Der Kreislauf des Kohlenstoffs

Kohlenstoffkreislauf

Kohlenstoff ist auf alle Umweltbereiche verteilt. Die Atmosphäre enthält CO₂ dazu vergleichsweise geringe Mengen CO und CH₄ Im Wasser sind Carbonate und Hydrogencarbonate gelöst, dazu kommt biologischer Kohlenstoff der im Wasser lebenden Organismen. Die Geosphäre enthält Kohlenstoff in Carbonaten, dazu fossile Lagerstätten von Kohle, Erdöl und Erdgas. Die Biosphäre enthält Kohlenstoff in lebender und abgestorbener Biomasse. Der Austausch zwischen den Bereichen erfolgt hauptsächlich über CO₂.

Der Kohlenstoffkreislauf beschreibt den globalen Haushalt des Elements Kohlenstoff in den oben genannten Umweltbereichen. In den letzten Jahrtausenden hat sich dabei auf der Erde ein relativ stabiles Fließgleichgewicht ausgebildet, in dem die Austauschraten zwischen den Umweltbereichen relativ konstant sind.
Der natürliche Kohlenstoffkreislauf wird anthropogen beeinflusst. Durch Verbrennung gelangt zusätzlich CO₂ in die Atmosphäre. Das führt zum Anstieg des CO₂-Gehalts in der Luft und zur Verstärkung des natürlichen Treibhauseffekts.

Aus Eisproben, die von Bohrungen in der Antarktis und in Grönland gewonnen wurden, ist bekannt, dass der Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre zumindest in den letzten 600 000 Jahren nie höher als 300 ppm lag. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts steigt der Wert jedoch ständig an und hat nun schon fast 400 ppm erreicht.

Die jährlichen anthropogenen Emissionen betragen mittlerweile etwa 9 Mrd. Tonnen C. Diese verbleiben jedoch nicht allein in der Atmosphäre, man schätzt, dass etwa 25 % davon vom Meer aufgenommen werden und ca. 20 % durch verstärkte Fotosynthese der Pflanzen entzogen werden. Der Rest verbleibt in der Atmosphäre und hat den Gehalt an Kohlenstoffdioxid auf mittlerweile 390 ppm (2009) ansteigen lassen.
Die Erhöhung der Fotosyntheserate der Pflanzen verläuft aber offenbar nicht in dem Maße, wie man es erwartet hatte. Ein Grund könnte sein, dass das für die CO₂-Aufnahme verantwortliche Enzym mit steigender Temperatur seine Aktivität verringert.
Die verstärkte Aufnehme von Kohlenstoffdioxid durch das Meerwasser hat ebenfalls ungünstige Folgen, weil dadurch der pH-Wert in den Ozeanen abgesenkt wird und damit natürliche Prozesse im Wasser beeinträchtigt werden.
Schnecken, Muscheln und Korallen entziehen dem Meerwasser Kohlenstoffdioxid durch den Aufbau von Schalen und Gerüsten aus Kalk (biogene Kalkfällung), außerdem sinkt abgestorbene Biomasse auf den Meeresboden (biologische Kohlenstoffpumpe). Ein niedrigerer pH-Wert behindert aber einerseits die biogene Kalkfällung, zum anderen kann es passieren, dass sich dadurch die Lebensbedingungen für die Meeresalgen verschlechtern, sodass sowohl die Fotosyntheserate als auch die Primärproduktion in der Nahrungskette zurückgehen.

Der steigende Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre, derzeit sind es 3-4 ppm jährlich, verstärkt indes den Treibhauseffekt. Als Folge kann es dadurch nach den Prognosen des Weltklimarats in den nächsten Jahrzehnten zu deutlichen Klimaänderungen auf der Erde kommen.