Unter Kohlenstoffzyklus oder Kohlenstoffkreislauf versteht man das System der chemischen Umwandlungen kohlenstoffhaltiger Verbindungen in den globalen Systemen Lithosphare , Hydrosphare , Erdatmosphare und Biosphare sowie den Austausch dieser Verbindungen zwischen diesen Erdspharen . Die Kenntnis dieses Kreislaufs einschließlich seiner Teilprozesse ermoglicht es unter anderem, die Eingriffe des Menschen in das Klima und damit ihre Auswirkungen auf die globale Erwarmung abzuschatzen und angemessen zu reagieren.

Systembetrachtung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Das System ?Erde“ wird als geschlossenes System betrachtet. Zufuhr von Kohlenstoff beispielsweise durch Meteorite oder kernchemische Vorgange und Verlust von Kohlenstoff beispielsweise durch Raumfahrt werden dabei außer Acht gelassen . Unter dieser Bedingung kann man den Gesamtkohlenstoffgehalt des Systems ?Erde“ als konstant betrachten.

Der Kohlenstoffzyklus des Systems Erde gliedert sich in die funf Teilsysteme Atmosphare , Hydrosphare , Lithosphare , Biosphare und Pedosphare . Im Erdsystem Kryosphare , also der Gesamtheit aller Eismassen des Planeten, ist nur wenig Kohlenstoff in Form von fossilem CO ₂ vorhanden. Sie enthalten alle Kohlenstoff in unterschiedlichen Formen. Unter diesem Aspekt konnen sie als Kohlenstoffspeicher verstanden werden. (Statt Kohlenstoffspeicher sagt man auch Kohlenstoffreservoir oder Kohlenstoffpool . ^{[1] [2]} ) Ein solcher Speicher hat eine Speicherkapazitat und einen gespeicherten Kohlenstoffvorrat . ^[3] Ein Kohlenstoffspeicher ist durch die Speicherformen des Kohlenstoffs charakterisiert. So speichert die Lithosphare Kohlenstoff unter anderem in Form von Carbonatgesteinen ( Kalkstein ), die Biosphare in Form organischer Kohlenstoffverbindungen sowie in Kalkskeletten der Tiere. ^[4]

Zwischen den Kohlenstoffspeichern gibt es Kohlenstoffflusse (auch Kohlenstoff-Fluxe ). Wichtige Kenngroßen, die sich aus den Flussen ergeben, sind Verweildauer im Speicher und die pro Zeitspanne zu- und abfließenden Mengen an Kohlenstoff (Flussraten).

Gibt ein Speicher (S ₁ ) pro Zeitspanne mehr Kohlenstoff an einen anderen Speicher (S ₂ ) ab, als er aus diesem aufnimmt, handelt es sich bei S ₁ um eine Kohlenstoffquelle in Bezug auf S ₂ , wahrend S ₂ eine Kohlenstoffsenke ist. Im Zusammenhang mit dem Kohlenstoffzyklus ist das Kohlenstoffbudget , auch Kohlenstoffbilanz ^[5] , eine budgetmaßige Aufstellung der Zu- und Abflusse eines Kohlenstoffspeichers. ^[6] (Der Begriff Kohlenstoffbudget kann ? vor allem in der Klimapolitik ? auch speziell die Aufnahmekapazitat der Atmosphare bezeichnen, die noch verbleibt, bis die globale Temperatur eine bestimmte Grenze uberschreitet, siehe CO ₂ -Budget .)

Die hier skizzierten Begriffe werden in der Biogeochemie allgemein fur beliebige Speicher und auch fur andere Stoffkreislaufe als den des Kohlenstoffs verwendet. ^[7] Im Zusammenhang mit dem gegenwartigen Klimawandel werden sie oft in Bezug auf die Atmosphare als Referenz-Kohlenstoffspeicher verwendet. ^[2]

Flussraten konnen sich andern. Beispielsweise wird damit gerechnet, dass die Aufnahmefahigkeit der Ozeane mit zunehmender CO ₂ -Konzentration in der Atmosphare abnimmt. ^[8]

Kohlenstoffspeicher konnen infolge der relativen Anderung von Flussraten ihre Rolle vertauschen. Aus einer Kohlenstoffsenke kann eine Kohlenstoffquelle werden und umgekehrt.

So tauschen beispielsweise die terrestrische Biosphare und die Atmosphare im Jahresverlauf ihre Rollen: Im nordhemispharischen Winter ist die Biosphare fur die Atmosphare eine Kohlenstoffquelle, im nordhemispharischen Sommer wird sie zur Senke. Denn auf der Nordhalbkugel befindet sich erheblich mehr Vegetation in deutlichem Abstand zum Aquator als auf der Sudhalbkugel (z. B. borealer Nadelwald , gemaßigter Regenwald ). Sie betreibt im Winter kaum Photosynthese , weil es zu kalt ist und das Licht fehlt. Global betrachtet gibt deshalb die gesamte terrestrische Biosphare im nordhemispharischen Winter mehr CO ₂ ab, als sie aufnimmt. Dieser naturliche Rollenwechsel zeigt sich im halbjahrlichen Auf und Ab der Keeling-Kurve , die den CO ₂ -Gehalt der Atmosphare darstellt. ^[9]

Aber auch durch menschliche Eingriffe konnen aus Kohlenstoffsenken Kohlenstoffquellen werden: In einem gesunden Moor mit ausreichend hohem Grundwasserspiegel versinken Pflanzen, die bei ihrem Wachstum CO ₂ aus der Atmosphare entnommen haben. Dort verrotten sie nicht, weil der Sauerstoff fehlt. Langfristig entsteht aus ihnen Torf und spater Braunkohle . Das Moor ist eine Kohlenstoffsenke in Bezug zur Atmosphare. Wird aber der Grundwasserspiegel durch Drainagen abgesenkt oder gar Torf abgebaut, dann gerat Luft an das organische Material und es verrottet, CO ₂ wird frei. Aus der Kohlenstoffsenke ist eine Kohlenstoffquelle geworden. Alleine aus den trockengelegten Mooren Deutschlands entweichen jahrlich 45 Millionen Tonnen CO ₂ . ^[10]

Kohlenstoffspeicher [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Kohlenstoff ist im Universum und auf der Erde ein relativ seltenes Element (Prozent-Angaben bedeuten Atomzahlenverhaltnisse): ^[11]

• Haufigste Elemente im Universum: Wasserstoff (92,7 %) und Helium (7,2 %), ( Kohlenstoff dagegen nur 0,008 %)
• Haufigste Elemente der Erdkruste: Sauerstoff 49 %, Eisen 19 %, Silicium 14 %, Magnesium 12,5 % ( Kohlenstoff dagegen nur 0,099 %)
• Haufigste Elemente im menschlichen Korper: Wasserstoff (60,6 %), Sauerstoff (25,7 %) und Kohlenstoff (10,7 %)

Die globale Kohlenstoffmenge betragt 75 Millionen Gt. ^[12]

Atmosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

In der Atmosphare befanden sich mit Stand 2017 ca. 850 Gt Kohlenstoff. Das sind rund 0,001 % des globalen Gesamt-Kohlenstoffes. Die Atmosphare und die Biosphare sind die kleinsten Kohlenstoffspeicher. Der Kohlenstoffgehalt der Atmosphare reagiert also auf Anderung der Flussraten besonders empfindlich. Aufgrund biochemischer Vorgange weist die Atmosphare jedoch die hochsten Kohlenstoff-Flussraten auf und ist damit Bestandteil der kurzfristigen Kreislaufe.

