Der Kohlenstoffkreislauf

Die Grundlage aller organischen Materie auf der Erde ist Kohlenstoff, der durch das Ökosystem in zwei Hauptprozessen recycelt wird. In einem wird Kohlenstoff zwischen lebenden Organismen ausgetauscht, während er im zweiten über lange Zeiträume als versteinerte organische Überreste, Verwitterung von Gesteinen und vulkanische Aktivität zirkuliert. Menschliche Aktivitäten wie verstärkter landwirtschaftlicher Anbau und die Verbrennung fossiler Brennstoffe haben das Gleichgewicht des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs stark beeinflusst.

Biologischer Kohlenstoffkreislauf

Alle Lebewesen sind aus organischen Molekülen zusammengesetzt, die Atome des Elements Kohlenstoff enthalten. Kohlenstoff existiert in der Atmosphäre als Kohlenstoffdioxid-Gas, das mit Wasser zu Bikarbonat reagiert. Während der Fotosynthese wandeln die Primärproduzenten (oder Autotrophen) Kohlenstoffdioxid und Bikarbonat in organische kohlenstoffhaltige Verbindungen, wie z.B. Glukose, um Energie für Wachstum, Erhaltung und andere Prozesse zu erzeugen.

Heterotrophe erhalten organischen Kohlenstoff für Wachstum und Erhaltung durch den Verbrauch von Autotrophen. Durch den Prozess der Zellatmung werden diese organischen Moleküle aufgespalten, um die in ihnen gespeicherte Energie freizusetzen. Die Nebenprodukte dieses Prozesses sind Wasser und Kohlenstoffdioxid, das durch Atmung in die Atmosphäre freigesetzt wird und den Kreislauf fortsetzt.

Kohlenstoff kann auch als tierischer Abfall oder als verrottendes Material von toten Organismen in die Umwelt zurückkehren. Zersetzter, wie Bakterien und Pilze, bauen diese Materialien in Kohlenstoffdioxid und organische Verbindungen ab.

Langfristige geologische Kreisläufe

Kohlenstoff wird über längere Zeiträume in der Atmosphäre, in großen Gewässern, in Ozeansedimenten, im Boden, in versteinerten Tierresten und im Erdinneren gespeichert. Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre löst sich im Wasser des Ozeans und reagiert mit Wassermolekülen und wird in Karbonate umgewandelt. Zusammen mit Kalzium-Ionen bilden diese Karbonate die aus Kalziumkarbonat bestehenden Schalen vieler Meeresorganismen, wie z.B. Korallen und Austern. Wenn diese Organismen sterben, werden ihre Überreste abgebaut und können auf den Meeresboden sinken und allmählich Teil des Sediments werden. Dieses Sediment bildet schließlich Kalkstein, welcher das größte Kohlenstoffreservoir der Erde ist.

Große, langlebige Bäume können auch über Jahrhunderte hinweg Kohlenstoff in sich speichern. Als eine viel längerfristiges Kohlenstoffreservoirs speichern die Überreste von Organismen Kohlenstoff in Form von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdöl und Erdgas über Millionen von Jahren tief in der Erde. Der tief unter der Erdoberfläche gespeicherte Kohlenstoff kann bei Vulkanausbrüchen wieder an die Oberfläche und in die Atmosphäre zurückgelangen.

Menschliche Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf

Die Verbrennung von fossilen Brennstoffen und Holz setzt erhebliche Mengen an Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre frei und beeinflusst das globale Klima. Darüber hinaus beeinträchtigen die Abholzung der Wälder und die verstärkten landwirtschaftlichen Praktiken den natürlichen Kohlenstoffkreislauf, indem sie die Menge an organischer Substanz im Boden verringern, die Kohlenstoffspeicherung vermindern und den Gehalt an Treibhausgasen wie Methan in der Atmosphäre erhöhen.