carbon (Geokemi og mineraler)

Carbon udgør kun 0,02 vægtpct. af den kontinentale jordskorpe og 0,003 vægtpct. af havvandet. Alligevel spiller det en meget vigtig geokemisk, biokemisk og biologisk rolle. Det findes frit i naturen i mineralerne diamant og grafit, der begge består af rent carbon. Det er desuden hovedbestanddelen af et stort antal mineraler, først og fremmest carbonatmineraler som fx calcit, aragonit og malakit. Carbonat findes desuden i nogle fosfat- og silikatmineraler. Carbider som fx cohenit findes i meteoritter. Meteorittypen kulchondritter indeholder organisk-kemiske carbonforbindelser og har op til 5 vægtpct. carbon.

Selvom der kendes et meget stort antal organisk-kemiske forbindelser, findes disse kun sjældent som mineraler i naturen, eksempler er rav og oxalatet whewellit.

Bjergarterne i Jordens kappe indeholder carbon, hvilket bl.a. ses af forekomsten af diamanter i magmabjergarter, der stammer fra dybder mere end 120 km nede i kappen, og af gasindeslutninger med carbondioxid under stort tryk i fx mineralet olivin i basaltiske magmabjergarter.

Gennem jordklodens historie er carbon, hovedsagelig i form af carbondioxid, bragt ud i atmosfæren af vulkanudbrud og er derfra indgået i kulstofkredsløbet. Det meste af carbondioxiden opløses i havvandet i form af bicarbonat- og carbonationer. I havet udfældes carbonationerne af kemiske og biologiske processer under dannelse af sedimentære carbonatbjergarter dels som kalk og kridt i varme, lavvandede havområder, dels som fx foraminifer-slam på oceanbunden. Carbonatbjergarter udgør det største reservoir af carbon ved Jordens overflade.

En anden del af atmosfærens carbondioxid omsættes i fotosyntesen til plantemateriale og danner dermed grundlag for liv. Når organismer respirerer eller dør, frigøres carbondioxid, der igen indgår i kredsløbet. Men en mindre del af organismeresterne indlejres i sedimenter og kan under de rette betingelser blive omdannet til kul og kerogen; sidstnævnte kan omdannes til olie og naturgas.

De to stabile carbonisotoper, ¹³C og ¹²C, fraktioneres af biologiske og geokemiske processer, således at fx ¹²C koncentreres i det plantemateriale, som dannes af fotosyntesen, mens ¹³C koncentreres i carbon i sedimentære carbonatbjergarter. En bestemmelse af forholdet mellem de to isotoper kan derfor anvendes til at spore oprindelsen af en bjergarts indhold af carbon.

Carbonisotopen ¹⁴C dannes i den øvre atmosfære, når kosmiske partikler rammer atomer af nitrogenisotopen ¹⁴N.