Kohlenstoffkreislauf und Treibhauseffekt

Themen

Der Kohlenstoff befindet sich als CO₂ (Kohlenstoffdioxid) in einem Kreislauf. Über den Kohlenstoffkreislauf stehen alle Lebewesen mit dem CO₂ der Atmosphäre in Verbindung.

Das Element Kohlenstoff (C) befindet sich

• in der Luft (als CO₂)
• im Wasser der Meere (als CO₂ gelöst) 
• im Gestein der Erde (als Calciumcarbonat CaCO₃)
• in organischen Stoffen der Lebewesen (z.B. C in Eiweißen, Kohlenhydraten…)

Fachbegriffe für die verschiedenen Schichten der Erde

• die Atmosphäre: die Lufthülle der Erde 
• die Lithosphäre: die Gesteinshülle der Erde
• die Hydrosphäre: die Wasserhülle der Erde, also Meere, Seen, Flüsse
• die Pedosphäre: die Bodenhülle der Erde
• die Biosphäre: der Teil der Erde, in dem sich Lebewesen aufhalten

Weitere Fachbegriffe

• als Fossilierung bzw. Fossilisation bezeichnet man die Entstehung von Fossilien. Wenn ein Lebewesen stirbt, setzt normalerweise die Verwesung ein. Wenn der Organismus jedoch z.B. in Eis, Sand, Harz, oder im Schlamm eingeschlossen wird, wird die vollständige Zersetzung verhindert. Das tote Lebewesen  bleibt dann ganz oder teiweise erhalten.Wenn dies geschieht, spricht man von Fossilien.
• die Sedimente (Einzahl: das Sediment) sind Ablagerungen von Stoffen, die zu Boden sinken z.B. Schlamm
• als das Plankton bezeichnet man Kleinstlebewesen im Wasser. Phytoplankton besteht aus winzigen Pflanzen z.B. Algen. Tierische Kleinstlebewesen, z.B. winzige Krebse werden als Zooplankton bezeichnet. Hierzu gehört auch der Krill, von dem sich Wale ernähren.

Kohlenstoffkreislauf

Zwischen der Luft (Atmosphäre), dem Wasser (Hydrosphäre), den Lebewesen (Biosphäre) und dem Gestein (Lithosphäre) findet ein ständiger Austausch von Kohlenstoff statt.

Kohlenstoff ist überall. Er steckt in Pflanzenblättern, Plastiktüten, Papier, Öl usw. Er steckt tief in der Erde in Kohle- und Erdöl­, die über Millionen von Jahren entstanden sind und er befindet sich unsichtbar in der Atmosphäre in Form von CO₂. 

Kohlenstoff hat keinen festen Platz, er kreist. In einem ewigen Kreislauf werden der Kohlenstoff und seine chemischen Verbindungen aufgenommen, umgewandelt, abgegeben und wieder aufgenommen.

Kohlenstoffkreislauf
Attribution: derivative work: FischXCarbon_cycle-cute_diagram.svg: *derivative work: FischXCarbon_cycle-cute_diagram.jpeg: User Kevin Saff on en.wikipediaCarbon_cycle-cute_diagram.jpeg: User Kevin Saff on en.wikipedia / Public domain

Treibhauseffekt

Der unendliche Kreislauf des Kohlenstoffs beruht auf einem Gleichgewicht von Kohlenstoffaufnahme und Kohlenstoffabgabe. Jeder Teilnehmer des Kreislaufs gibt Kohlenstoff ab und nimmt welchen auf, ohne dass es dabei zu großen Änderungen der Verteilung des Kohlenstoffes kommt. Dieses stabile Gleichgewicht, das sich im Laufe der Erdentwicklung eingestellt hat, ist nun durch die Aktivitäten des Menschen in Gefahr.

Bedeutung für den Klimawandel

Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl und Erdgas) gelangt Kohlenstoff, der über Jahrtausende hinweg in der Erde gespeichert war, in Form von CO₂ in die Erdatmosphäre. Dieses CO₂ wurde durch die Fotosynthese der Pflanzen über Millionen Jahre der Atmosphäre entzogen. Die abgestorbenen Pflanzen wurden von Erdschichten überlagert und zu Kohle, Erdgas und Erdöl (fossile Brennstoffe) umgewandelt. Durch Verbrennung dieser fossilen Brennstoffe mit dem Sauerstoff der Luft wandelt der Mensch den Kohlenstoff wieder in CO₂ um. CO₂ ist aber ein Treibhausgas und damit wird der Treibhauseffekt verstärkt. Der Anteil von CO₂ in der Atmosphäre beträgt nur 0,035%. Trotzdem spielt dieses Gas für die Wärme auf der Erde eine sehr wichtige Rolle: die Erdoberfläche wird vom Sonnenlicht erwärmt. Die in das Weltall zurückgestrahlte Wärme wird durch Kohlenstoffdioxid (und Wasserdampf) zurückgehalten. Ohne diesen Effekt läge die Durchschnittstemperatur der Erde bei -18°C statt bei +15°C. Das ist der natürliche Treibhauseffekt. Man spricht von Treibhauseffekt, weil die Wärme wie in einem Treibhaus zurückgehalten wird.

Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe gelangen zusätzlich zu dem natürlichen Treibhauseffekt große Mengen an CO₂ und Wasserdampf in die Atmosphäre. Hinzu kommt, dass nicht nur Kohlenstoffdioxid als Treibhausgas wirkt. Auch Methan (CH₄) und Distickstoffoxid (N₂O) sind Treibhausgase. Sie stammen zum größten Teil aus der intensiven Landwirtschaft. Die Folge dieses zusätzlichen, vom Menschen verursachten (anthropogenen) Treibhauseffekts ist die globale Erwärmung.

Treibhauseffekt
Attribution: derivative work: FischXCarbon_cycle-cute_diagram.svg: *derivative work: FischXCarbon_cycle-cute_diagram.jpeg: User Kevin Saff on en.wikipediaCarbon_cycle-cute_diagram.jpeg: User Kevin Saff on en.wikipedia / Public domain 

Erklärung zum Bild. Von der Sonne gelangen kurzwellige Strahlen auf die Erde. Die kurzwellige Strahlung wird auf der Erdoberfläche in langwellige Strahlung (Infrarotstrahlung = Wärmestrahlung) verwandelt und wieder zurückgestrahlt. Treffen diese langwelligen Strahlen auf die Treibhausgase, die wie das Glasdach in einem Treibhaus wirken, werden sie zurückgeworfen. Diese Gase lassen die langwellige Strahlung nicht durch und werfen  sie zurück zur Erde.

Eine gute Erklärung des Kohlenstoffkreislauf und des Treibhauseffekts findest du im Video des SimpleClub:

Der Link zum Video: Kohlenstoffkreislauf (Datenschutzhinweis: Wenn du den Link anklickst wird deine IP-Adresse übermittelt und YouTube erfährt, dass du das Video angesehen hast.)

Arbeitsblätter

Die Arbeitsblätter findest du im Internen Bereich. Du benötigst ein Passwort. Intern 11K (Passwort)

Ordner: Energie

• AB_Klimamotor_Sonne_Strahlungsbilanz&Treibhauseffekt
• AB_Treibhausgase_1
• AB_Bestandteile der Luft – 1_Überblick_short

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Weiterführende Links

Allianz Umweltsiftung: Informationen zum Thema „Klima“.

planet wissen (ARD): Klimawandel