Alle Elemente auf der Erde, einschließlich Kohlenstoff, bewegen sich in Kreisläufen als Teil eines geschlossenen Systems. Es gibt keinen Verlust oder Eintrag von Kohlenstoff aus dem Weltraum. Das Diagramm des Kohlenstoffkreislaufs zeigt verschiedene Schritte beim Recycling von Kohlenstoff im 21. Jahrhundert.
Das Diagramm
Das globale Kohlenstoffdiagramm der University of New Hamsphire zeigt Pools und Flüsse, die den Kohlenstoffkreislauf bilden. Kohlenstoffpools speichern große Mengen Kohlenstoff über lange Zeiträume und sind blau. Flüsse sind die Prozesse, die Kohlenstoff von einem Pool zum nächsten bewegen und sind rot dargestellt. Flussmittel bestehen aus zwei Teilen: einem, der Kohlenstoff aus der Luft entfernt, und einem, der den fixierten Kohlenstoff wieder als CO2 in die Atmosphäre abgibt.
Kohlenstoffpools
Die Menge an Kohlenstoff, die die Pools speichern, wird in Petagramm Kohlenstoff (PgC) angegeben. Ein Pg entspricht einer Milliarde Tonnen und wird auch Gigatonnen (Gt) genannt.
- Gesteine:Der größte Teil des Kohlenstoffs ist als Sedimentgestein gebunden.
- Meeresboden: Der zweitgrößte Kohlenstoffspeicher befindet sich unter den Ozeanen in Form von im Wasser gelöstem Kohlendioxid (CO2).
- Fossile Brennstoffe: Der drittgrößte Kohlenstoffspeicher sind die fossilen Brennstoffe wie Kohle, Braunkohle, Erdgas und Öl, die aus Überresten von Land- und Meerespflanzen entstehen und Tiere unter besonderer Temperatur und besonderem Druck.
- Meeresoberfläche: Kohlenstoff wird für kurze Zeit im Oberflächenwasser als CO2 gespeichert, das im Wasser oder in den Körpern lebender Meerespflanzen und -tiere gelöst ist.
- Terrestrische Pools: Der gesamte Kohlenstoff, der sich in Bäumen und Böden ansammelt, bildet einen weiteren kurzfristigen Pool und wird nach einigen Jahrzehnten oder Jahrhunderten freigesetzt, beispielsweise wenn Bäume gefällt werden oder sterben.
- Kohlendioxid: Kohlenstoff, der in der Luft in seiner gasförmigen Form, CO2, vorhanden ist, trägt dazu bei, die Erde warm zu h alten. Ohne dieses wäre das Leben, wie es existiert, auf der Erde nicht möglich. Es gibt eine ständige Zufuhr und Aufnahme aus diesem Kohlenstoffspeicher.
Kohlenstoffentfernung in Flussmitteln
Die Mengen an Kohlenstoff, die jedes Jahr bewegt werden, werden im Diagramm als PgC pro Jahr angezeigt. CO2 wird aus der Luft entfernt und durch schnelle tägliche Prozesse fixiert. Die Bildung organischer Stoffe und Kohlenstoffsenken erfolgt langsamer und erfordert Zeit.
- Photosynthese – Grüne Pflanzen nutzen CO2 zusammen mit Wasser und Energie von der Sonne in einem Prozess namens Photosynthese, um einfache Zucker und dann die Nährstoffe zu bilden, die Pflanzen brauchen.
- Ozeanaufnahme - Atmosphärisches CO2 wird auch in Ozeanen aufgenommen und für die Photosynthese verwendet. Phytoplankton ist hier das Äquivalent zu Pflanzen, von denen alles Leben in den Ozeanen abhängt. Darüber hinaus wird im Wasser gelöstes CO2 in Calciumcarbonat umgewandelt und in Muscheln und Skeletten von Meerestieren verwendet.
- Nahrungskette - Wenn Pflanzenfresser Pflanzen fressen oder Fleischfresser und Allesfresser andere Tiere fressen, wird dieser Kohlenstoff entlang der Nahrungskette weitergeleitet, um den Tieren zu helfen, zu wachsen, zu leben und sich zu vermehren.
- Zugabe von organischem Material und Abfall - Wenn Pflanzen und Tiere sterben, werden sie von Mikroben zersetzt, um Humus oder organisches Material zu bilden, das Teil des Bodens wird. Abfall, der jedes Jahr entsteht, wenn Bäume Zweige und Blätter abwerfen, und dem Boden ständig Kohlenstoff wieder zuführt. Dieser wird zum Teil für das Pflanzenwachstum verwendet und sorgt für die Zirkulation des Kohlenstoffs, während der Rest Bodenkohlenstoff bildet.
Bildung von Kohlenstoffpools
Die Menge des verwendeten CO2 und die Zeitspanne, in der es als fester Kohlenstoff gespeichert bleibt, variiert je nach Organismus und Prozess.
- Da Bäume langlebig sind und Kohlenstoff in ihrem Stamm, ihren Blättern und Wurzeln ansammeln, wirken sie als Kohlenstoffsenken.
