Kohlenstoffspeicher der Erde einfach erklärt: Kreislauf & Formen

Kohlenstoffspeicher der Erde sind faszinierend: Wusstest du, dass du zum Teil aus genau demselben Material bestehst wie die schwarze Mine deines Bleistifts oder ein funkelnder Diamant? Dieses Material ist Kohlenstoff. Er ist einer der wichtigsten Bausteine für das Leben auf unserer Erde.

Kohlenstoff fliegt aber nicht einfach nur wild in der Welt herum. Die Erde hat riesige Lagerräume, in denen sie den Kohlenstoff aufbewahrt. In dieser Lektion lernst du die vier großen Kohlenstoffspeicher unserer Erde kennen, in welchen Formen sich der Kohlenstoff dort versteckt und warum schon kleine Veränderungen in der Luft große Auswirkungen haben können.

Vorwissen

• Chemische Elemente und Verbindungen: Kohlenstoff (Symbol $\text{C}$) ist ein chemisches Element. Er kann sich mit anderen Elementen zu Verbindungen zusammenschließen.

  Beispiel: Kohlenstoff verbindet sich mit Sauerstoff zu dem Gas Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$).

• Aggregatzustände: Stoffe können fest, flüssig oder gasförmig sein.

  Beispiel: Kohlenstoffdioxid ist in der Luft gasförmig, kann sich aber auch in Wasser lösen.

Aufgabentyp 1: Kohlenstoffspeicher und ihre Eigenschaften

Der gesamte Kohlenstoff der Erde ist auf vier Hauptspeicher verteilt. Diese Speicher sind jedoch nicht gleich groß. Wenn wir uns den gesamten Kohlenstoff der Erde als einen riesigen Berg vorstellen, ist die Verteilung sehr ungleich:

1. Sedimente (Gesteine und Böden): Das ist der absolute Gigant. Etwa 99 % des gesamten Kohlenstoffs der Erde sind hier tief im Boden und in Gesteinen eingesperrt.

2. Ozean: Das Wasser der Weltmeere ist der zweitgrößte Speicher.

3. Biomasse: Dieser Speicher umfasst alle lebenden Pflanzen und Tiere sowie totes Material im Boden.

4. Atmosphäre (Lufthülle): Das ist der mit Abstand kleinste Speicher von allen.

Man unterscheidet dabei oft zwischen der unbelebten Natur (geologischer Speicher, wie Gesteine) und der belebten Natur (biologischer Speicher, wie Pflanzen und Tiere).

Kohlenstoff sieht nicht immer gleich aus. Er ist ein Meister der Verwandlung und passt sich seinem jeweiligen Speicher an:

• In den Sedimenten: Hier liegt der Kohlenstoff fest verpackt als Gestein vor. Man nennt diese Gesteine Carbonate (wie zum Beispiel Kalkstein oder Dolomit). Ein anderer Teil liegt als Kerogen vor. Das sind öl- oder wachsartige Ablagerungen tief in der Erde, aus denen über Millionen von Jahren Erdöl und Erdgas entstehen.

• Im Ozean: Hier schwimmen keine Kohlestücke im Wasser. Der Kohlenstoff ist unsichtbar im Meerwasser gelöst, hauptsächlich als gelöstes Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) und als sogenanntes Hydrogencarbonat.

• In der Biomasse: Hier steckt der Kohlenstoff in allem, was lebt oder einmal gelebt hat. Er ist in den Blättern der Bäume, in den Muskeln von Tieren und in den Resten von abgestorbenen Pflanzen im Boden eingebaut.

• In der Atmosphäre: In der Luft schwebt der Kohlenstoff als unsichtbares Gas. Fast der gesamte Kohlenstoff in diesem Speicher liegt als Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) vor.

Wir wissen nun, dass die Atmosphäre der kleinste aller Kohlenstoffspeicher ist. Genau das macht sie so extrem empfindlich.

Stell dir vor, du hast eine riesige Badewanne voll Wasser (das sind unsere großen Speicher wie die Sedimente oder der Ozean) und einen kleinen Eimer voll Wasser (das ist die Atmosphäre). Wenn du nun eine Tasse mit roter Farbe in die riesige Badewanne kippst, ändert sich die Farbe des Wassers kaum. Kippst du aber genau dieselbe Tasse Farbe in den kleinen Eimer, verfärbt sich das gesamte Wasser sofort tiefrot.

Genau so verhält es sich mit dem Kohlenstoff auf der Erde. Wenn auch nur eine kleine Menge Kohlenstoff aus den riesigen Speichern (zum Beispiel durch das Verbrennen von Erdöl aus den Sedimenten) in die winzige Atmosphäre gelangt, steigt die Konzentration von $\text{CO}_2$ in der Luft sofort stark an. Weil $\text{CO}_2$ ein Treibhausgas ist, hat diese schnelle Veränderung im kleinsten Speicher riesige Auswirkungen auf unser Klima.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Gegenstand analysieren: Überlege, ob es sich um Gestein, Wasser, ein Lebewesen oder Luft handelt.
2. Speicher zuordnen: Ordne den Gegenstand den Sedimenten, dem Ozean, der Biomasse oder der Atmosphäre zu.
3. Form bestimmen: Leite aus dem Speicher ab, ob der Kohlenstoff als Carbonat, gelöstes $\text{CO}_2$, organisches Material oder $\text{CO}_2$-Gas vorliegt.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Es gibt vier Haupt-Kohlenstoffspeicher: Sedimente, Ozean, Biomasse und Atmosphäre.
• Die Sedimente sind der mit Abstand größte Speicher (ca. 99 %), in dem Kohlenstoff als Carbonat (Kalkstein) oder Kerogen (Erdöl-Vorstufe) lagert.
• Die Atmosphäre ist der kleinste Speicher. Kohlenstoff liegt hier als $\text{CO}_2$-Gas vor.
• Weil die Atmosphäre so klein ist, reagiert sie extrem empfindlich auf neuen Kohlenstoff, der aus anderen Speichern hinzugefügt wird.