Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Chemie Abitur
  3. 10 Anwendungen der Chemie
  4. 10.6 Umweltbezogene Chemie
  5. 10.6.1 Der Kreslauf des Kohlenstoffs
  6. Der Kreislauf des Kohlenstoffs

Der Kreislauf des Kohlenstoffs

Das Element Kohlenstoff ist in allen vier Umweltbereichen in Form unterschiedlicher Verbindungen enthalten. Der Hauptanteil, etwa 99,8 % der Gesamtmenge, befindet sich in der Lithosphäre.

Die chemischen Umwandlungen kohlenstoffhaltiger Verbindungen und den Austausch dieser Verbindungen zwischen den vier Umweltbereichen bezeichnet man als gobalen Kohlenstoffkreislauf oder Kohlenstoffzyklus.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Kohlenstoff

Das Element Kohlenstoff ist in allen vier Umweltbereichen in Form unterschiedlicher Verbindungen enthalten. Der Hauptanteil, etwa 99,8 % der Gesamtmenge, befindet sich in der Lithosphäre.

Vorkommen von Kohlenstoff in den Umweltbereichen
UmweltbereichKohlenstoff in gebundener Form
Lithosphäre
  • Carbonatgestein (Kalkstein, Dolomit)
  • fossile Rohstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas)
Atmosphäre

Kohlenstoffdioxid

Hydrosphäre
  • in Wasser gelöstes Kohlenstoffdioxid
  • Hydrogencarbonate und Carbonate
Biosphäre

organische Verbindungen, z. B. Fette, Eiweiße und Kohlenhydrate, in lebender und abgestorbener Biomasse

Die Atmosphäre enthält als kleinster Speicher nur etwa 0,001 % der Gesamtmenge an Kohlenstoff. Sie reagiert daher am empfindlichsten gegenüber Veränderungen.

Die chemischen Umwandlungen kohlenstoffhaltiger Verbindungen und den Austausch dieser Verbindungen zwischen den vier Umweltbereichen bezeichnet man als globalen Kohlenstoffkreislauf oder Kohlenstoffzyklus.

Der Austausch des Kohlenstoffs zwischen den Umweltbereichen erfolgt hauptsächlich über Kohlenstoffdioxid.

  • Kohlenstoffkreislauf: Inhalte in Mrd. Tonnen, Stoffflüsse in Mrd. Tonnen pro Jahr

Teilkreisäufe des Kohlenstoffs
Der Kohlenstoffkreislauf besteht aus mehreren Teilkreisläufen. Im kurzfristigen Teilkreislauf zwischen der Biosphäre (Land) und der Atmosphäre wird Kohlenstoffdioxid durch biochemische Prozesse ausgetauscht. Der Kohlenstoffkreislauf zwischen Landlebewesen und Atmosphäre ist geschlossen und fast ausgewogen.

ProzessBeschreibung
Fotosynthese

Produzenten (grüne Pflanzen) nehmen Kohlenstoffdioxid auf und wandeln es in mehreren Schritten in Glucose (Traubenzucker) um.

6   C O 2 +     6   H 2 O   → C h l o r o p h y l l L i c h t   C 6 H 12 O 6     +     6   O 2

Ernährung und VerdauungProduzenten wandeln Glucose im Stoffwechsel in andere Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße um. Konsumenten ernähren sich von diesen Nährstoffen und wandeln diese im Stoffwechsel in körpereigene Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße um.
Zellatmung

Lebewesen gewinnen Energie durch die Verbrennung energiereicher Stoffe. Bei der Zellatmung wird Glucose in mehreren Teilschritten mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser umgesetzt.

C 6 H 12 O 6     +     6   O 2   → E n z y m e   6   C O 2 +     6   H 2 O

MineralisierungDestruenten (Bakterien und Pilze) bauen abgestorbene Biomasse vollständig zu anorganischen Verbindungen wie Kohlenstoffdioxid, Ammoniak oder Wasser ab.

