Kohlenstoff ist nicht nur die Basis allen Lebens auf der Erde, er ist auch an geologischen Prozessen beteiligt. Kohlendioxid beeinflusst die Temperaturen auf der Erde und ist somit maßgeblich für das Verständnis über den Klimawandel verantwortlich.
Der Kohlenstoff kommt in unterschiedlichen Verbindungen und in verschiedenen Systemen auf der Erde vor. In der Luft liegt er nur zu einem sehr geringen Teil vor. Am meisten Kohlenstoff ist im Boden, in den Kalkgesteinen, gespeichert. Wie bereits im Kontext des Klimasystems erklärt wurde, stehen die verschiedenen Sphären der Erde in Wechselwirkungen zueinander. Sie sind keine in sich abgeschlossenen Systeme, sondern unterliegen einem ständigen Austausch untereinander. So wird auch der Kohlenstoff zwischen der Biosphäre, Atmosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre ausgetauscht und umgewandelt. Auf der Erde sind mehrere Akteure daran beteiligt, den Kohlenstoff umzuwandeln. Diese bilden jeweils einzelne Teilsysteme, die zusammen den globalen Kohlenstoffkreislauf ergeben. Im Folgenden wird erklärt, welche Prozesse durch welche Akteure dabei genau ablaufen.
Kohlenstoffaustausch an Land
Tiere und Pflanzen
Kohlenstoffaustausch an Land
Pflanzen nehmen Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre auf (Assimilation) und wandeln dieses um. Dazu benötigen sie Energie, welche sie von der Sonnenstrahlung bekommen, und Wasser, welches sie durch ihre Wurzeln aus dem Boden ziehen. Das aufgenommene Kohlenstoffdioxid und das Wasser werden dann in Zucker und Sauerstoff umgewandelt. Diesen Prozess nennt man Fotosynthese. Lebewesen, die keine Fotosynthese betreiben, wie die Tiere und Menschen, nehmen den Sauerstoff aus der Luft auf und stoßen wiederum Kohlenstoffdioxid aus (Respiration). Dieser Prozess ist das Gegenteil zur Fotosynthese und wird Atmung genannt.
Boden
Böden bestehen aus mineralischen Bestandteilen und organischer Substanz. Auf der obersten Schicht befinden sich Exkremente, verwesende Tierkadaver oder abgestorbene Pflanzen. Wenn sie durch Mikroorganismen (Destruenten) abgebaut werden, entsteht dabei Kohlenstoffdioxid, welches in die Atmosphäre abgegeben wird. Wie genau das abläuft, hängt stark von dem dort herrschenden Klima ab. Auch haben die Böden die Fähigkeit, den Kohlenstoff in sich zu speichern.
Wenn die Destruenten nicht das komplette Material zersetzen können, sammeln sich die Pflanzenreste in hohen Schichten an. Wird dieses pflanzliche Material von Sedimentschichten überlagert und damit komprimiert, entsteht im Laufe der Zeit zunächst Braunkohle, später dann Steinkohle. Auf ähnliche Weise, jedoch unter Wasser, bilden sich auch Erdöl und Erdgas. In diesen fossilen Brennstoffen ist Kohlenstoff enthalten, der durch die Verbrennung der anthropogenen Nutzung in Form von Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre ausgestoßen wird.
Kohlenstoffaustausch im Wasser
Befindet sich in der Atmosphäre mehr Kohlenstoffdioxid als in der Hydrosphäre, reichert sich das Wasser durch Diffusionsvorgänge mit an. Das Kohlenstoffdioxid im Wasser wird von Wasserpflanzen und Phytoplankton aufgenommen. Durch sie läuft unter Wasser ebenfalls Fotosynthese ab, dies geschieht jedoch weitaus langsamer als an Land. Meerestiere nehmen die Pflanzen und das Phytoplankton als Nahrungsquelle auf und scheiden es aus, wie auch an Land. Auch tote Tiere, Knochen oder andere organische Abfallstoffe sind mit Kohlenstoff angereichert. Wenn diese absinken, lagert sich am Boden der Kohlenstoff ab. Diese Ablagerung (Sediment) von toten Tieren und Pflanzenresten wandeln sich mit der Zeit unter Einfluss von Druck und Ausschluss von Sauerstoff zu Erdöl und Erdgas um. Durch die Ablagerung von Skeletten, Schalenresten und generellen Überresten von Kleinstlebewesen, wie beispielsweise von Phytoplankton, bildet sich in Form von Calciumcarbonat Kalkgestein.
Auf der Abbildung wird der komplette Kohlenstoffkreislauf dargestellt:
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Artikel
Quellen
- Kappas, Martin (2009): Klimatologie. Klimaforschung im 21. Jahrhundert — Herausforderung für Natur- und Sozialwissenschaften. Heidelberg, 356 S.
- Baumhauer, Roland; Kneisel, Christof; Möller, Steffen; Schütt, Brigitta; Tressel, Elisabeth (2011): Physische Geographie 2. Klima-, Hydro-, Boden-, Vegetationsgeographie. 2. Auflage, Darmstadt.
- Brasseur, Guy; Jacob, Daniela; Schuck-Zöller, Susanne (2017): Klimawandel in Deutschland. Entwicklung, Folgen, Risiken und Perspektiven. Berlin, 348 S.
- Kohlenstoffkreislauf & Klimawandel (Ökosystem Erde) (oekosystem-erde.de)
- Photosynthese Diagramm Der - Kostenloses Bild auf Pixabay (zul. aufgerufen am 18.03.2021)
- https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_cycle-cute_diagram-german.svg (zul. aufgerufen am 18.03.2021)
