Speicher und Flüsse
Kohlenstoff ist das Grundgerüst aller organischen Stoffe. Er wechselt ständig zwischen Luft, Lebewesen, Boden, Meer und Gestein; Mengen werden in Gigatonnen Kohlenstoff angegeben (1 Gt C = 10⁹ t).
- Speicher und Flüsse:Ein Speicher (Reservoir) hält Kohlenstoff über längere Zeit fest; ein Fluss ist die Menge, die pro Jahr von einem Speicher in einen anderen wechselt, in Gt C/a.
- Atmosphäre:≈ 880 Gt C als CO₂ (um 2020); vor der Industrialisierung waren es ≈ 590 Gt C.
- Biomasse und Boden:Landpflanzen ≈ 450 Gt C; Böden mit Streu, Humus und Torf ≈ 1 700 Gt C.
- Ozeane:≈ 38 000 Gt C, überwiegend als gelöstes Hydrogencarbonat (HCO₃⁻).
- Fossile Lagerstätten:Kohle, Erdöl und Erdgas, entstanden aus nicht zersetzter Biomasse; ≈ 1 000 Gt C in bekannten Vorräten.
- Kalkgestein:über 60 Mio. Gt C in Carbonatgesteinen (CaCO₃) — mit Abstand der größte Speicher.
- Austausch an Land:Die Fotosynthese bindet ≈ 120 Gt C/a; etwa die Hälfte veratmen die Pflanzen selbst, die andere Hälfte gelangt als tote Biomasse in den Boden und wird von Konsumenten und Destruenten veratmet.
- Austausch mit dem Meer:CO₂ löst sich an der Meeresoberfläche (≈ 80 Gt C/a) und gast wieder aus (≈ 78 Gt C/a); Phytoplankton bindet gelösten Kohlenstoff durch Fotosynthese.
Natürliches Gleichgewicht: Fotosynthese ≈ Zellatmung von Produzenten, Konsumenten und Destruenten; ohne den Menschen nimmt die Atmosphäre fast so viel Kohlenstoff auf, wie sie abgibt.
Der Mensch verschiebt das Gleichgewicht
Fossile Lagerstätten entstanden über Jahrmillionen aus dem Kreislauf der Lebewesen. Der Mensch holt diesen Kohlenstoff innerhalb weniger Generationen zurück in die Atmosphäre.
- Kurzfristiger Kreislauf:Im biologischen Teil tauschen Fotosynthese und Zellatmung Kohlenstoff innerhalb von Jahren bis Jahrhunderten aus.
- Langfristiger Kreislauf:Im geologischen Teil sinken Kalkschalen von Plankton und nicht zersetzte Biomasse ab und werden über Jahrmillionen zu Kalkstein, Kohle, Erdöl und Erdgas; Vulkanismus und Verwitterung bewegen nur ≈ 0,2 Gt C/a.
- Emissionen:Verbrennung fossiler Brennstoffe und Zementherstellung ≈ 9,6 Gt C/a, veränderte Landnutzung, vor allem Rodung, ≈ 1,6 Gt C/a (Mittel 2010–2019, gerundet nach IPCC).
- Senken:Ozean ≈ 2,5 Gt C/a und Landvegetation ≈ 3,4 Gt C/a nehmen zusätzlich Kohlenstoff auf; der Rest bleibt in der Atmosphäre.
- Anthropogener Treibhauseffekt:CO₂ und andere Treibhausgase absorbieren die Wärmestrahlung der Erdoberfläche und strahlen einen Teil zurück; zusätzliches CO₂ verstärkt diesen natürlichen Effekt, die mittlere Temperatur steigt.
- Ozeanversauerung:Gelöstes CO₂ bildet Kohlensäure; ihre H⁺-Ionen binden Carbonat-Ionen (CO₃²⁻) zu Hydrogencarbonat, der pH-Wert sinkt (≈ 8,2 → 8,1). Kalkbildner wie Kalkalgen, Flügelschnecken und Korallen finden weniger Carbonat für Schalen und Skelette.
- Folgen für Nahrungsketten:Wärmeres Oberflächenwasser mischt sich schlechter mit nährstoffreichem Tiefenwasser; weniger Phytoplankton und geschwächte Kalkbildner liefern weniger Biomasse an Zooplankton, Fische, Seevögel und Meeressäuger.
Wähle zu jedem Szenario zuerst deinen Tipp: Steigt der CO₂-Gehalt der Atmosphäre, sinkt er oder bleibt er gleich? Mit ▶ prüfst du — das Speicherschema zeigt, welche Flüsse stärker oder schwächer werden. „Nächstes Szenario“ führt weiter.
Halte fest: Der CO₂-Gehalt steigt, wenn Kohlenstoff aus langfristigen Speichern freigesetzt wird oder Senken schwächer werden. Er sinkt nur, wenn Kohlenstoff dauerhaft in Biomasse, Boden oder Sediment festgelegt wird.
Herleitung:Emissionen \(E\) aus fossilen Brennstoffen und Zement sowie aus veränderter Landnutzung.
Senken \(S\): zusätzliche Aufnahme durch Ozean und Landvegetation.
Zunahme \(\Delta\) in der Atmosphäre; gemessen werden ≈ 5,1 Gt C/a, der Unterschied liegt innerhalb der Unsicherheiten.
Knapp die Hälfte des freigesetzten Kohlenstoffs bleibt in der Atmosphäre.
CO₂-Bilanz der Atmosphäre: Zunahme = Emissionen − Senken \(\approx\) die Hälfte der Emissionen
Allgemeine Hinweise
Ozonloch ist kein Treibhauseffekt
Das Ozonloch entsteht durch FCKW und lässt mehr UV-Strahlung zur Erde durch. Mit der Erwärmung durch zusätzliches CO₂ hat es nichts zu tun.
Auf die Differenz kommt es an
Die großen natürlichen Flüsse von 120 oder 80 Gt C/a gleichen sich fast aus. Für die Atmosphäre zählt die Differenz aus Aufnahme und Abgabe — und die bestimmt heute der Mensch.
CO₂-neutral heißt nicht CO₂-frei
Brennendes Holz setzt genauso CO₂ frei wie Kohle. Neutral ist die Bilanz nur, wenn dieselbe Menge Biomasse wieder nachwächst — und das dauert Jahrzehnte.