Die Fotosynthese und Mineralisierung laufen in den einzelnen Jahreszeiten mit unterschiedlicher Intensität ab. Das führt im Jahresverlauf zu Schwankungen des CO2-Gehalts, die auch in Diagrammen sichtbar werden.

Der kurzfristige Teilkreislauf zwischen Hydrosphäre und Atmosphäre ist ebenfalls geschlossen und nahezu ausgeglichen. Die ausgetauschte Stoffmenge beinhaltet die Absorption von Kohlenstoffdioxid in Wasser und dessen Entweichen daraus. Dazu kommt die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid durch Fotosynthese von Algen und Pflanzen in den Meeren und die Abgabe des Gases durch die Atmung von Meeresorganismen.
Abgestorbene Biomasse sinkt auf den Meeresboden und wird dem kurzfristigen Kreislauf entzogen. Im langfristigen organischen Kreislauf entstehen aus verschiedenen Arten von Biomasse unter Sauerstoffabschluss Erdöl, Erdgas und Kohle. Durch Verbrennung der fossilen Energieträger gelangt der Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre zurück.

Im langfristigen anorganischen Kreislauf verteilt sich der Kohlenstoff in Form verschiedener Verbindungen, hauptsächlich Kohlenstoffdioxid und Carbonate, zwischen der Atmosphäre, Hydrosphäre und Geosphäre. Durch Fällung der schwer löslichen Carbonate ist der Kohlenstoff dem Kreislauf dauerhaft entzogen.

Menschlicher Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf
Durch natürliche Prozesse entstand auf der Erde ein stabiles Fließgleichgewicht. Infolge der konstanten Austauschraten zwischen den Umweltbereichen blieb der CO2-Gehalt der Atmosphäre über 400 000 Jahre relativ konstant unter 300 ppm (Bild 2).

Seit dem 19. Jh. verbrennen die Menschen zunehmend fossile Rohstoffe und bringen damit zusätzlich Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre ein. Dadurch steigt der CO2-Gehalt kontinuierlich an und lag im Jahr 2009 bei 390 ppm.

Von den derzeitigen jährlichen Emissionen von etwa 9 Mrd. Tonnen Kohlenstoff werden zwar etwa 25 % zusätzlich von den Meeren absorbiert und etwa 20 % durch verstärktes Wachstum der Pflanzen gebunden. Der Rest verbleibt aber in der Atmosphäre und lässt den Gehlat jährlich weiter steigen. Die Erhöhung der Fotosyntheserate verläuft aber langsamer als der Anstieg des CO2-Gehalts in der Luft.
In der Atmosphäre nimmt der Gehalt an Kohlenstoffdioxid um 3-4 ppm pro Jahr zu (Bild 3) und verstärkt damit den Treibhauseffekt.

  • CO2-Gehalt der Atmosphäre und Temperaturänderungen auf der Erde seit 400 000 Jahren
  • CO2-Gehalt der Atmosphäre 0 bis 2010 und 1970 bis 2010
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Der Kreislauf des Kohlenstoffs ." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie-abitur/artikel/der-kreislauf-des-kohlenstoffs (Abgerufen: 20. May 2025, 13:03 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Glucose
  • Glukose
  • Bier
  • Eduard Buchner
  • Kohlenstoffdioxid
  • Alkoholische Gärung
  • Stärke
  • Hefe
  • Brauerei
  • Ethanol
  • Deutsche Reinheitsgebot
  • Brauprozess
  • anaerobe Bedingungen
  • Maltose
  • LOUIS PASTEUR
  • Maische
  • Malz
  • Würze
  • Gerstenkorn
  • Experiment
  • Projekt
  • Enzyme
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Der Kreislauf des Phosphors

Alle Lebewesen enthalten Phosphor in Nucleinsäuren und im Energiespeicherstoff ATP. Bei den Wirbeltieren bildet Calciumphosphat einen wichtigen Bestandteil der Knochensubstanz.

