Kaum ein Element ist so vielseitig wie Carbon. Das Kohlenstoffatom hat vier Valenzelektronen, wodurch es mehr Verbindungen bilden kann als jedes andere Element, und diese Tatsache macht es für die Entwicklung lebender Organismen unverzichtbar. Dieses vielseitige und reichlich vorhandene Element durchläuft regelmäßig die Erdatmosphäre, Hydrosphäre, Geosphäre und Biosphäre, die im Wesentlichen eine Liste der Kohlenstoffspeicher umfassen.
Die Atmosphäre ist im Kohlenstoffkreislauf besonders wichtig, da sie ein Kohlendioxidspeicher ist. Kohlendioxid ist ein Gas, und photosynthetische Pflanzen in der Biosphäre, die ein weiteres wichtiges Reservoir im Kohlenstoffkreislauf darstellen, sind für die Atmung darauf angewiesen. Die Hydrosphäre, die alle Weltmeere umfasst, hat jedoch wohl einen größeren Einfluss, da Ozeane 70 Prozent der Erdoberfläche bedecken. Die Geosphäre ihrerseits bindet Kohlenstoff in feste Strukturen, die Jahrtausende überdauern und gibt ihn durch vulkanische Aktivität frei.
Definition des Kohlenstoffkreislaufs
Der Versuch zu bestimmen, wo der Kohlenstoffkreislauf beginnt, ist ein bisschen so, als würde man herausfinden, was zuerst da war, das Huhn oder das Ei, aber beginnen wir mit der Geosphäre. Kohlenstoff, der seit Jahrhunderten in Sedimentgesteinen eingeschlossen ist, wird von Vulkanen als Kohlendioxid in die Atmosphäre abgegeben. Einiges davon wird von Pflanzen zur Atmung verwendet und einiges löst sich in den Ozeanen auf. Einige kehren auch als Sedimente, die sich über Äonen durch Erosion und andere natürliche Prozesse gebildet haben, zur Erde zurück.
Lebewesen, die im Rahmen ihres Atmungsprozesses Kohlendioxid ausscheiden, tragen dazu bei, die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus wird der größte Teil – aber nicht alles – des im Meerwasser gelösten Kohlendioxids wieder in die Atmosphäre aufgenommen. Auf diese Weise kreist Kohlenstoff unaufhörlich durch die Ökosysteme der Erde.
Die Atmosphäre als Reservoir im Kohlenstoffkreislauf
Kohlendioxid macht nur etwa 0,04 Prozent der Gase in der Atmosphäre aus. In den letzten 800.000 Jahren blieb die Konzentration von Kohlendioxid unter 300 ppm. Sie begann jedoch während der industriellen Revolution zu steigen und ist in den letzten 50 Jahren um durchschnittlich 0,6 ppm pro Jahr gestiegen. Im Jahr 2018 meldeten die Wissenschaftler des Mauna Loa Observatory auf Hawaii eine Konzentration von 410,79 ppm (siehe Ressourcen). Wissenschaftler führen den Anstieg auf menschliche Aktivitäten zurück.
Der schnelle Anstieg stört den Kohlenstoffkreislauf. Ein Teil des überschüssigen Kohlendioxids wird in die Ozeane aufgenommen oder zur Atmung verwendet, aber das meiste davon verbleibt in der Atmosphäre, wo es sich mit anderen Spurengasen verbindet, um einen wärmenden Effekt auf die Planet. Es ist ein Treibhausgas, und der schnelle Anstieg seiner atmosphärischen Konzentration beunruhigt Wissenschaftler.
Die Ozeane sind ein weiteres wichtiges Kohlendioxidreservoir
Die Ozeane nehmen etwa 25 Prozent des atmosphärischen Kohlendioxids auf. Meeresbewohner sind in der Lage, es in Muscheln für ihren Körper umzuwandeln, die schließlich als Sediment auf den Meeresboden fallen. Darüber hinaus nutzen Algen und andere photosynthetische Meeresflora Kohlendioxid direkt zur Atmung.
Wenn sich Kohlendioxid in Meerwasser auflöst, entsteht Kohlensäure. Die steigenden Mengen an atmosphärischem Kohlendioxid führen somit zu einer entsprechenden Zunahme der Ozeanversauerung. Dies wirkt sich schädlich auf Meeresbewohner aus, da ihre Panzer dadurch schwächer und brüchiger werden. Schlimmer noch, die Ozeane werden irgendwann zu sauer, um noch mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufzunehmen. Das könnte den sich beschleunigenden Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxids auf Hochtouren bringen und einen kometenhaften Anstieg der Erdoberflächentemperatur verursachen.