Kohlenstoffzyklus

Der Kohlenstoffkreislauf ist die Art und Weise, wie Kohlenstoff auf der Erde gespeichert und ersetzt wird. Einige der wichtigsten Ereignisse dauern Hunderte von Millionen Jahren, andere finden jährlich statt.

Die wichtigsten Wege, auf denen Kohlenstoff in den Kohlenstoffkreislauf gelangt, sind Vulkane und die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle und Gas. Während des größten Teils der Geschichte waren Vulkane die größte Quelle von Kohlenstoff im Kohlenstoffkreislauf, aber in den letzten hundert Jahren haben Menschen, die fossile Brennstoffe verbrennen, etwa hundert Mal mehr _CO2 in die Luft eingebracht als Vulkane. Das heißt, dass für jede Tonne _CO2, die Vulkane der Luft zuführen, etwa 100 Tonnen _CO2 von Menschen in die Luft geblasen wurden.

Kohlenstoff wird der Atmosphäre hauptsächlich durch die Photosynthese durch lebende Organismen entzogen. Ein Teil davon wird freigesetzt, wenn sie sterben und sich zersetzen, aber ein Teil wird im Sediment vergraben. Dies ist in der Abbildung dargestellt. Das Sediment wird zu Gestein, und es sind die Karbonatgesteine wie Kalkstein, die das nun feste _CO2 enthalten. Ein Teil des Kohlenstoffs aus Pflanzen wird auch Teil des Bodens, wo er lange Zeit bleiben kann, bevor er sich zersetzt.

Ein anderer Prozess entzieht der Luft _CO2. Die Verwitterung durch Regen wäscht _CO2 in Form von verdünnter Kohlensäure aus. Diese reagiert mit Gestein und hilft, dieses aufzulösen und zu zerstören. Auch dies endet als Sediment.

"Die Verwitterung ist ein großer Verbraucher des atmosphärischen Kohlendioxids, das für die Auflösung von Gesteinen unerlässlich ist".

Ein Teil des _CO2 wird auch im Ozean gelöst. Zurzeit nehmen die Ozeane jedes Jahr mehr _{CO2 auf}, als sie abgeben. Dadurch werden die Ozeane jedoch säurehaltiger.

Die Speicherung von Kohlenstoff im Sedimentgestein ist weitaus größer als das _CO2 in der Atmosphäre (dies ist in der Abbildung nicht dargestellt). Schließlich gelangt er als Subdukt ozeanischer Platten in der Plattentektonik wieder in die Luft. An den Rändern der Plattengrenzen (und an einigen anderen Stellen) bilden sich Vulkane und spucken _CO2 aus. Damit ist der Zyklus abgeschlossen.

Schema des Kohlenstoffkreislaufs. Die schwarzen Zahlen zeigen, wie viel Kohlenstoff in jeder Phase gespeichert wird, in Milliarden von Tonnen ("GtC" steht für Gigatonnen Kohlenstoff und die Zahlen wurden um 2004 herum erfasst). Die violetten Zahlen zeigen, wie viel Kohlenstoff sich jedes Jahr zwischen den einzelnen Stufen bewegt. Die Sedimente, wie sie in diesem Diagramm definiert sind, beinhalten nicht die ~70 Millionen GtC von Karbonatgestein und Kerogen (andere organische Ablagerungen).

Zusammenfassung

Der Kohlenstoffkreislauf ist ein Prozess, bei dem Kohlenstoff durch das Ökosystem recycelt wird. Die Konzentration von Kohlenstoff in lebender Materie (18%) ist fast 100 Mal höher als seine Konzentration in der Erde (0,19%). Lebewesen entziehen also Kohlenstoff aus ihrer nichtlebenden Umwelt. Damit das Leben weitergehen kann, muss dieser Kohlenstoff recycelt werden. Siehe das Diagramm für eine detaillierte Betrachtung des Kohlenstoffkreislaufs. Ein Beispiel für den Weg, den der Kohlenstoff in diesem Kreislauf zurücklegt, ist das Kohlendioxid in der Atmosphäre, das von den Pflanzen absorbiert und bei der Photosynthese zur Herstellung von Zucker verwendet wird, den die Pflanze als Energiequelle nutzt. Wenn die Pflanze stirbt, zersetzt sie sich, und der in der Pflanze gespeicherte Kohlenstoff wird im Laufe von Millionen von Jahren zu Kohle (einem fossilen Brennstoff) umgewandelt. Die Kohle wird verbrannt und gibt Kohlendioxid ab, das in die Atmosphäre gelangt.

Gegenwärtig ist der Kohlenstoffkreislauf und die Art und Weise, wie menschliche Aktivitäten ihn beeinflussen, ein großes Thema in den internationalen Nachrichten. Fossile Brennstoffe sind eine nicht-erneuerbare Ressource, was bedeutet, dass sie nicht einfach ersetzt werden können. Unser Verbrauch an fossilen Brennstoffen hat sich seit 1900 alle 20 Jahre fast verdoppelt. Diese Freisetzung von Kohlendioxid trägt zum Treibhauseffekt und zum sauren Regen bei.

Der Kohlenstoffkreislauf wurde von Joseph Priestley und Antoine Lavoisier entdeckt und von Humphry Davy populär gemacht.

Fragen und Antworten

F: Was ist der Kohlenstoffkreislauf?

A: Der Kohlenstoffkreislauf ist die Art und Weise, wie Kohlenstoff auf der Erde gespeichert und ersetzt wird. Er umfasst Prozesse, die Hunderte von Millionen von Jahren dauern, aber auch solche, die jährlich stattfinden.

F: Auf welche Weise gelangt Kohlenstoff hauptsächlich in den Kohlenstoffkreislauf?

A: Die wichtigsten Wege, auf denen Kohlenstoff in den Kohlenstoffkreislauf gelangt, sind Vulkane und die Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle und Gas. In der jüngeren Geschichte haben die Menschen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe etwa hundertmal mehr CO2 in die Luft gebracht als Vulkane.

F: Wie wird durch die Photosynthese CO2 aus der Atmosphäre entfernt?

A: Die Photosynthese lebender Organismen entfernt CO2 aus der Atmosphäre, indem sie es zur Energiegewinnung aufnehmen. Ein Teil davon wird freigesetzt, wenn sie sterben und sich zersetzen, aber ein Teil wird auch in Sedimentgestein vergraben.

F: Wie trägt die Verwitterung dazu bei, dass sich Gestein auflöst?

A: Die Verwitterung durch Regen wäscht CO2 in Form von verdünnter Kohlensäure aus, die dann mit dem Gestein reagiert und es auflöst und zerstört. Dieser Prozess endet auch in Form von Sedimenten, die dazu beitragen, den Kreislauf zu schließen.

F: Wo wird sonst noch etwas CO2 aufgelöst?

A: Ein Teil des CO2 wird auch in den Ozeanen gelöst, wo es lange Zeit verbleiben kann, bevor es wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird oder sich in Sedimentgestein einlagert.

F: Wie viel mehr CO2 wurde der Luft durch Menschen zugefügt, verglichen mit Vulkanen?

A: Für jede Tonne CO2, die durch Vulkane in die Luft gelangt, haben die Menschen in den letzten hundert Jahren etwa 100 Tonnen CO2 durch Verbrennung in die Luft gebracht.

F:Was ist ein großer Verbraucher von atmosphärischem Kohlendioxid, das für die Auflösung von Gestein notwendig ist?

A: Die Verwitterung ist ein großer Verbraucher von atmosphärischem Kohlendioxid, das für die Auflösung von Gesteinen unerlässlich ist.