Techniklexikon

Kohlenstoffkreislauf

Umwelt- und Geophysik, globaler, biogeochemischer Stoffkreislauf, der im wesentlichen die drei grossen Kohlenstoff-Reservoire der Erde verbindet: die Atmosphäre, in der Kohlenstoff hauptsächlich in Form von CO₂ und Methan (CH₄) vorliegt, die terrestrische Biosphäre, wo Kohlenstoff in pflanzlichem Material und in Böden gespeichert ist und den Ozean, der mit fast 40 000 ×10¹⁵ g Kohlenstoff den grössten Speicher darstellt (siehe Abb.). Kohlenstoff ist sowohl als "Baumaterial" als auch zur Energieversorgung für das Leben auf der Erde von elementarer Bedeutung. Durch Photosynthese konvertieren Pflanzen die Energie der solaren Strahlung in chemische Energie. Dabei wird CO₂ aus der Luft verbraucht und O₂ gebildet. Der in der Biomasse der Pflanzen eingebaute Kohlenstoff wird über die Nahrungskette von tierischen Lebewesen aufgenommen und über deren Atmung mit dem Sauerstoff der Luft zu Kohlenstoff (CO₂) oxidiert. Über diesen Sauerstoff-Kohlendioxid-Zyklus sind pflanzliches und tierisches Leben aufs engste miteinander verbunden. Auch aufgrund seiner Eigenschaft als Treibhausgas (Treibhauseffekt) ist atmosphärisches Kohlendioxid von grosser Bedeutung. Durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern sowie durch Brandrodung sind seit Beginn der Industrialisierung die atmosphärischen Konzentrationen des Kohlendioxids von etwa 275 ppm (engl.: parts per million; ein ppm beschreibt ein Verhältnis von einem Molekül (z.B. CO₂) pro einer Million Luftmoleküle) auf 355 ppm angestiegen. Ein Vergleich dieses Anstiegs mit der anthropogen, d.h. vom Menschen verursachten, Kohlendioxidemission zeigt jedoch, dass nur ein Teil der Emissionen in der Atmosphäre verblieben sind. Man nimmt heute an, dass ein wesentlicher Anteil von der Biosphäre (ca. 27 %) sowie von den Ozeanen (ca. 33 %) aufgenommen wurde. Eine erhöhte CO₂-Aufnahme der Biosphäre wird hauptsächlich auf ein gesteigertes Pflanzenwachstum unter erhöhten atmosphärischen CO₂-Konzentrationen zurückgeführt. Die vermehrte CO₂-Aufnahme der Ozeane beruht im wesentlichen auf einer Veränderung des CO₂-Löslichkeitsgleichgewichts unter erhöhten atmosphärischen CO₂-Konzentrationen. Die Pufferkapazität der Ozeane für atmosphärisches Kohlendioxid ist abhängig von den Gleichgewichtskonstanten bei der Dissoziation des aufgenommenen CO₂ im Meerwasser und wird durch den Revelle-Faktor beschrieben. Derzeit führt eine 10 %ige Zunahme der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration zu einer etwa 1 %igen Zunahme des Kohlendioxidgehalts im Ozean, entsprechend einem Revelle-Faktor von 10. Für die Abschätzung des zukünftigen Anstiegs der atmosphärischen CO₂-Konzentrationen ist es von entscheidender Bedeutung, die Aufnahmekapazitäten dieser CO₂-Reservoire (speziell unter weiter ansteigenden CO₂-Konzentrationen) genau zu kennen. (Klimaänderungen)

Kohlenstoffkreislauf: Kohlenstoffkreislauf für CO₂. Grössenangaben gelten für die 80er Jahre; Reservoire sind in 10¹⁵ g C und Austauschflüsse zwischen den Reservoiren in10¹⁵ g C Jahr angegeben.