Radioaktivní izotop uhlíku 14C, využívaný jinak zejména v radiouhlíkovém datování, je ideální stopovač biologických a fyzikálně chemických procesů uhlíkového cyklu, s jehož pomocí je možné stanovit velikost jednotlivých složek a toků mezi nimi, případně charakteristické doby zadržení. Matematické modelování uhlíkového cyklu má velký význam v interpretaci pozorované reality a odhalování procesů, které ji způsobily, ale také ve schopnosti předkládat budoucí možné scénáře, například koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře při různých objemech emisí. V této práci je prezentován model sestavený z homogenní atmosféry, svrchní vrstvy oceánu, oceánu s jednorozměrnou difuzí a dvousložkové biosféry. Model byl ověřen na datech atmosférického oxidu uhličitého, Delta14C a delta13C. S pomocí validovaného modelu jsme sestavili několik možných scénářů budoucího vývoje CO2 v atmosféře a pokusili se o interpretaci píku v letech 774 – 775 n.l. pozorovaného na radiouhlíkové kalibrační křivce.

Carbon cycle receives a growing attention, in particular in connection with the climate change. Radiocarbon (14C) serves not only as the well-known basis of a dating technique, but also as a tracer of the global carbon cycle, enabling one to assess the sizes of diverse compartments, fluxes between them and the related characteristic times. Mathematical modelling of the carbon cycle helps integrate the measurements, estimate the roles of underpinning processes, and provide predictions, for instance on future CO2 concentrations in the atmosphere for various emission scenarios. We present a model based on a single-box atmosphere, an ocean surface layer, one-dimensional diffusive ocean, and a two-box biosphere. We discuss its validation against measured data of atmospheric CO2, Delta14C and delta13C, predictions on future CO2 levels, and interpretation of the 774 – 775 AD peak on the radiocarbon calibration curve.