Obieg węgla w przyrodzie

Kohlenstoff ist eines der grundlegenden Elemente in lebenden Organismen und macht etwa 18% des menschlichen Körpers aus. Kohlenstoff ist unter anderem für die Existenz von Zytoplasmamembranen und Zellen unerlässlich und bildet auch die Basis der DNA. Doch der Kohlenstoffkreislauf in der Natur umfasst mehr als nur den Menschen. Kohlenstoff tritt in der Luft hauptsächlich in Form von Kohlendioxid (CO2) auf, einem Gas, das sich in Wasser löst und mit Wassermolekülen reagiert, um Bicarbonat—HCO3 zu bilden. Durch den Prozess der Fotosynthese wandeln Landpflanzen, Bakterien und Algen Kohlendioxid oder Bicarbonat in organische Moleküle um, die dann durch Nahrungsketten weiterwandern. Letztendlich werden Kohlenstoffatome während der Atmung in die Atmosphäre freigesetzt.

Neben dem Austausch von Kohlenstoff zwischen lebenden Organismen im sogenannten kurzen Zyklus (Periode) gibt es auch langfristige geologische Prozesse (langer Zyklus/Periode). Dies betrifft vor allem die Bildung von Sedimentgesteinen und fossilen Brennstoffen. Obwohl der kurze und der lange Zyklus separat analysiert werden, sind sie miteinander verbunden. Beispielsweise sind dieselben Quellen von atmosphärischem und ozeanischem Kohlendioxid (CO2), die von Organismen genutzt werden, auch an geologischen Prozessen beteiligt. Der geologische Kohlenstoffzyklus dauert wesentlich länger als der biologische Zyklus und wird in Millionen von Jahren gemessen. Kohlenstoff wird lange Zeit unter anderem in der Atmosphäre, in Wasserspeichern—hauptsächlich in Ozeanen—in ozeanischen Sedimenten, im Boden, in Gesteinen, fossilen Brennstoffen und im Inneren der Erde gespeichert. Sinkende Überreste von Organismen bilden Sedimente auf dem Meeresboden. Mit der Zeit verwandelt sich dieses Sediment in Kalkstein, das größte Kohlenstoffreservoir der Erde. Bei Land wird Kohlenstoff, der aus dem Abbau von lebenden Organismen oder als anorganischer aus der Verwitterung von Gesteinen und Mineralien stammt, im Boden gespeichert. In größeren Tiefen unter der Erdoberfläche bilden sich fossile Brennstoffe wie Öl, Steinkohle und Erdgas als Ergebnis des Abbaus von Pflanzenresten unter anaeroben Bedingungen.

Die industrielle Revolution und die allgemeine Nutzung von fossilen Brennstoffen zur Befriedigung grundlegender Bedürfnisse wie Heizung und Verkehr bedeuten ihre Verbrennung, was zur Freisetzung sehr großer Mengen an Kohlendioxid in die Atmosphäre führt. Ein ähnlicher Prozess tritt bei Vulkanausbrüchen auf. Kohlensedimente vom Meeresboden gelangen durch Subduktion (Bewegung tektonischer Platten) tief in die Erde. In diesem Prozess wird Kohlendioxid als Ergebnis von Vulkanausbrüchen oder hydrothermalen Schloten in die Atmosphäre freigesetzt.

Fossile Brennstoffe gelten als nicht erneuerbare Energiequellen, da sie viel schneller verbraucht werden, als sie in geologischen Prozessen entstehen. Es ist auch bedeutend, dass der Mensch zur Störung des Kohlenstoffkreislaufs in der Natur beigetragen hat, was sich negativ auf den Klimawandel auswirkte – insbesondere auf die Erwärmung. Ebenso wichtig ist, dass die Freisetzung von CO2 in die Atmosphäre aufgrund menschlicher Aktivitäten nicht nur durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe, sondern auch durch Urbanisierungsprozesse, insbesondere durch die massenhafte Abholzung von Wäldern, erfolgt. Das Waldökosystem speichert Kohlenstoff, und jede Reduzierung davon führt dazu, dass der größte Teil des Kohlenstoffs als Kohlendioxid direkt in die Atmosphäre freigesetzt wird.

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