Kohlenstoffkreislauf einfach erklärt: CO2-Emissionen & ppm

Stell dir vor, du kochst einen riesigen Topf Suppe und gibst nur einen einzigen Tropfen extrem scharfer Soße hinein. Obwohl der Tropfen im Vergleich zur vielen Suppe winzig ist, verändert er den Geschmack komplett!

Genau so verhält es sich mit bestimmten Gasen in unserer Luft, wenn wir über Kohlenstoffdioxid-Emissionen und den Kohlenstoffkreislauf sprechen. Obwohl sie nur in winzigen Mengen vorkommen, haben sie eine gewaltige Wirkung auf unsere Erde. In dieser Lektion lernen wir, wie Wissenschaftler diese winzigen Mengen messen und warum das Gleichgewicht dieser Gase durch uns Menschen gerade massiv gestört wird.

Vorwissen

• Prozentrechnung: Prozent ($\text{\%}$) bedeutet „von Hundert“. Es ist ein Bruch mit dem Nenner 100.

  Beispiel: $1 \text{ \%} = \frac{1}{100}$.

• Verbrennung: Wenn kohlenstoffhaltige Stoffe verbrannt werden, entsteht ein bestimmtes Abgas.

  Beispiel: Beim Verbrennen von Holz oder Kohle entsteht das Gas Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$).

Aufgabentyp 1: Winzige Mengen messen (ppm)

Um Kohlenstoffdioxid-Emissionen und den Kohlenstoffkreislauf richtig zu verstehen, müssen wir uns zunächst ansehen, wie man extrem kleine Anteile in der Luft angibt. Unsere Luft besteht aus vielen verschiedenen Gasen. Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) ist nur in einer sehr kleinen Menge enthalten, es ist ein sogenanntes Spurengas. Um so kleine Mengen zu messen, reichen Prozent ($\text{\%}$) oft nicht aus.

Wir kennen bereits:

• Prozent ($\text{\%}$): Ein Teil von Hundert. $1 \text{ \%} = \frac{1}{100}$

• Promille ($\text{‰}$): Ein Teil von Tausend. $1 \text{ ‰} = \frac{1}{1.000}$

Für noch kleinere Mengen nutzen Wissenschaftler die Einheit ppm. Das steht für das englische „parts per million“, also „Teile pro Million“.

• ppm: Ein Teil von einer Million. $1 \text{ ppm} = \frac{1}{1.000.000}$

Wenn wir sagen, die Luft hat $400 \text{ ppm}$ $\text{CO}_2$, bedeutet das: Unter einer Million Luftteilchen befinden sich genau 400 $\text{CO}_2$-Teilchen.

Durch genaue Messungen wissen wir, dass dieser Wert stark gestiegen ist. Im Jahr 1955 lag die Konzentration noch bei etwa $320 \text{ ppm}$. Im Jahr 2020 ist sie bereits auf über $400 \text{ ppm}$ geklettert.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Schritt 1: Als Bruch schreiben. Schreibe den bekannten Anteil (z. B. Prozent) als Bruch auf. Prozent bedeutet immer „von 100“.
2. Schritt 2: Auf eine Million erweitern. Multipliziere den Zähler (oben) und den Nenner (unten) mit derselben Zahl, sodass unten $1.000.000$ steht. (Tipp: Um von $100$ auf $1.000.000$ zu kommen, multiplizierst du mit $10.000$).
3. Schritt 3: Den ppm-Wert ablesen. Die Zahl, die nun oben im Zähler steht, ist dein gesuchter Wert in ppm.

Durchgerechnete Beispiele

Aufgabentyp 2: Natürliche und menschliche Kohlenstoffkreisläufe

Ein zentraler Bestandteil beim Thema Kohlenstoffdioxid-Emissionen und der Kohlenstoffkreislauf ist der Weg, den der Kohlenstoff auf unserer Erde nimmt. Kohlenstoffdioxid ist an sich nicht giftig für uns, wenn wir es in normalen Mengen einatmen. Es hat aber eine riesige Wirkung auf unser Klima. Um zu verstehen, warum die $\text{CO}_2$-Menge steigt, müssen wir uns ansehen, wie Kohlenstoff auf der Erde wandert.

Der natürliche Kreislauf

Die Natur hat zwei verschiedene Geschwindigkeiten, um Kohlenstoff auszutauschen:

• Der schnelle Kreislauf: Pflanzen nehmen $\text{CO}_2$ aus der Luft auf, um zu wachsen. Auch das Wasser an der Meeresoberfläche nimmt $\text{CO}_2$ auf und gibt es wieder ab. Das passiert ständig und relativ schnell.

• Der langsame Kreislauf: Ein Teil des Kohlenstoffs sinkt tief in den Ozean oder wird über Millionen von Jahren in Gestein (wie Kalkstein) oder als Erdöl, Erdgas und Kohle tief in der Erde gespeichert.

Der menschliche (anthropogene) Einfluss

Der Mensch stört dieses natürliche Gleichgewicht massiv. Wir greifen tief in die Erde und holen die alten, gespeicherten Vorräte aus dem langsamen Kreislauf nach oben. Wenn wir diese fossilen Brennstoffe (Erdöl, Erdgas, Kohle) verbrennen, wird der gesamte Kohlenstoff plötzlich als $\text{CO}_2$ in die Luft gepustet.

Zusätzlich zerstören wir durch Brandrodung (das Abbrennen von Wäldern) wichtige Pflanzen aus dem schnellen Kreislauf, die das $\text{CO}_2$ eigentlich aufnehmen könnten.

Das Ergebnis: Durch unsere Aktivitäten setzen wir Kohlenstoff etwa 60-mal schneller frei, als die Natur ihn im schnellen Kreislauf wieder aufnehmen kann. Deshalb staut sich das $\text{CO}_2$ in der Atmosphäre an und der ppm-Wert steigt immer weiter.

Wichtige Erkenntnisse

• ppm (parts per million): Bedeutet „ein Teil von einer Million“ ($1 \text{ ppm} = \frac{1}{1.000.000}$) und wird für winzige Gasmengen genutzt.

• Die $\text{CO}_2$-Konzentration ist von $320 \text{ ppm}$ (1955) auf über $400 \text{ ppm}$ (2020) gestiegen.

• Natürliche Kreisläufe: Es gibt einen schnellen Austausch (Pflanzen, Meeresoberfläche) und einen langsamen (Tiefsee, Gestein).

• Menschlicher Einfluss: Durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe und Brandrodung setzen wir $\text{CO}_2$ 60-mal schneller frei, als die Natur es aufnehmen kann.