EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Kohlenstoffkreislauf 130 130 Kohlenstoffkreislauf Für eine Gesamtbeurteilung des Kohlenstoffdioxidproblems muss man wissen, dass das CO 2 der Atmosphäre in vielfältigen Austauschprozessen mit den Koh- lenstoffverbindungen im Meerwasser und im Gestein steht. Dabei ist die Men- ge an Kohlenstoff (als CO 2 ) in der Luft mit 830 Gt (entsprechend 3050 Gt CO 2 ) im Vergleich zu den anderen Kohlenstoffreservoirs verschwindend gering (Abb. 130–2). Der CO 2 -Gehalt der Luft wird also durch die Geschwindigkeit der Aus- tauschprozesse bestimmt. Luft und Meerwasser Ein wichtiger Austauschprozess ist der Kreislauf von Kohlenstoffdioxid zwischen Luft und Meerwasser. Etwa 330 Gt Kohlenstoffdioxid (entsprechend etwa 90 Gt Kohlenstoff) werden jährlich im Meer gelöst. Fast die gleiche Menge wird vom Meer wieder an die Luft abgegeben. Die Steigerung des CO 2 -Gehalts der Luft im letzten Jahrhundert wurde dadurch abgemildert. Ein Teil der Kohlenstoffdioxid- emissionen blieb im Meer gelöst. Die Menge an Kohlenstoff (als CO 2 , H 2 CO 3 und HCO 3 – ) im Meerwasser beträgt etwa das Siebzigfache der Menge in der Luft, der Speicher ist also viel größer. Es besteht die Befürchtung, dass durch den CO 2 - Eintrag im Meerwasser eine zunehmende Versauerung des Wassers ausgelöst wird. Die Kohlensäure verringert den pH. Dies hat negative Auswirkungen auf Meereslebewesen wie Korallen. Biologischer Kohlenstoff-Kreislauf Einen ebenso bedeutenden Austauschprozess stellt der biologische Kohlenstoff- kreislauf dar. 120 Gt Kohlenstoff werden bei der Fotosynthese jährlich von Pflan- zen gebunden, die Hälfte davon aber wieder durch Pflanzenatmung freigesetzt. 60 Gt bilden jährlich den Kohlenstoffgehalt neuer pflanzliche Biomasse. Fast genau so groß ist die Fotosyntheserate der Meeresorganismen (ca. 100 Gt), dort ist allerdings die Rate der Atmung größer, sodass nur etwa 10 Gt Kohlenstoff gebunden bleiben. Die abbauenden Organismen (Tiere und Mikroorganismen, die von Biomasse leben) verbrauchen jährlich etwa die gleiche Menge Biomas- se und oxidieren diese wieder zu CO 2 , sodass auch dieser Kreislauf weitgehend ausgeglichen ist. Die Gesamtmenge Kohlenstoff, die in lebenden Organismen gebunden ist, ist mit über 800 Gt etwa gleich groß wie die Kohlenstoffmenge im CO 2 der Atmosphäre. Sie setzen jährlich 120 Gt Kohlenstoff aus der Atmosphäre um, also etwa 1/7 des dort vorhandenen Kohlenstoffs, und 100 Gt Kohlenstoff aus dem im Meer gelösten CO 2 . Kerogen Ein kleiner Teil des organischen Materials, das beim biologischen Kohlenstoff- kreislauf entsteht, wird der Wiederoxidation entzogen. Am Land in Sümpfen, am Meer, indem abgestorbene Lebewesen auf den Meeresboden sinken. Dort wird das organische Material umgewandelt. Man nennt es Kerogen. Es kommt in allen Sedimentgesteinen vor und bildet einen riesigen Vorrat von Kohlenstoff, etwa 25 000 Mal so viel wie die lebende Biomasse. Aus dem Kerogen wurden im Laufe der Erdgeschichte unsere heutigen fossilen Energieträger Erdöl und Kohle, die Ölschiefer und Ölsande. Der Großteil ist aber nach wie vor fein im Sedimentgestein verteilt. Heute verbrennt die Menschheit die fossilen Brennstoffe und bringt dadurch den im Boden gespeicherten Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre. Carbonatgesteine Das größte Kohlenstoffreservoir in der Erdrinde findet sich in den Carbonatge- steinen Kalk und Dolomit. Auch hier gibt es einen Kreislauf zwischen Verwitte- rung der Carbonate und Neubildung im Meer durch Meereslebewesen (Abb. 130–3). Ein weiterer Kreislauf existiert bei der Verwitterung basischer Silikate durch CO 2 der Luft, wobei Quarz und Kalk entsteht. Die Umkehrung erfolgt in Subduktionszonen (Plattentektonik) im Erdinneren bei hoher Temperatur, wo- bei wieder Quarz und Silikate entstehen (Abb. 130–3). Das dabei gebildete CO 2 entweicht mit Vulkangasen. Diese geochemischen Vorgänge sind aber viel lang- samer als die biologischen und spielen nur langfristig eine Rolle. Abb. 130–1: Biologischer Kohlenstoffkreislauf 1 Abb. 130–3: Geologischer Kohlenstoffkreislauf Pflanzen Mensch – Tier CO 2 Glucose MEER BODEN LUFT Kerogen ? Rodung der Regenwälder 100 Gt 100 Gt 60 Gt 60 Gt KALK 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. 130–2: Biologischer Kohlenstoffkreislauf 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv