Kohlenstoffkreislauf

Übersicht

Kohlenstoffaustausch zwischen Atmosphäre, Landvegetation und Ozean in GtC pro Jahr sowie die Reservoire in GtC (Gigatonnen = Milliarden t; 1 t C entspricht 3,67 t CO₂). Die grünen Pfeile und Werte zeigen die natürlichen Austausche und die blauen Werte (in den weißen Kästchen) die natürlichen Reservoire vor 1750 (vor Beginn der Industrialisierung). Die roten Pfeile und Werte zeigen die anthropogenen Flüsse in den 2000er Jahren, die roten Werte bei den Reservoiren die anthropogenen Veränderungen seit Beginn der Industrialisierung.

Der durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre emittierte Kohlenstoff tritt in einen komplizierten natürlichen Kreislauf ein. Neben der Atmosphäre sind der Ozean und die Landbiosphäre die wichtigsten Kohlenstoffspeicher, die mit der Atmosphäre in einem aktiven Austausch stehen. Die Landvegetation enthält etwa drei Mal so viel Kohlenstoff wie die Atmosphäre, der Ozean etwa 50 Mal so viel.

Der natürliche Kreislauf

Das atmosphärische CO₂ wird relativ schnell mit dem Ozean und den Land-Ökosystemen ausgetauscht. Das Verhältnis zwischen der Aufnahme von atmosphärischem CO₂ und der Abgabe an die Atmosphäre durch diese beiden Reservoire bestimmt allgemein das Tempo der Zu- oder Abnahme von Kohlendioxid in der Atmosphäre. Landvegetation und Ozean sind für atmosphärisches Kohlendioxid sowohl Quellen wie Senken. Die Fähigkeit des Ozeans und der Ökosysteme auf dem Land, als Netto-Senken zu wirken, entscheidet darüber, wie viel von dem anthropogen emittierten Kohlendioxid in der Atmosphäre verbleibt. Während der letzten 10 000 Jahre vor 1750 war der Austausch zwischen Atmosphäre und Land sowie Atmosphäre und Ozean relativ ausgeglichen. Die natürlichen Austauschmengen betrugen zwischen Atmosphäre und Land 120 Gt C/Jahr (Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr) und zwischen Atmosphäre und Ozean 70 Gt C/Jahr. Das wesentlich größere, allerdings auch sehr langsam reagierende Reservoir des Ozeans steuert den atmosphärischen CO₂-Gehalt der Atmosphäre über Zeiträume von Jahrhunderten und Jahrtausenden nachhaltiger als das Landreservoir.

Die anthropogene Störung

Durch anthropogene Emissionen sind die Austauschprozesse zwischen den drei Reservoiren merklich verändert worden. Dabei tauscht der Ozean von dem anthropogen emittierten Kohlenstoff etwa das Zehnfache der Menge mit der Atmosphäre aus, die zwischen Land und Atmosphäre ausgetauscht wird. Beide Reservoire sind z. Zt. eine Netto-Senke von anthropogenem Kohlenstoff. Die anthropogenen Störungen des natürlichen CO₂-Kreislaufs resultieren aus zwei Haupt-Quellen:

1. aus der Verbrennung fossiler Energie-Träger und
2. aus Veränderungen der Landnutzung, vor allem der Entwaldung.

Von den anthropogenen Emissionen seit 1750 sind etwa die Hälfte in der Atmosphäre verblieben, den Rest haben der Ozean und die Landvegetation aufgenommen. Der Kohlenstoff-Gehalt der Atmosphäre hat durch anthropogene Emissionen seit Beginn der Industrialisierung um 240 GtC oder ca. 50 % zugenommen. Die Landvegetation hat 160 GtC akkumuliert, jedoch 180 GtC über den gesamten Zeitraum von 1750 bis 2011 durch veränderte Landnutzung verloren. In den letzten Jahrzehnten ist die Landvegetation jedoch durch vermehrte Photosynthese infolge des höheren CO₂-Gehalts der Atmosphäre zu einer Kohlenstoff-Senke geworden. Eine wichtige Kohlenstoffsenke ist der Ozean über den gesamten Zeitraum gewesen. Sein Kohlenstoffgehalt hat sich seit 1750 insgesamt um 155 GtC erhöht.

Mit Beginn des neuen Jahrhunderts hat sich die Aufnahme von Kohlenstoff zu Lasten der Atmosphäre verschoben. Die Emission aus fossilen Energien ist zwischen den 1990er Jahren und 2002-2011 von 6,4 auf 8,3 GtC pro Jahr gestiegen. Davon hat die Atmosphäre in den 1990er Jahren jährlich 3,1 GtC, in den 2000er Jahren 4,3 GtC aufgenommen, der Ozean 2,2 und 2,4 GtC und die Landvegetation 1,1 und 1,6 GtC.

• Hauptartikel: Terrestrischer Kohlenstoffkreislauf
• Hauptartikel: Kohlenstoff im Ozean

Weblinks

• Erste Kopplung von Modellen des Klimas und des Kohlenstoffkreislaufs. Ein Artikel von Prof. Martin Heimann. Zu finden auf Seite 202 (in der Datei S. 36).
• Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC): Global Carbon Budget

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Kontakt: Dieter Kasang