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Klimawandel auf der Erde - unumgänglich?
Kohlenstoff, der natürliche Kreislauf von Kohlendioxid und die "Klimaglocke Erde"

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Kohlenstoff
und Kohlenstoffdioxid

 

Der natürliche Kreislauf von Kohlendioxid

 

Klima und
"Klimaglocke Erde"

   
 

Kohlenstoff ist auf der Erde in lebender und toter Materie allgegenwärtig. Er hat im Periodensystem die Nummer 6 und ist außerordentlich bindungsfähig mit seinesgleichen. So entstehen Ringe, Käfige oder Ketten, die linear oder verzweigt sind und manchmal mehrer Millionen Atome enthalten.

Der Kohlenstoff entsteht bei Temperaturen von über 100 Millionen Grad im Inneren von Sternen. Jeweils drei Heliumkerne fusionieren zu einem Kohlenstoffkern.

     

  Kohlendioxid besteht aus einem Atom Kohlenstoff (C) und zwei Atomen Sauerstoff (O), die über Doppelbindungen aneinander gekoppelt sind. Seine Moleküle bildeten sich auf der Erde vor mehr als 4 Milliarden Jahren.
Bei Raumtemperatur handelt es sich um ein farbloses Gas mit einem leicht säuerlichen Geruch und Geschmack. Es ist mit einer Konzentration von ca. 0,038 % (derzeit 381 ppm) ein natürlicher Bestandteil der Luft.

Kohlendioxid löst sich in Wasser recht gut (bei 15 Grad Celsius etwa ein Liter Gas in einem Liter Wasser).
 
   

Der natürliche Kreislauf von Kohlendioxid

   
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Photosynthese:
Autotrophe Lebewesen assimilieren Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu Kohlehydraten
 

Grüne Pflanzen (alle autotrophen Lebewesen) sind in der Lage, Kohlendioxid aus der Luft und aus den Gewässern zu assimilieren und ihn in Zucker (Kohlenhydrate) umzubauen. Lichtenergie und Chlorophyll sind dabei notwendige Bedingungen. Gleichzeitig wird bei diesem Prozess aber auch Sauerstoff für die Atmung frei. Der gesamte Vorgang wird Photosynthese genannt. Jährlich werden auf der Erde etwa 150 Milliarden Tonnen Kohlenhydrate erzeugt. Schon ein einziger Laubbaum kann pro Tag 12 kg Kohlenhydrate und mehr als 9000 Liter Sauerstoff erzeugen. Der Kohlendioxidgehalt der Luft ist sehr gering, reicht aber völlig aus. Über Atmung und biologischen Abbau (Tod) kehrt etwa gleichviel Kohlendioxid in die Luft zurück, wie bei der Photosynthese "verbraucht" wird.

     

Der in organischen Verbindungen gebundene Kohlenstoff wird durch Atmung und Verbrennung als Kohlendioxid wieder frei

 

 

Wird Biomasse (oder werden fossile Energieträger) verbrannt, so entsteht bei ausreichendem Sauerstoff wieder Kohlendioxid. Dieses Gas entsteht ebenfalls bei der Atmung von Lebewesen.
Sowohl durch Verbrennen als auch durch Atmung gelangt das Kohlendioxid wieder in die Luft in die Gewässer zurück. Der Kreislauf des Kohlendioxids ist geschlossen.
Der Kohlenstofffluss in die Atmosphäre beträgt zur Zeit 6 (±0,5) Gt pro Jahr; er wächst weiter um etwa 1,5 % jährlich.
Allein in der BRD wurden 1989 0,28 Gt Kohlenstoff aus fossilen Brennstoffen freigesetzt. 40 % wurden durch die Industrie umgesetzt, weitere 40 % durch private Haushalte und sogenannten "Kleinverbrauch" (z.B. Heizung von Schulen) und 20 % durch den Verkehr.

     
Der Kreislauf des Kohlendioxids
ist geschlossen - ABER:
 
     
Durch Umwandlung (Verbrennen) von fossilen Energieträgern in Wärme- oder Bewegungsenergie entsteht ein Überhang von CO2 in der Atmosphäre
 

