Kohlenstoffkreislauf

Der auf etwa 26 · 1015 t geschätzte Gesamtvorrat an Kohlenstoff auf der Erde liegt fast vollständig in Form anorganischer Verbindungen vor, davon über 99 % im Sedimentreservoir (Carbonatgesteine mit etwa 18 % biogenem Anteil); der Rest findet sich als gelöstes Kohlendioxid (CO2) sowie in Form von Hydrogencarbonat- bzw. Carbonationen in Gewässern und als gasförmiges CO2 in der Atmosphäre. Der organisch gebundene Anteil (0,05 %) ist zu 64 % in fossilen Lagerstätten (Torf, Kohle, Erdöl, Erdgas), zu 32 % in organischen Abfällen (Tier- und Pflanzenreste, Humus) und nur etwa zu 4 % in der Biomasse zu finden.

Der K. in der Biosphäre wird im Wesentlichen durch die Organismen in Gang gehalten. Etwa 6-7 % des in der Atmosphäre und im Oberflächenwasser vorhandenen CO2 werden jährlich von autotrophen Pflanzen photosynthetisch in organischen Verbindungen festgelegt; davon kehrt ein Drittel über die pflanzliche Atmung sofort wieder in die Luft bzw. das Wasser zurück, während zwei Drittel in die Nahrungsketten der heterotrophen Land- und Wasserorganismen mit ihren speziellen Ernährungsweisen (Trophiestufen) — Pflanzenfresser, Räuber und Zersetzer (Pilze, Mikroorganismen) — eintreten, in deren Ablauf alle Kohlenstoffverbindungen über Atmung, Gärung und Verwesung wieder in CO2 umgewandelt und freigesetzt werden; nur ein kleiner Teil wird dem K. durch Humus- und Torfbildung, Verschüttung u. a. vorübergehend entzogen.

Auch die tierischen Organismen und der Mensch, die die Fähigkeit zur Kohlenstoffassimilation nicht besitzen, tragen durch ihre Atmung zur Rückführung des Kohlenstoffs in die Atmosphäre bei. Ein erwachsener Mensch z. B. atmet in 24 Stunden rund 330 Liter bzw. 1 kg CO2 aus.

Terrestrischer und mariner Kreislauf sind über den CO2-Austausch zwischen Atmosphäre und Hydrosphäre verknüpft, wobei Letztere aufgrund der guten Löslichkeit von CO2 in Wasser einen Puffer hoher Kapazität auch für den geochemischen Anteil des K.s darstellt, der durch Rauchgase u. a. Abgase industrieller Prozesse, vulkanische Exhalationen sowie CO2-Freisetzung bei Carbonatverwitterung gespeist wird. Im Gegenzug findet, besonders am Grund der Ozeane, eine fortlaufende Bindung von Kohlenstoff durch die Sedimentation pflanzlicher und tierischer Reste (Schalen, Knochen) statt.

Seit Beginn der Industrialisierung sind durch Verbrennung fossiler Kohlenstoffverbindungen lange Zeit dem Zyklus entzogene Vorräte wieder in den Umlauf eingeschleust worden (jährlich etwa 10-15 % der photosynthetisch umgesetzten Menge), woraus ein geringer Anstieg des atmosphärischen CO2-Gehaltes resultiert (von 0,030 Vol.-% auf 0,032 Vol.-%, lokal auch auf 0,050 Vol.-%). Die Auswirkungen einer weiteren Erhöhung sind schwer abschätzbar; sie könnte z. T. durch Bindung in der Biomasse mittels gesteigerter Photosynthese kompensiert werden (»CO2-Düngung«), da der gegenwärtige CO2-Gehalt der Atmosphäre ein begrenzender Faktor für die Photosynthese ist.

Andererseits stehen mögliche Temperaturerhöhungen in der Atmosphäre bzw. an der Erdoberfläche infolge erhöhter Absorption langwelliger Strahlung durch das CO2 mit unabsehbaren Folgen für die Stabilität des Klimas und der polaren Eiskappen zur Diskussion.

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