Elemente, Schulbuch

137 6.1 DIe atMOsPhÄre Bei einer Erhöhung des CO 2 -Gehalts der Luft würde wahrscheinlich die Aufnahme im Meerwasser steigen, bis sich ein neues Gleichgewicht eingestellt hat. Einen fast ebenso bedeutenden Austauschprozess stellt der biologische Kohlen- stoffkreislauf dar. 6 • 10 10 t CO 2 werden bei der Fotosynthese jährlich von Pflanzen gebunden. Dies entspricht etwa einem halben Prozent des gesamten atmosphäri- schen Kohlenstoffdioxids. Auch dieser Kreislauf ist annähernd ausgeglichen, da bei Atmung und Verrottung von Biomasse etwa dieselbe Menge wieder freigesetzt wird. Durch das Abbrennen tropischer Regenwälder kann hier eine Verschiebung in Rich- tung CO 2 in die Atmosphäre eintreten. Ein Teil der Biomasse (ca. 10 8 t) wird jährlich der aeroben Zersetzung entzogen (in Sümpfen und am Meeresboden) und bildet dort neues Kerogen (in Sedimentgestein verteilte, gelbe bis braune, feste Substanz aus hochpolymeren organischen Verbindungen). Allerdings wird auch Kerogen, das an die Erdoberfläche gelangt, durch den Luftsauerstoff wieder oxidiert. Insgesamt dürfte auch der biologische Kohlenstoffkreislauf weitgehend ausgeglichen sein. (Abb. 137.1) Über geologische Zeiträume hinweg hat der geochemische Kohlenstoffkreislauf die größte Bedeutung (Abb. 137.2). Bei der Verwitterung der Gesteine werden beträcht- liche Mengen Kohlenstoffdioxid umgesetzt. Die Verwitterung der Carbonatgesteine Kalk und Dolomit (CaCO 3 • MgCO 3 ) sind CO 2 verbrauchende Reaktionen. CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 MgCO 3 + H 2 O + CO 2 Mg(HCO 3 ) 2 Die entstehenden Hydrogencarbonate sind wasserlöslich und werden daher in das Meer ausgewaschen. Dort allerdings werden sie von Meereslebewesen wie Mu- scheln und Korallen zum Aufbau der Kalkschalen verwendet. Dabei werden die Pro- zesse umgekehrt und CO 2 wird wieder frei. Wenn die Kalkverwitterung und die Kalkneubildung etwa gleich schnell verlaufen, ist auch dieser Prozess ausgeglichen. Anders liegt der Fall bei der Verwitterung der Silicate . Der Prozess ist zwar kompli- zierter, lässt sich aber in einer einfachen Reaktionsgleichung zusammenfassen. CaSiO 3 + CO 2 CaCO 3 + SiO 2 Bei der Silicatverwitterung entsteht also Kalk. Heute schätzt man die Geschwindig- keit der CO 2 -Bindung durch Silicatverwitterung auf 10 8 t jährlich. Bei unverminderter Silicatverwitterung wäre also das gesamte atmosphärische Kohlenstoffdioxid nach 20 000 Jahren verbraucht – berücksichtigt man den im Meer gebundenen Vorrat, nach etwa 300000 Jahren. Das Leben müsste dann aussterben, da Pflanzen auf CO 2 angewiesen sind. Da dies bisher nicht geschehen ist, muss es einen Vorgang geben, der den Prozess rückgängig macht. Dies ist der Fall, wenn Carbonatsedimente beim Zusammenstoß der tektonischen Platten in tiefe Schichten der Erdrinde gedrückt und dort magmatisch umgewandelt werden. Dabei reagieren sie mit SiO 2 und bilden wieder Silicate (Umkehrung der Silicatverwitterung). Das frei gewordene CO 2 ent- weicht mit Vulkangasen und in Kohlensäurequellen an die Oberfläche. Man nimmt jedoch an, dass die Silicatverwitterung im Laufe der Erdgeschichte der Atmosphäre mehr CO 2 entzogen hat, als durch Vulkanismus gebildet wurde, und dass die Atmo- sphäre langfristig an CO 2 verarmt ist. Auch die Folge von Eis- und Warmzeiten kann mit Schwankungen der Geschwindigkeit der zwei Prozesse erklärt werden (wobei es auch viele andere Theorien dafür gibt). Durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe und Waldrodung werden vom Menschen jährlich 2,3 • 10 10 t Kohlenstoffdioxid zusätzlich zu allen natürlichen Prozessen an die Luft abgegeben. Dies übertrifft die Geschwindigkeit der geochemischen Prozesse um das Hundertfache. Daher kann der Mensch kurzfristig den CO 2 -Gehalt der Luft erhöhen. Langfristig spielen die Umsätze im Vergleich zu den geochemischen eine geringe Rolle. Eine Änderung der Umweltbedingungen für einige Jahrhunderte ist geologisch bedeutungslos. Für den Menschen und sein Überleben allerdings kann sie entscheidend sein. CO 2 -Kreislauf MEER BODEN LUFT Kerogen 10 11 t 10 11 t ? Rodung der Regenwälder 6 • 10 10 t 6 • 10 10 t KALK CO 2 -Kreislauf KALK DOLOMIT Silicat- Verwitterung SILICAT QUARZ Kalk- Verwitterung CO 2 Gelöstes Ca(HCO 3 ) 2 Mg(HCO 3 ) 2 Magmatische Umwandlung KALK Kalkbildung durch Muscheln, Korallen Abb. 137.2: Geologischer Kohlenstoffkreislauf Abb. 137.1: BIologischer Kohlenstoffkreislauf 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv