AbituraufgabenDer Kohlenstoffkreislauf

M1: Der CO₂-Gehalt steigt von 317 ppm (1960) auf 414 ppm (2020), also um fast ein Drittel; er liegt damit rund 48 % über dem vorindustriellen Wert von 280 ppm. Die Zunahme beschleunigt sich: 1960–1970 etwa 9 ppm pro Jahrzehnt, 2010–2020 etwa 24 ppm. M2: Innerhalb des Jahres 2023 schwankt der Wert um etwa 5,5 ppm. Er steigt von 419,5 ppm im Januar auf ein Maximum von etwa 424 ppm im Mai, fällt bis zum Minimum von etwa 418,5 ppm im September und steigt dann wieder an. Der Dezemberwert liegt über dem Januarwert.

Von Mai bis September betreiben die Pflanzen der Nordhalbkugel viel Fotosynthese; die Laubbäume sind belaubt, die Tage lang. Die Fotosynthese entzieht der Luft mehr CO₂, als Zellatmung von Pflanzen, Konsumenten und Destruenten freisetzt — der Gehalt sinkt. Im Herbst und Winter ist die Fotosynthese gering, während Destruenten Laub und Streu weiter abbauen; die Zellatmung überwiegt und der Gehalt steigt bis zum Frühjahr. Die großen Landflächen mit Vegetation liegen auf der Nordhalbkugel, deshalb prägt ihr Jahresgang die Messung am Mauna Loa. Auf der Südhalbkugel gibt es viel Meer und wenig Landvegetation, die Jahreszeiten sind zudem gegenüber dem Norden verschoben — die Schwankung am Südpol ist daher gering. Der Anstieg von Jahr zu Jahr ist dem Jahresgang überlagert.

Zunahme 2010–2020: \((414 - 390)\ \text{ppm} : 10\ \text{a} = 2{,}4\ \text{ppm/a}\). In Kohlenstoff: \(2{,}4 \cdot 2{,}13\ \text{Gt C} \approx 5{,}1\ \text{Gt C/a}\). Anteil an den Emissionen: \(5{,}1 : 11{,}2 \approx 0{,}46\), also rund 46 %. Knapp die Hälfte des freigesetzten Kohlenstoffs verbleibt in der Atmosphäre; der Rest wird von Ozean und Landvegetation aufgenommen.

Rechnung: Um 11,2 Gt C/a = 11,2 · 10⁹ t C/a zu binden, bräuchte man bei 3 t C/(ha·a) etwa \(3{,}7 \cdot 10^9\) ha neuen, wachsenden Wald — fast so viel wie die gesamte heutige Waldfläche und mehr als ein Viertel der Landfläche der Erde. Diese Fläche wird für Landwirtschaft, Siedlungen und natürliche Ökosysteme gebraucht oder ist wie Wüsten und Eisflächen ungeeignet.

Zudem bindet ein Wald nur, solange er wächst; ein ausgewachsener Wald im Gleichgewicht nimmt netto kaum noch Kohlenstoff auf. Brände, Dürre, Schädlinge oder Rodung können den gespeicherten Kohlenstoff wieder freisetzen, und der Klimawandel selbst erhöht dieses Risiko. Die Emissionen aus fossilen Lagern stammen aus dem langfristigen Kreislauf; sie in den kurzfristigen Kreislauf zu verlagern, ist keine dauerhafte Lösung.

Urteil: Aufforstung ist ein sinnvoller Beitrag, reicht aber allein bei Weitem nicht aus; entscheidend ist, die Emissionen selbst zu verringern.

\(\mathrm{CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3}\) — gelöstes CO₂ bildet Kohlensäure. \(\mathrm{H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-}\) — Kohlensäure gibt H⁺-Ionen ab, die H⁺-Konzentration steigt, der pH-Wert sinkt. \(\mathrm{H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow HCO_3^-}\) — ein großer Teil der H⁺-Ionen reagiert mit Carbonat-Ionen zu Hydrogencarbonat. Insgesamt nehmen Hydrogencarbonat und H⁺ zu, die Konzentration der Carbonat-Ionen nimmt ab. Da Kalk (CaCO₃) aus Ca²⁺ und CO₃²⁻ gebildet wird, fällt Kalkbildung schwerer und vorhandener Kalk kann sich leichter auflösen.

Bei pH 8,1, dem heutigen Wert, nimmt die Schalenmasse in 14 Tagen um 4 % zu; die Schnecken können Kalk aufbauen. Bei pH 7,8 nimmt sie um 9 % ab, bei pH 7,6 um 24 %: Je niedriger der pH-Wert, desto stärker löst sich die Schale auf, statt zu wachsen. Nach M4 liegt der für 2100 bei hohen Emissionen erwartete Wert von 7,7 zwischen den beiden sauren Versuchsbedingungen; Flügelschnecken würden dann voraussichtlich Schalenmasse verlieren. Bei geringen Emissionen (pH 8,0) wäre die Wirkung wahrscheinlich deutlich kleiner. Einschränkend: Laborversuch über nur 14 Tage mit Modellwerten; Anpassung über Generationen ist nicht berücksichtigt.

Flügelschnecken mit geschwächter Schale müssen mehr Energie in den Schalenbau stecken, wachsen langsamer, sind anfälliger für Fressfeinde und können in größerer Zahl sterben. Damit gelangt weniger Biomasse von der Stufe der Flügelschnecken zu den jungen Buckellachsen, für die sie zeitweise die Hauptnahrung sind. Die Lachse wachsen schlechter oder müssen auf andere, eventuell energieärmere Beute ausweichen; weniger Lachse überleben. Der verringerte Stofffluss setzt sich bis zu Bären, Schwertwalen und zur Fischerei fort. Weil auch Heringe und Makrelen Flügelschnecken fressen, betrifft der Ausfall weitere Nahrungsketten des Netzes. Das Phytoplankton, das die Flügelschnecken sonst fressen, kann anderen Konsumenten zugutekommen — das Nahrungsnetz verändert sich.

Für die Aussage spricht: CO₂ ist Ausgangsstoff der Fotosynthese; manche Phytoplanktongruppen können bei höherer CO₂-Konzentration etwas schneller wachsen.

Dagegen spricht: Im Meer ist meist nicht CO₂, sondern die Versorgung mit Mineralstoffen wie Nitrat, Phosphat oder Eisen begrenzend. Die Erwärmung verstärkt die Schichtung des Wassers, sodass weniger nährstoffreiches Tiefenwasser an die Oberfläche gelangt; in weiten Teilen der Ozeane wird deshalb eher ein Rückgang der Primärproduktion erwartet. Kalkbildende Produzenten wie Kalkalgen und Konsumenten wie Flügelschnecken werden durch die Versauerung geschwächt (M5), wodurch Glieder der Nahrungskette ausfallen (M6). Mehr Biomasse an der Basis nützt nichts, wenn sie nicht über die Zwischenglieder zu den höheren Stufen fließt.

Ergebnis: Die Aussage greift zu kurz. Sie betrachtet nur einen Faktor und nur eine Trophiestufe; die Belege sprechen insgesamt für einen geringeren und veränderten Stofffluss zu den höheren Trophiestufen, auch wenn regionale Unterschiede und Unsicherheiten bestehen.