Wird in kleineren Zeiträumen mehr Biomasse verbrannt, als durch Photosynthese in dieser Zeit entstanden ist, so gibt es in der Atmosphäre einen Überhang an ausgestoßenem Kohlendioxid. Dieser Überhang entsteht durch Umformung von fossilen Brennstoffen (die u.a. in der Karbonzeit auf der Erde entstanden sind) in Wärme- und Bewegungsenergie (etwa in Kohlekraftwerken und durch Autos).
Lag der CO2 Gehalt in der Atmosphäre vor der Industrialisierung, etwa im Jahr 1765, noch bei etwa 280 ppm, so stieg er bis heute auf 381 ppm an. Der Anstieg wäre noch größer, wenn alles zusätzlich ausgestoßene CO2 in der Atmosphäre verbliebe. Doch die Ozeane entziehen der Atmosphäre schätzungsweise 5,5 bis 9,5 Mrd. Tonnen CO2. Dort wird es auch zum Teil wieder gelagert. (Quelle der Zahlen: BINE bildungsinfo 3.)
Durch Verbrennen von fossilen Brennstoffen in Wärmekraftwerken werden jährlich ca. 32 Mrd. Tonnen CO2 emittiert, von denen etwa die Hälfte in der Atmosphäre verbleibt. Dies macht zwar nur einen kleinen Anteil des überwiegend aus natürlichen Quellen stammenden Kohlendioxids von jährlich etwa 550 Gt CO2 aus, bewirkt aber einen Nettozufluss, da die Bilanz des natürlichen CO2-Kreislauf durch das Bevölkerungswachstum bestenfalls Null beträgt. Wahrscheinlich nimmt die Aufnahmefähigkeit der Erdvegetation für Kohlendioxid aber eher ab z.B. durch die Abholzung der Tropenwälder.

 
   

Klima und "Klimaglocke Erde"

   
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Wolken (Wasserdampf), Methan und Kohlendioxid bilden rund um die Erde eine Art von Dämmschicht und "erzeugen" so ein humanverträgliches Klima.
  Zusammen mit Wasserdampf (Wolken) und Methan bildet Kohlendioxid eine Art Dämmschicht rund um die Erde. Sie ist durchlässig für Sonnenlicht, das die Erde aufheizt, lässt aber die Wärme, die von der Eroberfläche wieder abgestrahlt wird, nur teilweise passieren - ähnlich wie bei den Fensterscheiben in einem Treibhaus.
Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt würde die Menschheit bei eisigen minus 18 Grad Celsius herumbibbern. Vermutlich gäbe es bei dieser mittleren Temperatur gar keine Menschen auf der Erde.
Durch die dämmende Gasschicht ist es aber auf unserem Planeten im Jahresmittel 15 Grad Celsius warm.
     
ABER: Seit 1750 ist der CO2-Anteil in der Atmosphäre gegenüber heute um 30 % gestiegen. Und mit dieser Steigerung stieg auch die mittlere Temperatur auf der Erde.
 

ABER: Seit dem 19. Jahrhundert ist die mittlere Temperatur auf der Erde um mehr als 0,7 Grad Celsius gestiegen. Der Verdacht liegt nahe, dass das Kohlendioxid daran schuld ist. Denn schließlich wuchs dessen Anteil in der Lufthülle parallel zur Erwärmung an.
Und die Erwärmung der Erde geht weiter, global durchschnittlich um 1,8 bis 4 Grad Celsius bis zum Jahr 2100.
Diese Erwärmung lässt sich wahrscheinlich nicht aufhalten, wohl aber verlangsamen: Dazu muss u.a. der Ausstoß an Kohlendioxid in den nächsten 150 Jahren auf 25 % des heutigen Standes reduziert werden.

     
Die Klimaänderung bringt eine Fülle an Problemen mit sich: u.a.: Abschmelzen der Eiskappen an den Poolen, Abschmelzen der Gletscher, Erhöhung des Meeresspiegels, Wüstenbildung ...
  Mit der globalen Erwärmung steigt der Meeresspiegel. Ursache dafür ist neben dem Schmelzen des arktischen Meereseises auch die durch den Temperaturanstieg ausgelöste thermische Ausdehnung des Wassers. Auch das Abtauen der Eismassen Grönlands oder der Antarktis spielt eine Rolle. Die IPCC prognostiziert bis 2100 einen Anstieg von 9 bis 88 Zentimetern.
Nach Ansicht einiger Forscher könnte als Folge des Klimawandels auch die Anzahl und Schwere der Stürme in einigen Regionen zunehmen. Im Nordatlantikbereich ist es bereits in den letzten Jahrzehnten deutlich stürmischer geworden - ob dies noch im Rahmen natürlicher Schwankungen liegt, ist aber bisher unklar.
Auch die Kernkraftwerke belasten das "Klima" neben anderen langfristigen Folgewirkungen. Das notwendige Kühlwasser der Kernkraftwerke erhöht die Temperaturen in den "vorbeifließenden" Flüssen. Gerade in sehr heißen Sommern, in denen die Flusstemperaturen bereits sehr hoch sind, bleibt dann der Kühleffekt für die Brennstäbe aus. Kernkraftwerke müssen abgestellt werden. ....
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