- Böden reichern Kohlenstoff als organische Substanz und abgestorbene Wurzeln an, die noch lange nach dem Absterben einer Pflanze oder eines Baumes im Boden verbleiben; Es gibt enorme Mengen an Biomasse in Form der wachsenden lebenden Wurzeln von Bäumen und Grasland im Boden. Böden bilden eine weitere wichtige Kohlenstoffsenke.
- Einige Muscheln und Skelette von Meerestieren sammeln sich am Meeresgrund an und bilden Kalkstein.
Kohlenstoffsenken sind ein wichtiger Fluss oder Prozess, der letztendlich zu Kohlenstoffspeichern führt. Kurzfristig produzieren sie terrestrische Kohlenstoffspeicher und langfristig fossile Brennstoffe und Gesteine.
Fluss vom Land zum Ozean
Wenn Flüsse in die Ozeane münden, tragen sie Sedimente mit sich, die reich an organischer Substanz sind. Auch Sümpfe und Gezeitenüberschwemmungen transportieren jedes Jahr Kohlenstoff in Form von organischem Material in die Ozeane.
Natürliche Freisetzung von Kohlendioxid
Im natürlichen Kohlenstoffkreislauf wird Kohlenstoff hauptsächlich durch Atmung und Zersetzung wieder in die Atmosphäre freigesetzt.
- Pflanzenatmung - Die meisten Lebewesen, Mikroben, Pflanzen und Tiere an Land, atmen. Sie atmen Sauerstoff ein und CO2 aus, indem sie die aufgenommene Nahrung abbauen. Dies ist einer der kürzesten Kohlenstoffkreisläufe.
- Bodenzersetzung und Atmung - Die gesamte verrottende Materie an Land wird nicht in organische Substanz umgewandelt. Ein Teil des Kohlenstoffs wird als CO2 direkt in die Luft abgegeben. Auch die im Boden lebenden Mikroben und kleinen Amine setzen beim Atmen täglich CO2 frei.
- Ozeanverlust - Durch die Atmung und den Verfall von Meerespflanzen und -tieren wird auch CO2 in den Kohlenstoffspeicher der Atmosphäre freigesetzt.
- Vulkane - Eine kleine Menge Kohlenstoff wird durch vulkanische Aktivität in die Atmosphäre freigesetzt.
Menschliche Aktivitäten, die Kohlendioxid freisetzen
Zusätzlich zu den natürlichen Flüssen gibt es viele menschliche Aktivitäten, die festen Kohlenstoff als CO2 wieder in die Atmosphäre freisetzen.
- Verbrennung fossiler Brennstoffe- Die Verbrennung von Kohlenstoff speichert Holz, Kohle, Erdgas, Benzin für Strom, Heizung, Kochen oder Transport und ist eine der Hauptarten, auf denen Kohlenstoff freigesetzt wird wieder in die Luft. Viele der fossilen Brennstoffe werden auch für industrielle Zwecke genutzt und tragen zusätzlich CO2 in die Atmosphäre bei.
- Landnutzungsänderungen - Abholzung, Rodung von Grasland zur Schaffung von Siedlungen, landwirtschaftliche Betriebe, die natürliches Wachstum ersetzen, und der Einsatz von Maschinen, die zu Emissionen führen, haben langfristige Folgen. Es führt zur Zugabe von CO2 zum atmosphärischen Kohlenstoffspeicher.
Andere Perspektiven aus zusätzlichen Diagrammen
Es gibt viele Arten von Kohlenstoffkreislaufdiagrammen und sie liefern unterschiedliche Informationen über diesen lebenswichtigen Kreislauf.
- Einfacher Kreislauf: Das Diagramm von BBC zeigt einen einfachen Kohlenstoffkreislauf. So sah der Kohlenstoffkreislauf in vorindustriellen Zeiten aus, bis vor 150 Jahren, als die Bewegung von Kohlenstoffmengen kein Problem darstellte.
- Klimawandel: „The Carbon Cycle“der University of Calgary ist eine bildliche Analyse, wie moderne menschliche Aktivitäten das empfindliche Gleichgewicht im Kohlenstoffkreislauf verändert haben.
- Chemische Prozesse: Der Kohlenstoffkreislauf von Britannica konzentriert sich auf die verschiedenen chemischen Reaktionen, die Kohlenstoffflüsse und -speicher beeinflussen, und nicht auf die Mengen des Kohlenstoffrecyclings. Dieser Zyklus ist interessant für Menschen, die wissen möchten, in welchen verschiedenen Formen Kohlenstoff vorliegt und wie er sich verändert.
Kohlenstoffkreislauf nutzen
Der CO2-Geh alt in der Atmosphäre ist aufgrund menschlicher Aktivitäten in den letzten 150 Jahren um 30 % gestiegen. Da CO2 in der Luft eine Erwärmung verursacht, erhöht die Zugabe von mehr CO2 in die Atmosphäre auch dessen Erwärmungseffekt. Dies hat zur globalen Erwärmung und zum Klimawandel geführt. Das Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs und der Art und Weise, wie und wo menschliche Aktivitäten ihn verändern, kann dabei helfen, effiziente Wege und Methoden zur Bewältigung des Problems des Klimawandels zu finden.