Im Phosphorkreislauf wird der Weg des Elements Phosphor in Form seiner anorganischen und organischen Verbindungen in der Umwelt betrachtet.

Der Kreislauf des Stickstoffs

Stickstoff ist eines der Elemente, das alle Lebewesen der Erde für körpereigene Eiweiße benötigen.
Der mit den Lebewesen verknüpfte Kreislauf des Stickstoffs lässt sich in mehrere Abschnitte unterteilen: Fixierung des Luftstickstoffs, Assimilation von Stickstoff in Pflanzen, Umwandlung von organischen Stickstoffverbindungen und Umwandlung von organischen Stickstoffverbindungen in anorganische.

Technik und Geschichte des Bierbrauens

Bier ist eines der ältesten biotechnologisch hergestellten Produkte der Menschheit. Es war bereits den Sumerern und im alten Ägypten bekannt. Getreide ist das Ausgangsprodukt, das bei der Bierherstellung in Malz und danach in eine Maische umgewandelt wird. Die in der Maische enthaltenen Zucker werden von Hefe zu Alkohol gegoren. In Deutschland darf seit 1516 nur Gerste, Weizen, Wasser, Hopfen und Hefe zum Bierbrauen verwendet werden (Reinheitsgesetz).

Der Einfluss freier Radikale auf das Altern

Mit der Entstehung der Vielzelligkeit und der damit verbundenen Differenzierung von Zellen in Keimbahn- und Körperzellen ist für die Körperzellen ein Alterungsprozess verbunden, der zum Tod der Zellen und des vielzelligen Organismus führt. Keimzellen (Ei- und Spermazellen) sind potenziell unsterblich, d.h. sie können sich unbegrenzt weiter teilen. Bei ungünstigen Umwelteinflüssen zeigen aber auch diese Zellen Alterungserscheinungen, welche jedoch bei günstigen Bedingungen wieder beseitigt werden können.
Man hat herausgefunden, dass während des Elektronentransportes in der Atmungskette Peroxidionen ( O 2 − ) entstehen können, die über Wasserstoffperoxid aggressive freie Radikale bilden. Diese Radikale zerstören Proteine, Lipide und DNA. Mit dem Altern nimmt ihre Zahl zu und führt zur Einschränkung der ATP-Produktion. Gegenwärtig läuft die Forschung auf Hochtouren, um Schutzenzyme zu finden, die die freien Radikale ohne negative Folgen abfangen können.

Atmungskette

Die Atmungskette ist der letzte Schritt des in den Mitochondrien stattfindenden Glukoseabbaus und schließt sich an die Glykolyse und den Citratzyklus an. Die während des Citratzyklus entstandenen Coenzyme NADH 2+ und FADH 2 übertragen ihren Wasserstoff an Sauerstoff und bilden somit Wasser – eine Knallgasreaktion mitten in der Zelle - würde diese Reaktion nicht auf viele harmlose Schritte aufgespalten ablaufen – die Atmungskette. Als Endprodukt entsteht ATP, welches dem Organismus als Energie zur Verfügung steht.
Die Enzyme der Atmungskette sind bei Prokaryoten in der Cytoplasmamembran, bei Eukaryoten in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert. Sie bilden eine Reihe/Kette von Redoxsystemen, durch die Elektronen stufenweise in Richtung positiveres Potenzial transportiert werden. Integrale Membranproteine pumpen an drei Stellen der Reaktionskette Protonen durch die Membran, da diese nicht ohne Weiteres die Biomembranen passieren können. Es gibt drei verschiedene Transportarten für Elektronen in der Atmungskette: die ausschließliche Elektronenübertragung ( Fe 3+ zu Fe 2+ ), die Übertragung eines Wasserstoffatoms ( H +   +   e - ) oder die Übertragung eines Hydridions ( H - ).

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025