4.15 Der Kohlenstoffkreislauf Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen Stoffe mit Kohlenstoff-Atomen gibt es überall auf der Erde. In elementarer Form ist Kohlenstoff – als Graphit und Diamant – allerdings nur selten zu finden. Kohlenstoff-Atome sind zumeist Bestandteil anorganischer und organischer Verbindungen. Beispiele für anorganische Kohlenstoffverbindungen sind Kohlenstoffdioxid CO2, Carbonat CO3 2–, Hydrogencarbonat HCO3 – und Kohlenstoffmonooxid CO. Die Moleküle der organischen Verbindungen, von Methan bis zu den Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen, enthalten alle Kohlenstoff-Atome. Kohlenstoffverbindungen und die vier Bereiche der Erde Kohlenstoffverbindungen kommen in allen vier Bereichen der Erde vor, in der Lithosphäre, Hydrosphäre, Biosphäre und Atmosphäre (B3). Über 95 % der Gesamtmenge an Kohlenstoffverbindungen sind in der Litho sphäre1, der Gesteinshülle der Erde, gespeichert (B3). Allerdings sind die genauen Mengen schwer zu beziffern. Denn während die Lagerstätten an fossilen Brennstoffen abgeschätzt werden können (ca. 7 000 x 109 t Kohlenstoff), ist dies bei den Kalksteingebirgen schwer möglich. In der Hydrosphäre, der Wasserhülle der Erde, finden sich vor allem ge löstes Kohlenstoffdioxid, Kohlensäure-Lösung, und Carbonate bzw. Hy drogencarbonate. So besteht zum Beispiel der Panzer der Kalkalge (B1, B5) aus Kalk (Calciumcarbonat). Die Lebewesen der Biosphäre, d.h. die von Organismen belebte Zone der festen Erdkruste, des Wassers und der Gasschicht um die Erdoberfläche, wandeln verschiedene Kohlenstoffverbindungen ineinander um: Bei der Fotosynthese in grünen Pflanzen wird Kohlenstoffdioxid in Traubenzucker (Glucose) umgewandelt. Diese Verbindungen nehmen Tier und Mensch über die Nahrungsketten auf und bauen sie durch die Zellatmung wieder zu Kohlenstoffdioxid ab. In der Atmosphäre, der Gasschicht um die Erdoberfläche (vgl. INFO S. 86), ist Kohlenstoffdioxid die wichtigste Kohlenstoffverbindung, in geringen Mengen findet sich auch Kohlenstoffmonooxid und Methan. Die Atmo sphäre stellt im Vergleich zur Litho-, Hydround Biosphäre den kleinsten „Kohlenstoffspeicher“ dar. Der Kohlenstoffkreislauf Die „Kohlenstoffspeicher“ dieser vier Bereiche der Erde, die die Gesamtmenge der Kohlenstoffverbindungen ergeben, stehen untereinander in ständigem Austausch und im Gleichgewicht. Man beschreibt diese globalen Prozesse durch den Kohlenstoffkreislauf (B3). Bereits geringfügige Änderungen in diesem System können Einfluss auf den Kreislauf nehmen und schwerwiegende Folgen hervorrufen. So wird zum Beispiel durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas ca. 60-mal mehr Kohlenstoffdioxid freigesetzt (B4) und in die At mosphäre abgegeben als es von Natur aus geschieht. Etwa ein Viertel des vom Menschen produzierten Kohlenstoffdioxids wird durch die Ozeane aufgenommen (LV1). Durch die Reaktion mit Wasser bildet sich eine saure Lösung, die zu einer Versauerung der Ozeane führt. Erste Folgen sind bereits zu beobachten, beispielsweise haben Kalk bildende Organismen wie die Kalkalge Schwierigkeiten, einen Kalkpanzer aufzubauen (B1, B5). 101 360 CO2 350 340 330 320 310 1960 1970 1980 1990 Kohlenstoffdioxid in ppm B4 Anstieg des Kohlenstoffdioxidgehalts in der Atmosphäre (gemessen auf Mauna Loa, Hawaii) B5 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Kalkalge unter Kohlenstoffdioxid-Bedingungen, wie sie bei unverminderter Kohlenstoffdioxid-Emission für das Jahr 2100 zu erwarten sind. Schlüsselbegriffe Kohlenstoffkreislauf, Lithosphäre, Hydrosphäre, Biosphäre, Atmo sphäre 1 von lithos (griech.) = Stein N r zu P rü fz w e c k e n E ig e n tu m d e s C .C . B u c h n e r V e rl a g s