Die mengenmaßig dominierende Kohlenstoffverbindung (und Abbauprodukt weiterer Spurengase ) ist das Kohlenstoffdioxid (CO ₂ ). Da durch die Verbrennung fossiler Energietrager seit Beginn der Industrialisierung den Stoffflussen in der Umwelt zuvor langfristig gebundener Kohlenstoff als CO ₂ hinzugefugt wird, steigt die Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphare . Sie betrug im Jahr 2017 406 ml/m³ (entspricht ppmv); ein Anstieg von ca. 130  Parts per million  (ppm) gegenuber dem vorindustriellen Wert von knapp 280 ppm.

Insgesamt wurden seit Beginn der Industrialisierung ca. 635 Gt Kohlenstoff (entspricht ca. 2300 Gt CO ₂ ) durch fossile Energietrager freigesetzt, von denen etwa knapp die Halfte in der Atmosphare verblieb und jeweils gut ein Viertel von Ozeanen und Landokosystemen aufgenommen wurde (Stand 2019). ^[13]

Weitere kohlenstoffhaltige Gase in der Atmosphare sind Methan mit 1,7 ppm, das Kohlenmonoxid mit 50-200 ppb und die halogenierten Kohlenwasserstoffe mit ca. 0,7 ppb. ^[4]

Hydrosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Der Begriff der Hydrosphare wurde in der Geschichte unterschiedlich verwendet und definiert. Teilweise verstand man darunter die Gesamtheit allen irdischen Wassers in allen Aggregatszustanden . Fur den Kohlenstoffkreislauf ist nur das flussige Wasser der Erdoberflache relevant. Denn hier finden die Flusse kohlenstoffhaltiger Gase und anderer Materialien statt. Modernere Definitionen von Hydrosphare beschranken sich daher auf diesen Bereich. ^[14] Nach dieser Definition enthalt die Hydrosphare 38.000 Gigatonnen Kohlenstoff, ^[4] wovon jedoch nur ein kleiner Teil (im Oberflachenwasser) in direktem Austausch mit der Atmosphare steht, wahrend sich uber 97 % in der Tiefsee befinden.

Die Polkappen , Eisschilde und Gletscher werden als Kryosphare bezeichnet. In ihnen ist fossiles Kohlendioxid enthalten, das nicht am Kreislauf teilnimmt. Grundwasser wird zur Lithosphare gerechnet, das Wasser im Erdboden zur Pedosphare . Gasformiges Wasser, also der Wasserdampf ist das wirksamste Treibhausgas und sorgt fur den naturlichen Treibhauseffekt . Es gehort zur Atmosphare .

Lithosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Die Lithosphare umfasst die außeren festen Gesteinsschichten der Erde und stellt mit 99,95 % des globalen Gesamtkohlenstoffs den großten Kohlenstoffspeicher dar. Aufgrund der geringen Flussraten ist die Lithosphare Bestandteil der langfristigen Kohlenstoffkreislaufe. ^[12]

Erscheinungsformen von Kohlenstoff (C) in der Lithosphare [15]	Menge in Gigatonnen C
anorganischer C in Sedimenten und daraus entstandenen Carbonatgesteinen : Calcit CaCO 3 und Dolomit CaMg(CO 3 ) 2	60.000.000
organischer C als Kerogen (fossile organische Stoffe, beispielsweise in Olschiefer )	15.000.000
organischer C als Gashydrate	10.000
organischer C als fossile Brennstoffe Kohle , Erdol , Erdgas	4.100
elementarer C in Form von Diamant und Graphit	zu vernachlassigen

Gashydrate sind Komplexe aus Wasser und Gas ohne feste chemische Verbindung. Wasser hat aufgrund der Wasserstoffbruckenbindung eine Art Gitterstruktur. Diese bietet Hohlraume oder Zwischenraume fur andere Molekule. Verschiedene Gase konnen diese Raume besetzen und mit dem Wasser einen raumlichen Komplex, das Gashydrat bilden. Naturliche Gashydrate bilden sich vor allem aus Methan , Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff . Methanhydrate kommen auf dem Meeresboden oder in Lockersedimenten vor in einer Tiefe von 440 Meter bis 650 Meter. Nur in diesem Bereich sind die Temperatur- und Druckverhaltnisse zu ihrer Bildung geeignet. Dort haben die Gashydrate dann eine feste Konsistenz. ^[16]

Biosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Der Begriff Biosphare bezeichnet die Gesamtheit aller auf der Erde existierenden Lebewesen und den Raum, in dem sie vorkommen. ^[17]

Das Leben auf der Erde basiert auf der Verwendung des Elements Kohlenstoff. Im Laufe der Evolution haben die Lebewesen die Fahigkeit erworben, daraus eine große Zahl unterschiedlicher Verbindungen und Produkte herzustellen. Sie machen sich die globalen Kohlenstoffkreislaufe zu Nutze, einzelne konnen sogar elementaren Kohlenstoff herstellen. ^[18]

Speicherformen des Kohlenstoffs in der Biosphare sind vor allem organische Stoffe. 90 % der Biomasse besteht aus Polysacchariden . ^[19] In der Reihenfolge der Haufigkeit sind dies Cellulose , Lignin und Chitin . Sie haben Strukturaufgaben bei Pflanzen , Pilzen und Gliederfußern (hier als Außenskelette).

Anorganische Kohlenstoffverbindungen haben nur einen geringen Anteil, beispielsweise Carbonate (in der Regel Calciumcarbonat CaCO ₃ ). Sie dienen als Baustoff fur Außenskelette bei Mollusken , Foraminiferen und Coccolithophoridae , Innenskelette aus Carbonaten bei Korallen .

Auf die Landlebewesen entfallen 700 GtC, auf die marinen Lebensformen 3 GtC. Insgesamt speichert die Biosphare 703 GtC. Sie ist also ein kleiner Kohlenstoffspeicher. Wie bei der Atmosphare sind jedoch die Kohlenstoff-Flusse zu den anderen Systemen sehr lebhaft. ^[15]

Pedosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Als Pedospare bezeichnet man die oberste Schicht der globalen Landflachen. Sie besteht aus Verwitterungsprodukten der Gesteine und aus organischem Material, dem Humus . Zusammen mit Wasser und Luft bietet sie Raum fur verschiedene Lebensformen. Funktionell steht sie mit allen anderen Geospharen in Verbindung. ^[20] Im Boden befindet sich mindestens die vierfache Menge Kohlenstoff wie in der Atmosphare. ^[12] Das Institut fur Agrarwissenschaften ?Fachbereich Bodenkunde? geht von einem globalen Kohlenstoffgehalt der Pedosphare von 2500 Gt aus. Allein der weltweite C-Gehalt der Moore betragt 900 Gt ^[21] Da sich ein großer Teil des im Boden gespeicherten Kohlenstoffs in Permafrostboden befindet, wird mit Fortschreiten der globalen Erwarmung und Abtauen der Permafrostboden ein Teil davon freigesetzt werden. ^[22] Doch auch aus Boden in anderen Erdregionen konnen durch die globale Erwarmung zunehmend gewaltige Mengen Kohlenstoff freigesetzt werden. ^{[23] [24]} Der Boden Deutschlands (0?90 cm Tiefe) enthalt 5 Gt C, die landwirtschaftlich genutzten Boden 2,4 Gt C und die Boden der Walder 1,3 Gt C. Die großten Kohlenstoffvorrate befinden dabei sich in Boden unter Dauer grunland (181 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar ). Deutlich weniger ist es beim Waldboden (100tC/ha), dicht gefolgt vom Ackerboden (95tC/ha). ^[25]

