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Re: Kohlenstoffkreislauf CO2 (HA)
aphrodite - 29.08.2006, 11:34Kohlenstoffkreislauf CO2 (HA)
Kohlenstoffkreislauf CO2
Kohlenstoff ist überall vorhanden; im Wasser, zu Lande (z.B. im Erdboden und in Gesteinen) und in der Luft. Kohlenstoff ist das Element, das eine ungemeine Vielzahl von Verbindungen ermöglicht. Es ist in lebenden Organismen und unbelebten Mineralien zu finden. In der Natur ist Kohlenstoff entweder im gasförmigen Zustand (z.B. CO2/CO), als Carbonat (CO32-) oder in organischen Stoffen zu finden. Er wird von allen Lebewesen benötigt, um ihre körpereigenen organischen Stoffe herzustellen.
Bezogen auf den Energiestrom der Erde, kann gesagt werden, dass die Erde ein offenes und, bezogen auf den Stoffkreislauf, ein geschlossenes Ökosystem bildet. Von außerhalb der Erdeatmosphäre gelangen keine größeren Stoffmengen auf die Erde. Das ist der Grund dafür, dass alle auf der Erde sich befindlichen Stoffe von einer Form in die andere über verschiedene chemische Reaktionen zirkulieren.
Kohlenstoff befindet sich im Übergang von einem Speicher zum anderen oder er wird gespeichert, z.B. als Carbonate in den Ozeanen (HCO3-) oder als Kalkstein festgelegt. Diese Kohlenstoffspeicher haben unterschiedliche Alter, von Minuten bis zu Milliarden von Jahren.
Zu sagen ist auch, dass Kohlenstoff sich zwischen der belebten und unbelebten Natur im Kreis bewegt. Nach der Dauer dieses Kreises unterteilt man den Kreislauf in Biozyklus (schneller Kreislauf) und Geozyklus (langsamer Kreislauf).
Die Pflanzen assimilieren (angleichen) CO2, und durch die Photosynthese wird der Kohlenstoff in organische Stoffe umgewandelt. Nachts bauen Pflanzen auch aerob (Sauerstoff zum Leben brauchend) organische Stoffe ab und geben CO2 an die Luft ab. Diesen Vorgang nennt man dann Dissimilation. Die Dissimilation findet aber im geringeren Maße statt als die Assimilation. Stirbt die Pflanze ab, gelangt der Kohlenstoff durch den Prozess der Mineralisierung wieder in die Luft und verbindet sich mit dem Luftsauerstoff erneut zu CO2.
Außerdem brauchen Tiere und Menschen Pflanzen als Nahrung und somit auch zum Energiegewinn (C6H12O6 + 6 O2 => 6 CO2 + 6 H20 + Energie). Der pflanzliche Kohlenstoff wird dann in den Stoffwechsel von Mensch und Tier eingebunden. Sie dissimilieren den Kohlenstoff, um Energie zu gewinnen. Es entsteht CO2, das ausgeatmet wird. Nach dem Tod von den Tieren und Menschen gelangt der Kohlenstoff schließlich wiederum durch Mineralisationsprozesse in die Luft, wo er erneut von Pflanzen aufgenommen werden kann. Die Tätigkeit der Pflanzen auf der Erde könnte den CO2-Vorrat der Atmosphäre in 6 Jahren verbrauchen. Durch den Kohlenstoffkreislauf bleibt der CO2-Gehalt in der Luft jedoch auf natürliche Weise konstant. Doch seit der Industrialisierung kommt es zu einer Anreicherung des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre durch die Verbrennung von fossilen Rohstoffen. Inwieweit diese Anreicherung zu einem Treibhauseffekt beiträgt ist wissenschaftlich noch weitgehend ungeklärt. Die Vermutungen liegen zwischen 2 und über 50 %.
Zwischen der Atmosphäre und den Meeren, wo auch ein Kohlenstoffaustausch herrscht, werden pro Jahr 100 Milliarden Tonnen Kohlenstoff ausgetauscht. Die Atmosphäre enthält 60-mal weniger CO2 als die Ozeane. Ebenfalls wird über die Landmassen durch Photosynthese und Verrottungsprozesse ebenfalls rd. 100 Milliarden Tonnen C ausgetauscht. Insgesamt erhöht sich der CO2-Gehalt der Atmosphäre seit der Industrialisierung. Dies lässt darauf schließen, dass der Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre durch den natürlichen Kohlenstoffkreislauf nicht abgepuffert werden kann.
CO2-Gehalt in der Atmosphäre (National Oceanic and Atmospheric Administration)
CO2 (ppm) 310
320
330
345
360
380
Jahr
1955
1965
1975
1985
1995
2005
Kohlenstoffaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre
Der Ozean gibt CO2 in die Luft ab, wenn in der Atmosphäre ein geringer CO2-Druck herrscht. Ist der CO2-Druck in der Atmosphäre hoch, so wird CO2 im Oberflächenwasser des Ozeans gelöst. Dieses gelöste CO2 reagiert mit Wasser zu Carbonat-Ionen. Durch die Photosynthese der ozeanischen Biosphäre wird ein geringer Teil aufgenommen. Dieser Prozess dauert maximal einige Jahre. Der Weitertransport von Kohlenstoff von der ozeanischen Deckschicht in tiefere Ozanschichten dauert hingegen bis zu 1000 Jahre. Die Aufnahmekapazität des Ozeans von Kohlenstoff aus der Atmosphäre ist begrenzt. Der Grund dafür ist dieser langsame Transport vom Kohlenstoff von der Deckschicht des Ozeans bis zu tieferen Schichten. Der jährliche Austausch mit der Atmosphäre liegt bei 100 Mrd. t Kohlenstoff. Er liegt in der gleichen Größenordnung wie der Austausch an Land.
Verbrennung fossiler Brennstoffe
Kohle, Erdöl und Erdgas sind Beispiele für fossile Brennstoffe. Durch die Verbrennung gelangt der darin langfristig gebundene Kohlenstoff sehr schnell in den kurzfristigen biologischen Kreislauf. Die Folge ist ein Überschuss an CO2. Ein weiterer Grund für den Überschuss an CO2 stellt auch die Abholzung der Regenwälder dar. Die Regenwälder sind zwar kurzzeitige, aber mächtige Kohlenstoffspeicher. Werden sie nun abgeholzt, so gelangt dieses CO2 in die Atmosphäre. Der weltweite jährliche anthropogene Eintrag beträgt 6,5 Mrd. t C entsprechend rd. 24 Mrd. t CO2 rd. 3,9 t CO2 pro Kopf der Weltbevölkerung.
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