Vorgange innerhalb der Systeme [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Atmosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Innerhalb der Troposphare (5 km Hohe an den Polen, 15 km am Aquator) finden intensive physikalische Transportvorgange statt. Durch die vertikalen und horizontalen Luftbewegungen kommt es zu einer bestandigen Durchmischung. Die CO ₂ -Konzentration in den unteren Schichten der Atmosphare ist daher uberall gleich.

Nur an Orten, die uber langere Zeit hinweg vor Wind geschutzt sind, kann sich CO ₂ am Boden ansammeln. Beispiel: Kohlenstoffdioxidseen in Bergwerken oder in Hohlen, die in vulkanisch aktiven Gebieten liegen.

Laut IPCC -Report 2007 betrugen die laufenden CO ₂ -Emissionen durch Verbrennung fossiler Energietrager 1990 weltweit 6,4 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr, die durch Anderung der Landnutzung 1,6 GtC/a. Gleichzeitig wurden 2,2 GtC in der Hydrosphare (Ozeane) und 2,6 GtC an Land deponiert (Pedosphare und Biosphare zusammen).

Durch diese lebhaften CO ₂ -Flusse wird eine theoretische einmalige CO ₂ -Emission nach 30 Jahren zu 50 % wieder aus der Atmosphare entfernt. Weitere 30 % verbleiben Jahrhunderte, die restlichen 20 % Jahrtausende in der Atmosphare.

Organische Spurenstoffe werden mit Zeitkonstanten von einem Tag bis zehn Jahren zu CO ₂ (und Wasser) oxidiert. Dies betrifft vor allem Methan und die halogenierten Kohlenwasserstoffe. Der Abbau geschieht zum großten Teil durch das fotochemisch erzeugte freie Hydroxylradikal (OH). Es zerstort 3,7 GtC an Treibhausgasen pro Jahr. ^[26]

Hydrosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

In die Wasseransammlungen wie Meere oder Seen werden etwa 92 Gt Kohlenstoff pro Jahr eingelagert und 90 Gt wieder freigesetzt. ^[27]

Es ergibt sich also ein langfristiger Verbleib von ca. 2 GtC/a.

Transportvorgange [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

• Biologische Kohlenstoffpumpe: Im lichtdurchfluteten oberen Wasserbereich wachst Phytoplankton und baut durch Photosynthese Kohlenstoff aus Kohlendioxid in seine Biomasse ein. Nach Absterben sinken die mikroskopischen Algen in tiefere Wasserschichten ab. Auf dem Weg in die Tiefe (oder schon vorher) werden sie von anderen Organismen gefressen und verdaut. Dabei wird der Kohlenstoff der Biomasse als Kohlendioxid wieder freigesetzt. Der Anteil, der nicht gefressen wird, sinkt zum Meeresgrund, wo der Kohlenstoff deponiert wird. ^[28] Dieser Mechanismus gilt nicht nur fur Plankton . Großere absinkende marine Organismen transportieren ebenfalls Kohlenstoff in Form von Meeresschnee ^[29] langfristig auf den Grund der Ozeane. Meeresschnee enthalt heute auch einen Anteil an Mikroplastik. ^[30] In geologischen Zeitraumen wird der auf den Meeresboden abgesunkene Kohlenstoff durch Oxidation mineralisiert und zu carbonathaltigem Sedimentgestein umgewandelt.

• Physikalische Kohlenstoffpumpe: CO ₂ lost sich physikalisch (zunachst chemisch unverandert) im Meerwasser. Hauptsachlich durch den Vorgang der thermohalinen Zirkulation an den Polen der Erde wird das geloste Kohlenstoffdioxid in die Tiefsee verbracht, wo es sich mit der Zeit anreichert.

Die Ozeane nahmen im Zeitraum von 1994 bis 2007 insgesamt 34Gt Kohlenstoff auf, das entspricht 31 % der menschengemachten Kohlenstoffdioxidemissionen in diesem Zeitraum. Der Preis dafur war eine Versauerung der Meere mit Absinken des pH-Wertes um 0,1. ^[31] Die Leistung der Ozeane als Kohlenstoffsenke ist uber die letzten 200 Jahre konstant, die Aufnahmekapazitat nicht erschopft.

Dies konnte sich jedoch andern, wenn die thermohaline Zirkulation zusammenbricht oder die Versauerung der Ozeane ein Ausmaß annimmt, das es den marinen Organismen unmoglich macht, weiterhin Kohlenstoff in organisches oder anorganisches Material einzulagern. ^[32] Beides sind klassische Kippelemente im Erdklimasystem . ^[33]

Chemie des gelosten Kohlendioxids und der Versauerung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Zwischen den verschiedenen Formen des anorganischen Kohlenstoffs besteht ein chemisches Gleichgewicht (die Prozentangaben gelten fur die Bedingungen T = 10 °C, pH = 8, Salzgehalt 34,3 ‰ ? so wie sie zum Beispiel in weiten Bereichen der Ozeane herrschen):

Wenn die CO ₂ -Konzentration der Atmosphare geringfugig steigt, nimmt die Hydrosphare vermehrt Kohlenstoffdioxid auf, um das relative Gleichgewicht wiederherzustellen. Großere Anderungen von Konzentrationen andern aber die Gleichgewichtslage, wenn die Grenzen der Aufnahmekapazitaten erreicht werden. Anderungen der Bedingungen andern ebenfalls die Gleichgewichtslage, etwa wenn die Aufnahmekapazitatsgrenze von CO ₂ im Wasser sinkt. Eine globale Erwarmung etwa verschiebt das Gleichgewicht nach links. ^[4]

Lithosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Sedimentation [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Bei der Sedimentation sinken schwerlosliche anorganische und organische Stoffe langsam zu Boden. Die Sinkgeschwindigkeit hangt von der Teilchengroße und der Dichte des Wassers ab und kann in ungestortem Wasser sehr niedrig sein. Im Kohlenstoffkreislauf spielt die Sedimentation der Kalkskelette der Coccolithophoridae eine große Rolle.

Diagenese [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Diagenese ist die langfristige Verfestigung loser Sedimente durch chemische, physikalische und biotische Umwandlungen. Dabei wird zum Beispiel aus den Kalkskeletten der Mikroorganismen Kalkgestein. Organische Ablagerungen werden unter bestimmten Bedingungen, wie sie in sauerstoffarmen, warmen Flachmeeren herrschen, stufenweise in anorganische oder andere organische Stoffe umgewandelt. Es entstehen Kerogene (zum Beispiel in Olschiefer ), Teerstoffe ( Bitumen ), Kohle , Graphit und Erdol sowie Methan. Die Diageneserate betragt 0,2 Gt C pro Jahr.

Metamorphose [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Gesteinsmetamorphose ist die langfristige Umwandlung von festem Gestein auf Grund von erhohtem Druck und erhohter Temperatur: Durch Subduktion von Sedimenten des Meeresbodens werden Druck und Temperatur erhoht. An der Grenzflache von Kalk- und Silicatsedimenten ( Sand ) finden folgende chemische Umwandlungen statt:

${\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}+SiO_{2}\longrightarrow CaSiO_{3}+CO_{2}\uparrow } }$

Calcit wird zu Calciumsilicat ( Wollastonit )

${\displaystyle \mathrm {3\ CaMg(CO_{3})_{2}+4\ SiO_{2}+H_{2}O\longrightarrow Mg_{3}Si_{4}O_{10}(OH)_{2}+3\ CaCO_{3}+3\ CO_{2}\uparrow } }$

Dolomit wird zu Speckstein beziehungsweise Talk

Das hierbei freiwerdende CO ₂ lost sich im flussigen Magma und wird dann bei einem Vulkanausbruch frei oder entweicht gleich uber Klufte oder Vulkane .
Durch tektonische Veranderungen werden die entstandenen Silicate an die Oberflache transportiert und der Verwitterung ausgesetzt.

Biosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Durch Pflanzen werden pro Jahr etwa 123 Gt Kohlenstoff gebunden ( Bruttoprimarproduktion ), davon werden 60 Gt durch pflanzliche Atmung wieder in die Atmosphare freigesetzt, der Rest wird als Biomasse gebunden ( Nettoprimarproduktion ) oder in den Erdboden eingetragen. ^[27] Die mikrobielle Zersetzung und Atmung setzen etwa 60 Gt frei. ^[27] Der Mensch verursacht, hauptsachlich durch Verbrennung fossiler Brennstoffe, aber auch durch die Zement -Herstellung, bei der ebenfalls CO ₂ frei wird, den Ubergang von jahrlich etwa 9 Gt Kohlenstoff aus der Lithosphare in die Atmosphare. ^[27] Innerhalb der Biosphare findet ein Kohlenstoff-Fluss statt von den organische Stoffe erzeugenden autotrophen Organismen zu den organische Stoffe verbrauchenden heterotrophen Organismen. Durch Wind und Tiere wird organisches Material verfrachtet.

Pedosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Der großte Teil des organischen Pflanzenmaterials der Nettoprimarproduktion der Biosphare wird durch Mikroorganismen wieder abgebaut. Der darin enthaltene Kohlenstoff gelangt als CO ₂ wieder in die Atmosphare. Neben dem mikrobiellen Abbau geschieht dies auch durch Brande oder Ernten. Von den 120 GtC/Jahr der Bruttoprimarproduktion gelangt lediglich der kleine Teil von 1 GtC/Jahr langfristig in den Boden, wo der Kohlenstoff z. B. in Mooren uber Jahrtausende dem Kreislauf entzogen wird. Dieser Teil wird auch als Nettobiomproduktion bezeichnet. Trotz des geringen jahrlichen Zuflusses ist die Pedosphare nach der Lithosphare der großte Kohlenstoffspeicher. ^[21]

Kohlenstoff-Teilkreislaufe [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Ein Speicher ist sowohl Quelle als auch Senke fur Kohlenstoff-Flusse.

Zwischen den Kohlenstoff-Speichern erfolgt ein standiger Austausch durch chemische, physikalische, geologische und biologische Prozesse.

Langfristiger anorganischer Kreislauf [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Hierbei handelt es sich um geochemische Prozesse, die in einem Zeitraum von mehreren tausend bis Milliarden Jahren ablaufen konnen.

Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um Kohlenstoffflusse, die mit der Lithosphare im Zusammenhang stehen.

Die hierfur ablaufenden Prozesse sind Sedimentation , Diagenese , Gesteinsmetamorphose , Verwitterung und Vulkanismus . ^[34]

Mechanische Verwitterung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Durch thermische Spannungen (Beispiel Frostsprengung ), Druck (Beispiel Gletscher ) sowie durch Wind- und Wassererosion konnen große Gesteinsblocke in immer kleinere Portionen zerteilt werden. Durch Fließgewasser wird dieses zerkleinerte Material verfrachtet und in den Mundungsgebieten wieder abgelagert. Diese Sedimente konnen wieder durch Subduktion der Metamorphose unterworfen werden.

Chemische Verwitterung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Verwitterung von Kalk- und Silikatgestein entzieht durch Vermittlung von Wasser der Atmosphare CO ₂ . Das dabei entstehende Hydrogencarbonat ist loslich und verbleibt in der Hydrosphare.

• Calcitverwitterung: (Siehe auch: Karst , Doline , Hohle )

${\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}+H_{2}O+CO_{2}\longrightarrow Ca(HCO_{3})_{2}} }$

• Dolomitverwitterung:

${\displaystyle \mathrm {CaMg(CO_{3})_{2}+2\ H_{2}O+2\ CO_{2}\longrightarrow Ca(HCO_{3})_{2}+Mg(HCO_{3})_{2}} }$

• Silikatverwitterung:

${\displaystyle \mathrm {CaSiO_{3}+H_{2}O+2\ CO_{2}\longrightarrow Ca(HCO_{3})_{2}+SiO_{2}} }$

Durch Subduktion gelangt SiO ₂ (Quarzsand) und CaCO ₃ (Kalk) unter die Erdkruste. Dort werden sie durch die Hitze verschmolzen und reagieren zu Silikat und CO ₂ welche dann wiederum durch Vulkane an die Erdoberflache gelangen. Dieser Kreislauf wird Carbonat-Silicat-Zyklus genannt. Es wird mehr CO ₂ gebunden, als ausgestoßen wird, so dass der CO ₂ -Gehalt der Atmosphare vermindert wird.

Erfolgt die Verwitterung von Kalkgestein durch andere Sauren, zum Beispiel Schwefelsaure , die aus von Vulkanen abgegebenem Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid durch Oxidation und Reaktion mit Wasser entstehen kann, wird CO ₂ an die Atmosphare abgegeben:

Ausfallung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Aus einer gesattigten Calciumhydrogencarbonat-Losung wird durch Erhohung des pH-Werts Calcit ausgefallt, wobei CO ₂ frei wird:

Diese Reaktion wird insbesondere durch eine Erhohung des pH-Werts (basisch) infolge CO ₂ -Verbrauchs ( autotrophe Organismen) und durch hohe Wasserverdunstung verstarkt. (Siehe auch: Stalaktit , Stalagmit , Sinterterrasse )

Organismen wie Muscheln , Schnecken und Einzeller fuhren ebenfalls eine Calcitausfallung durch, um damit Skelette , Gehause und Schalen aufzubauen. Besondere Bedeutung haben dabei marine Kleinorganismen ( Foraminiferen und Coccolithophoriden ), deren Außenskelette nach Absterben der Organismen sedimentieren und so Kalksedimente bilden, und Korallen , die Korallenstocke aus Calciumcarbonat aufbauen. Uber Korallenriffen ist die CO ₂ -Konzentration deutlich erhoht. Alle Riffe der Erde (285.000 km²) fallen Schatzungen zufolge 0,64 Gt Calciumcarbonat pro Jahr aus. Dabei werden uber 0,28 Gt CO ₂ freigesetzt. Davon wird allerdings nur ein Teil an die Atmosphare abgegeben (siehe dazu auch: Klimageschichte ).

Der Kreislauf wird auf zwei Wegen wieder geschlossen:

1. Durch Metamorphose (siehe oben) wird wieder CO ₂ an die Atmosphare abgegeben und
2. durch tektonische Veranderungen werden Korallenstocke, Sedimentgesteine und Silicatgesteine an die Oberflache verfrachtet und damit der Verwitterung ausgesetzt.

Langfristiger anorganischer C-Kreislauf	Laufende Nummer	Vorgang	Flussraten in Gt C je Jahr [12]
	1	Diffusion CO 2 Atmosphare → Hydrosphare	90
	2	Diffusion CO 2 Hydrosphare → Atmosphare	91,7
	3	Ausfallung von Calcit	nicht bekannt
	4	Verwitterung von Calcit	0,2
	5	Verwitterung von Calcit und Silicat, dafur benotigtes CO 2	0,2
	6	Gesteinsmetamorphose	0,2
	7	Vulkanismus	0,1
	8	Verwitterung von Silicat	nicht bekannt

Kurzfristiger anorganischer Kreislauf [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Nach einer Studie um Li Yu von der Lanzhou University kommt es in endorheischen Becken (stehende Gewasser ohne Ablauf) mit hoher Verdunstungsrate zur Abscheidung von anorganischem Kohlenstoff. Beispiele fur solche endorheische Becken sind der Aralsee oder das Okavangodelta . Yu schatzt, dass auf diese Weise jahrlich und weltweit ca. 0,152 Gt Kohlenstoff in der Lithosphare festgelegt werden. ^{[35] [36]}

Ein weiterer schnell ablaufender Prozess der Bildung von Karbonatgesteinen ist das Entstehen von Beachrock an tropischen Meereskusten. Unter geeigneten Bedingungen kommt es innerhalb von Jahren oder sogar Monaten zur Gesteinsbildung mit Festlegung von Kohlenstoff. ^{[37] [38]}

Langfristiger organischer Kreislauf [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Hierbei handelt es sich um rasch ablaufende biochemische Prozesse , auf die langfristige geologische Prozesse folgen. Dabei wird sedimentiertes, organisches Material unter anoxischen Bedingungen nicht mehr vollstandig abgebaut. Nur ein geringer Teil wird durch anaerobe Bakterien in CO ₂ verwandelt. Durch Uberschichtung mit weiteren Sedimentdecken und Absinken in großere Tiefen steigen Druck und Temperatur . Dadurch werden die organischen Biomolekule unter Luftabschluss in Kerogen (u. a.: Kohlenwasserstoffe ) oder Kohlenstoff ( Kohle ) umgewandelt.

• Erdol: Aus dem Kerogen der Gesteine (Erdolmuttergesteine) kann durch weitere Umwandlung Erdol entstehen. Durch Wanderung (?Migration“) entstehen daraus Erdollagerstatten. Die altesten Erdollagerstatten sind vermutlich 3 Milliarden Jahre alt. Hauptentstehungszeit des Erdols war vor 500 bis 1000 Millionen Jahren. Es entstand in lagunenartigen, warmen Flachmeeren aus herabsinkenden toten Pflanzen und Tieren. Durch Risse und Spalten im Gestein konnen die gasformigen Kohlenwasserstoffe, vor allem Methan (CH ₄ ), an die Erdoberflache treten. Im Meer konnen Bakterien dieses Gas als Energiequelle nutzen, indem sie es zu CO ₂ oxidieren:

An die Oberflache tretendes Erdol verliert die leicht fluchtigen Verbindungen und verfestigt zu zahflussigem Asphalt , Erdpech oder Erdwachs (siehe: Asphaltsee ).

• Kohle: Kohlelagerstatten entstanden aus den Waldmooren der Karbonzeit vor etwa 359 bis 299 Millionen Jahren. Wenn Kohle durch tektonische Vorgange an die Erdoberflache verfrachtet wird, konnen Bakterien sie zu CO ₂ oxidieren.

Langfristiger organischer C-Kreislauf	Laufende Nummer	Vorgang	Flussraten in Gt C je Jahr [39]
	1	Photosynthese - Bildung organischen Materials	120
	2	Sedimentation organischen Materials	60
	3	Diagenese - Umwandlung organischen Materials in fossilen C	nicht bekannt
	4	Ausgasung von Methan ( Erdgas ), Bildung von Methanhydrat
	5	Ausgasung von CO 2
	6	Ausgasung von Methan aus Methanhydrat
	7	Summe aus 4+5+6	60

Kurzfristiger organischer Kreislauf [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Hierbei handelt es sich um biochemische Prozesse der Assimilation und Dissimilation . Kurzfristig bedeutet dabei etwa die Lebensspanne eines Menschen. Die Prozesse konnen rasch ablaufen und jahreszeitlichen Schwankungen unterliegen. So steigt wahrend des Winters auf der Nordhalbkugel der CO ₂ -Gehalt der Atmosphare an, weil die Pflanzen wegen des geringeren Lichteinfalls und der niedrigeren Temperaturen weniger Photosynthese betreiben. ^[40]

• Durch die Photosynthese von Pflanzen, Algen ( Phytoplankton ) ^{[41] [42]} und Bakterien werden aus CO ₂ mithilfe der Lichtenergie organische Stoffe (C _org ) hergestellt.
• Durch die Zellatmung wird aus diesen Stoffen Kohlenstoff mithilfe von Sauerstoff wieder zu CO ₂ oxidiert. Viele Organismen betreiben unter Sauerstoffmangel Garung, wobei die organischen Stoffe unvollstandig zu anderen organischen Stoffen wie Methan abgebaut werden und teilweise zu CO ₂ umgesetzt ( mineralisiert ) werden.

Kurzfristiger organischer C-Kreislauf	Laufende Nummer	Vorgang	Flussraten in Gt C je Jahr [43] [44]
	1	Pflanzen an Land bilden C org durch Photosynthese aus CO 2	120
	1	Pflanzen im Wasser bilden C org durch Photosynthese aus CO 2	50
	2	Pflanzen und Tiere an Land atmen CO 2 aus, die Korper werden mit Sauerstoff zu CO 2 abgebaut	60
	2	Pflanzen und Tiere im Wasser atmen CO 2 aus	40
	3	Tiere fressen Pflanzen	nicht bekannt
	4	C org wird im Boden unter Sauerstoffausschluss zu fossilem C	nicht bekannt
	5	Abgestorbene Tiere u. Pflanzen sinken in die Tiefsee und werden langfristig zu Kalksedimenten o. Erdol	10
	6	Gasaustausch zwischen Ozean u. Atmosphare	ca. 91

Eingriffe des Menschen in den Kohlenstoffkreislauf [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Erhohung der Kohlenstoffdioxid-Konzentration der Atmosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Historische Betrachtung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Wahrend des Palaozanen-Eozanen Temperaturmaximums vor 56 Millionen Jahren, kam es durch Vulkanismus zu atmospharischen CO ₂ -Konzentrationen von uber 2000 ppm. Innerhalb einiger tausend Jahre erhohte sich die Durchschnittstemperatur der Atmosphare um 5 Grad. ^[45] Aus der Analyse von Bohrungen im antarktischen Eis ergibt sich jedoch, dass die globale Kohlenstoffdioxid-Volumenkonzentration der Atmosphare mindestens in den letzten 650.000 Jahren nie 300 ppm uberschritten hat. ^[46] Wahrend der Eiszeiten war sie mit 180 ppm niedriger als wahrend der Warmzeiten . Seit Beginn der Industrialisierung stieg die Konzentration stark. Etwa ein Drittel des atmospharischen CO ₂ -Anstiegs der letzten 150 Jahre ist auf Entwaldung zuruckzufuhren. ^[47] Die blaue Kurve in der Grafik rechts ergibt sich aus kontinuierlichen Messungen der Global-Atmosphere-Watch -Station (GAW-Station) Mauna Loa auf Hawaii seit 1958. Sie wird Keeling-Kurve genannt. Aus diesen Messungen ergeben sich jahrliche Anstiege des CO ₂ -Gehalts der Atmosphare entsprechend mehreren Gigatonnen Kohlenstoff (Gt C). Die im Folgenden aufgefuhrten anthropogenen Emissionen sind insgesamt etwas mehr als doppelt so hoch. Ein Teil wird von den durch CO ₂ versauernden Ozeanen aufgenommen, ein Teil von durch CO ₂ uppiger wachsenden Landpflanzen.

Aktuelle Entwicklung und Quellen der Treibhausgasemission [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Eine Ubersicht uber die Quellen der Treibhausgas (THG)?Emission findet sich im

Seit Beginn des 21. Jahrhunderts wuchs der globale Ausstoß von CO ₂ kontinuierlich im Vergleich zu den 30 zuruckliegenden Jahren. Hauptverursacher waren die Lander China und Indien . Von 2017 auf 2019 stieg die globale, vom Menschen verursachte CO ₂ -Emission um 1,9 % auf 37,9 GtCO ₂ . An den gesamten THG?Emissionen hat CO ₂ den großten Anteil. Daneben spielen Methan , Lachgas und die halogenierten Kohlenwasserstoffe eine wichtige Rolle. ^{[48] [49]} Die THG-Emissionen erhohten sich in der Zeit von 1990 bis 2015 von 32,8 auf 49,1 Gt CO ₂ -Aquivalente pro Jahr. Die THG-Emission pro Person wuchs global von 5,7 t CO ₂ -Aquivalente pro Person und Jahr in 2000 auf 6,7 t CO ₂ -Aquivalente pro Person und Jahr. In Deutschland ging die CO ₂ -Emission von 2017 auf 2018 um 4,5 % zuruck. ^[50]

Folgen der Eingriffe des Menschen in den Kohlenstoffkreislauf [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Erhohung der Durchschnittstemperaturen in der Atmosphare [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Im Bereich der Naturwissenschaften besteht weitgehender Konsens, dass der derzeitige Anstieg der Durchschnittstemperaturen auf die direkte oder indirekte menschengemachte Emission von kohlenstoffhaltigen Treibhausgasen zuruckzufuhren ist. ^[51] Indirekt gelangte CO ₂ durch die Entwaldung der letzten 150 Jahre in die Atmosphare. Sie ist zu einem Drittel an der globalen Erwarmung beteiligt. ^[47] Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe gelangt Kohlenstoff direkt in Form von CO ₂ in die Erdatmosphare. Insgesamt ?produzierte“ die Menschheit an der Schwelle zum 21. Jahrhundert etwa 8,7 Gt C je Jahr. ^[52] Das labile Gleichgewicht wird gestort. Die Folge ist die globale Erwarmung , wozu maßgeblich der wachsende Anteil des Treibhausgases CO ₂ in der Erdatmosphare beitragt.

Auswirkungen auf die Photosynthese [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Fur die Photosynthese der Landpflanzen ware eine Kohlenstoffdioxid-Volumenkonzentration in der Atmosphare von 1000 ppm optimal (derzeit 400ppm siehe 2.1). Von daher ware eine Steigerung der Photosyntheserate bei steigenden CO ₂ -Gehalten der Atmosphare vorstellbar. Diese fallt allerdings unterschiedlich aus. Die verschiedenen Pflanzenarten konnen im Wesentlichen in zwei Gruppen des Fotosythesestoffwechsels gegliedert werden: Die C3-Pflanzen und die C4-Pflanzen . Zu den ersteren gehoren Kulturarten wie Weizen , Reis , Zuckerrube und Kartoffel . Sie profitieren deutlich von einer Kohlendioxiddungung . Bei C4-Pflanzen ( Amaranth , Mais , Zuckerrohr ) ist dies kaum der Fall. Die C3-Pflanzen haben jedoch das Problem, dass das fur die Carboxylierung verantwortliche Enzym ( RuBisCO ) temperaturabhangig reagiert. Infolge ansteigender Temperaturen verringert sich die Carboxylierungsrate der Rubisco.

Neben der Anderung der Kohlenstoffdioxid-Konzentration in der Atmosphare und den steigenden Temperaturen mussen die Landpflanzen auch mit mehr Trockenstress zurechtkommen. ^[53]

Betrachtet man die Photosynthese der marinen Okosysteme, so steht zu befurchten, dass deren Leistung zuruckgeht. Ursachen sind die Erhohung der Wassertemperaturen und das Absinken des pH-Wertes. Phytoplankton produziert weniger Material und reduziert die Wirkung der biologischen Kohlenstoffpumpe. ^[54]

Versauerung der Meere [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Die Erhohung der Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphare fuhrt zu einer vermehrten Losung von CO ₂ im Meerwasser. Durch die Bildung von Kohlensaure wird der pH-Wert des Wassers erniedrigt ( saurer ). In den letzten 200 Jahren ist ungefahr die Halfte des durch Verbrennung von fossilem Kohlenstoff freigesetzten Kohlendioxids (525 Gt CO ₂ ) von den Meeren aufgenommen worden. Der pH-Wert ist dabei um 0,1 gefallen. Eine zunehmende Versauerung der Ozeane bedroht eine Vielzahl von Meeresorganismen ? angefangen von mikroskopischen Algen uber Muscheln bis hin zu den Korallenriffen. ^[31] Kalkbildende Arten, besonders jene, die die Kalkart Aragonit produzieren, werden durch die Versauerung gefahrdet. Aragonit lost sich besonders leicht in saurem Wasser. Die Versauerung konnte den Kohlenstofftransport von den oberen Schichten in die Tiefsee vermindern. Die Versauerung konnte sich zu einem der Kippelemente im Erdklimasystem entwickeln. ^[55]

Schatzungen zu neuen moglichen Kohlenstoff-Senken [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Technische Losungen [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Unter dem Begriff Climate Engineering werden willkurliche Eingriffe in das Erdsystem zusammengefasst, die das Ziel haben, die Durchschnittstemperaturen zu senken.

Soweit diese den Kohlenstoffkreislauf betreffen, spricht man auch von Negativen Emissionstechnologien.

Diese verfolgen alle das Ziel, Kohlendioxid langfristig dem Kreislauf zu entziehen. Beispiele sind Dungung der Ozeane mit Eisen zur Steigerung der CO ₂ ?Aufnahme, Versenkung von CO ₂ in der Tiefsee oder Deponierung in Lagerstatten an Land ( C arbon dioxide C apture and S torage CCS).

Der Weltklimarat sieht fur diese Techniken noch weiteren Forschungsbedarf. ^[56]

Aufforstung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Aufforstung kann eine wirksame Maßnahme sein, um dem Anstieg des CO ₂  Gehalts der Atmosphare entgegenzuwirken. Bislang ging man davon aus, die negativen Auswirkungen von vorausgegangener Entwaldung umkehren zu konnen. Modellierungen zeigen allerdings, dass der Effekt noch hoher ist. Hohere Temperatur und CO ₂  Gehalt starken das Potential zur Kohlenstoffspeicherung durch Wiederaufforstung. ^[47]

Entscheidend wird sein, wann bei einer forstlichen Neuanlage die Kohlenstoffspeicherung mengenmaßig einsetzt. Einen starken Einfluss auf die Kohlenstoffspeicherung einer Aufforstungsflache haben Faktoren wie Sonneneinstrahlung und Feuchte. Die Strahlungsintensitat wird vor allem durch den Breitengrad bestimmt, auf dem die Flache liegt. So kann man in den ersten 20 Jahren in borealen Zonen Kohlenstoffspeicherleistungen von 0,6 bis 1,4 Tonnen Kohlenstoff pro Jahr und Hektar erwarten. In den gemaßigten Zonen sind es 0,4 bis 8,6 tC/a*ha und in den Tropen 2,1 bis 27 tC/a*ha. Fur Deutschland ist ein Wert von 2,8 tC/a*ha fur 20-jahrige Kulturen anzunehmen. Uber alle Baumarten gemittelt steigt die Speicherleistung nach Untersuchungen des Karl-Gayer-Instituts bis zum Alter von 60 Jahren in Deutschland auf ein Maximum von 6,4tC/a*ha. Bei alteren Baumen sinkt sie wieder. Generell ist festzustellen, dass die Kohlenstoffspeicherleistung von Aufforstungsflachen sehr stark von den Rahmenbedingungen abhangt und erheblichen Schwankungen unterworfen ist. Besonders bei vorheriger Nutzung der Flache als Grunland ist mit starken Kohlenstoffverlusten im Boden nach der Aufforstung zu rechnen. Ein entsprechendes Beispiel in Kanada ergab eine negative C-Gesamtbilanz der ersten 20 Jahre. ^[57] Nach Angaben der Bayerischen Landesanstalt fur Wald und Forstwirtschaft (LWF) steigt die Fahigkeit der Baume Kohlenstoff zu binden mit dem Alter kontinuierlich immer weiter an. Diese Erkenntnis gilt fur alle untersuchten Baumarten. Bei der Betrachtung der Einzelbaume hatten diejenigen mit dem großten Stammdurchmesser die hochste C-Speicherleistung. Bei der Betrachtung von Bestanden waren es diejenigen mit dem großten Holzvorrat. ^[58]

Nachhaltige Wald- und Holznutzung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Schließt man sich dem Standpunkt der Bayerischen Landesanstalt fur Wald und Forstwirtschaft an und geht davon aus, dass die Fahigkeit der Baume, Kohlenstoff zu speichern, mit dem Alter bestandig zunimmt, dann ware es aus Sicht des Klimaschutzes am besten, man wurde sie gar nicht bewirtschaften. Sie wurden dann stetig weiter der Atmosphare Kohlenstoff entziehen und fur Jahrhunderte festlegen. ^[58]

Diese isolierte Betrachtung ist allerdings ein fiktives Szenario. Nachfrage an Holzprodukten besteht weiterhin. Sie wurde schnell aus nicht nachhaltig bewirtschafteten Waldern gedeckt werden oder man wurde auf andere, weniger umweltfreundliche Materialien ausweichen.

Die Bewirtschaftung des Waldes mit dem Ziel der Erzeugung langlebiger Holzprodukte (Bauholz, Mobel) gilt daher als umweltfreundlich.

Dies gilt insbesondere im Falle einer sogenannten Kaskadennutzung, also einer mehrfachen Nutzung uber einen moglichst langen Zeitraum. Nach einem oder mehrmaligem Recycling stunde am Ende der Kaskade dann die energetische Nutzung. ^[59]

Die Nutzung von Holz fur Papier und Zellstoff entspricht nicht diesen Kriterien. Jahrlich werden in Deutschland 9,3 Millionen m³ Holz fur die Papier- und Zellstoffindustrie verbraucht. Dies deckt aber nicht den Bedarf. Zusatzlich wird Zellstoff aus China und Sudamerika importiert. Der Papier- und Zellstoffverbrauch pro Person und Jahr in Deutschland liegt bei 100 kg. ^[59] Brasilien ist fur Deutschland das bedeutendste Importland mit 850.000 Tonnen Zellstoff in 2009. Dort wachst ein Eukalyptus in Monokultur in 8 Jahren zur Hiebreife . ^[60]

Die Beurteilung der Frage, ob eine energetische Nutzung von Holz nachhaltig und aus dem Aspekt des Klimaschutzes sinnvoll ist, hangt sehr stark von den Rahmenbedingungen ab. Fur den Fall, dass das Material aus Durchforstungen oder Ernteruckstanden besteht, so trifft das sicher zu. Die Herstellung von Brennmaterial aus Rundholz ist eher nicht sinnvoll. ^[59]

Neben den Zielen der Biodiversitat , des Schutzes von Boden und Wasser , neben sozialen und wirtschaftlichen Funktionen hat die europaische Forstpolitik das Ziel der Kohlenstoffspeicherung als vorrangig fur den Waldbau erkannt. ^[61]

Nachhaltige Landwirtschaft [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Der Boden (Pedosphare) ist ein großer Kohlenstoffspeicher. Durch verschiedene Prozesse in der Landwirtschaft wurde in der Vergangenheit dem Boden Kohlenstoff entzogen und in die Atmosphare entlassen. Die problematischsten Vorgange waren Entwaldung , Trockenlegung , Mineraldungung , Kalkung , Bodenerosion , Umwandlung von Grunland in Ackerland . Der Boden hat durchaus das Potential, wieder Kohlenstoff aufzunehmen und langfristig zu halten. Hierzu mussen die Bewirtschaftungsmethoden geandert und angepasst werden. Neben der Korrektur der traditionellen Bewirtschaftungsweise konnen Einbringung von organischem Material ( Grundungung , Mist , Erntereste), schonende Bodenbearbeitung ( Grubbern statt Pflugen ), Verzicht auf Bodenbearbeitung in Trockenphasen und kontinuierliche Bodenbedeckung hilfreich sein. Empfohlen wird auch die Verwendung mehrjahriger Kulturen und die Anlage von Hecken und Feldgeholzen. ^{[62] [63]} Unter dem Stichwort Carbon Farming wird gepruft, ob der Aufbau des Kohlenstoffgehalts landwirtschaftlicher Boden quantifiziert und finanziell honoriert werden kann. ^[64]

Siehe auch [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

• CO ₂ -Bilanz
• Wald der deutschen Lander

Literatur [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

• Der globale Kohlenstoffkreislauf . In: Deutscher Wetterdienst (Hrsg.): promet . Nr.   105 , 2022 ( dwd.de [PDF] open access).  
• Beth N. Orcutt, Isabelle Daniel, Rajdeep Dasgupta (Hrsg.): Deep Carbon ? Past to Present . Oxford University Press, 2019, ISBN 978-1-108-67795-0 , doi : 10.1017/9781108677950 (Open Access, mit einem Schwerpunkt auf der Lithosphare und die geologische Tiefenzeit, fasst die Ergebnisse des Deep Carbon Observatory zusammen).  
• David Archer : The Global Carbon Cycle (=  Princeton Primers in Climate ). Princeton University Press, 2011, ISBN 978-0-691-14413-9 (Einfuhrung).  
• Praxis der Naturwissenschaften . In: Biologie in der Schule . Heft 3/53, 15. April 2004. Aulis Verlag Deubner, Koln Leipzig.

Weblinks [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

• Literatur von und uber Kohlenstoffzyklus im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Klimaerwarmung: Der Ozean und seine Geheimnisse ? Magazin fur europaische Forschung, #48, Februar 2006
• Video- und Multimedia-DVD im Ausleihbestand des Landesmedienzentrums Baden-Wurttemberg
• Informationen zur Video- und Multimedia-DVD auf der Seite des Produzenten

Einzelnachweise [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

1. ↑ Der IPCC versteht in seinem funften Sachstandsbericht unter einem Reservoir nur Hydro-, Litho-, Bio- und Pedosphare, nicht jedoch die Atmosphare; mit einem Pool kann jede der funf Spharen gemeint sein (siehe IPCC AR5, WG III, Annex 1, Glossary).
2. ↑ ^{a b} Glossary . In: J. M. Allwood u. a. (Hrsg.): Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change . 2014 ( ipcc.ch [PDF]).  
3. ↑ Manchmal wird der Kohlenstoffvorrat auch Kohlenstoffpool genannt, siehe z. B. Bettina Holl: Die Rolle des Porenraums im Kohlenstoffhaushalt anthropogen beeinflusster Niedermoore des Donauried . 2007, Figure 2-1 ( uni-hohenheim.de [PDF; 891   kB ]).  
4. ↑ ^{a b c d} Martin Kappas: Klimatologie: Klimaforschung im 21. Jahrhundert ? Herausforderung fur Natur- und Sozialwissenschaften . Springer, 2009, ISBN 978-3-8274-1827-2 , S.   158–159 , doi : 10.1007/978-3-8274-2242-2 .  
5. ↑ Matthias Schaefer: Bilanz . In: Worterbuch Okologie . Spektrum Akademischer Verlag, September 2011.  
6. ↑ carbon budget. In: Meteorology Glossary. American Meteorological Society, abgerufen am 7. September 2016 .  
7. ↑ Siehe zum Beispiel sink. In: Meteorology Glossary. American Meteorological Society, abgerufen am 7. September 2016 .  
8. ↑ Gruber, N., D. Clement, B. R. Carter, R. A. Feely, S. van Heuven, M. Hoppema, M. Ishii, R. M. Key, A. Kozyr, S. K. Lauvset, C. Lo Monaco, J. T. Mathis, A. Murata, A. Olsen, F. F. Perez, C. L. Sabine, T. Tanhua, and R. Wanninkhof: Der Ozean als Senke fur menschgemachtes Kohlendioxid. GEOMAR Helmholtz-Zentrum fur Ozeanforschung Kiel, 2019, abgerufen am 19. Januar 2022 .  
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10. ↑ Moore mindern CO2. Presse- und Informationsamt der Bundesregierung, 14. August 2014, abgerufen am 19. Januar 2022 .  
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22. ↑ Markus Reichenstein: Universell und Uberall. Der terrestrische Kohlenstoffkreislauf im Klimasystem. In: Jochem Marotzke , Martin Stratmann (Hrsg.): Die Zukunft des Klimas. Neue Erkenntnisse, neue Herausforderungen. Ein Report der Max-Planck-Gesellschaft. Beck, Munchen 2015, ISBN 978-3-406-66968-2 , S. 123?136, insb. S. 125?129.
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24. ↑ Klimakrise: Warum auch deutsche Acker und Garten zum Problem werden konnten. Der Spiegel, 2. November 2020, abgerufen am 3. November 2020 .  
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28. ↑ Winzig, aber wichtig! Geomar, 6. April 2009, abgerufen am 9. April 2022 .  
29. ↑ Ori Schipper: Einblick in die biologische Kohlenstoffpumpe im Meer. In: ETH Zurich . 23. September 2021, abgerufen am 4. Oktober 2021 .  
30. ↑ Im Meer schneit es Plastik. Geomar, 7. Oktober 2020, abgerufen am 9. April 2022 .  
31. ↑ ^{a b} Carbon Cycling and Biosequestration. (PDF, 15,8 MB) In: Report from the March 2008 Workshop. Genomic Science Program, Dezember 2008, S. 90 , abgerufen am 9. April 2022 (englisch).  
32. ↑ Marine Senke fur menschgemachtes CO2 bestimmt. ETH Zurich, abgerufen am 17. April 2022 .  
33. ↑ Martin Kappas: Klimatologie: Klimaforschung im 21. Jahrhundert ? Herausforderung fur Natur- und Sozialwissenschaften . Springer, 2009, ISBN 978-3-8274-1827-2 , S.   307 , doi : 10.1007/978-3-8274-2242-2 .  
34. ↑ Eckhard R. Lucius, Horst Bayrhuber, Kristin Hildebrandt, Karin Lochte, Rolf Peinert, Christiane Queisser, Ilka Parchmann, Kirsten Schluter und Karl-Heinz Starke: Der Kohlenstoffkreislauf. (PDF, 9,9 MB) Leibniz-Institut fur die Padagogik der Naturwissenschaften an der Universitat Kiel,, 2005, S. 12-14 , abgerufen am 17. April 2022 .  
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60. ↑ Zellstoff und Papier kommt zunehmend aus dem Suden. papierwende.de, abgerufen am 12. April 2022 .  
61. ↑ Sustainable Forest Management. FOREST EUROPE, abgerufen am 12. April 2022 (englisch).  
62. ↑ Der große Kohlenspeicher. Heinrich-Boll-Stiftung, 8. Januar 2015, abgerufen am 3. April 2022 .  
63. ↑ Thunen-Institut fur Agrarklimaschutz: Heinz Flessa, Axel Don, Anna Jacobs, Rene Dechow, Barbel Tiemeyer, Christopher Poeplau: Humus in landwirtschaftlich genutzten Boden Deutschlands. (PDF, 11,0 MB) Bundesministerium fur Ernahrung und Landwirtschaft (BMEL), August 2019, abgerufen am 4. April 2022 .  
64. ↑ Kohlenstoffspeicher Boden - Geschaftsmodelle fur den Klimaschutz. Johann Heinrich von Thunen-Institut, abgerufen am 4. April 2022 .