Wilfried Probst

Schwarze Erde

anorganisches CO2, Verwitterung, Erde
Die anorganische CO2-Bindung durch Verwitterung, Grafik: nach Oschmann (2003), verändert

Wilfried Probst

Möglichkeiten der Kohlenstoffspeicherung im Boden beurteilen

Das Gleichgewicht zwischen CO2-Produktion und -Speicherung bestimmt den klimawirksamen CO2-Gehalt der Erdatmosphäre. Bisher hört man sehr viel über Möglichkeiten, wie die menschgemachte CO2-Emission verringert werden könnte, weniger darüber, CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen. Wäre die sagenhafte Terra preta Amazoniens ein Vorbild für neue Wege, den Kohlenstoffspeicher der Böden klimawirksam zu vergrößern?

Zu Beginn des Lebens auf der Erde, vor etwa 4 Milliarden Jahren, bestand die sehr dichte Erdatmosphäre vor allem aus CO2, CH4, N2 und Wasserdampf. O2 war nicht vorhanden, da dieses Gas sofort mit anderen Stoffen reagierte. Die Menge an CO2 war vermutlich mindestens 105-mal größer als heute (Oschmann 2003), Bedingungen, die der heutigen Situation auf der Venus ähneln.
Für die ersten Lebewesen war das Kohlenstoffdioxid wichtigste Grundlage für ihren Bau- und Energiestoffwechsel. Wegen des hohen Anteils an Treib-hausgasen in der Atmosphäre herrschten Temperaturen von mehr als 50 °C. Der CO2-Gehalt wurde durch Lösung von CO2 in den Urozeanen und durch Verwitterung von Gesteinen auf den Kontinenten (Abb. 1) allmählich geringer.
Durch das Aufkommen der oxygenen Fotosynthese bei Vorläufern der Cyanobakterien vor circa 3,5 Milliarden Jahren wurde Sauerstoff freigesetzt. Das CO2 der Atmosphäre wurde effektiv in Biomasse verwandelt und sein Gehalt nahm so weiter ab. Der Sauerstoff wurde zunächst durch die Oxidation an der Erdoberfläche und in den Meeren gebunden. Erst als alle Oberflächen gesättigt waren, reicherte sich O2 im Meerwasser an und gelangte schließlich in die Atmosphäre, wo er sich von anfänglich 10-5 PAL („present atmospheric level) auf 10-3 PAL einpendelte. Dieser deutliche Sauerstoffanstieg fand vor etwa 2,5 bis 2,3 Milliarden Jahren statt und veränderte die Lebensbedingungen nachhaltig. Daraus resultierte wahrscheinlich das größte Massenaussterben der Erdgeschichte (Große Sauerstoffkatastrophe).
Nach der Entstehung von eukaryotischen Algen vor etwa 1,5 Milliarden Jahren intensivierte sich die fotosynthetische Biomasseproduktion. Durch den steigenden O2-Gehalt bildete sich in den höheren Atmosphärenschichten Ozon, welches die UV-Strahlung abschirmt. Dies ermöglichte das Leben auf den Kontinenten. Die Verwitterung der Kontinente führte zur vermehrten Bindung von CO2 in Kalkgestein.
Mit dem Vordringen der Pflanzen auf das Festland stieg der O2-Gehalt der Atmosphäre schnell weiter an, der CO2-Gehalt ging weiter zurück. Durch die sehr hohe Biomasseproduktion wurden große Mengen an kohlenstoffreichen Sedimenten gebildet. Ein Teil dieser erheblichen Mengen fossiler, sehr kohlenstoffreicher Sedimente gelangte durch plattentektonische Vorgänge (Subduktion) und Vulkanismus als CO2 wieder zurück in die Atmosphäre (vgl. Basisartikel).
Der Mensch und das CO2
Die Nutzung der fossilen Abfallstoffe als Brennstoffe haben den CO2-Gehalt der Atmosphäre innerhalb der letzten 250 Jahre annähernd verdoppelt. Der anthropogen bedingte Anstieg des „Treibhausgases CO2 von 280 auf über 400 Vol ppm hat bereits deutlichen Einfluss auf das Klima. Durch die Reduktion des CO2-Ausstoßes allein kann die Klimaveränderung jedoch nicht mehr gestoppt werden. Dies machen die bisherigen Misserfolge deutlich, die geplanten Reduktionen einzuhalten. 2019 war mit 37 Milliarden Tonnen das Jahr mit der bisher höchsten CO2-Emission (Friedlingstein u. a. 2019). Die in der Erdgeschichte mehrfachen CO2-bedingten Klimaveränderungen beruhigen nicht, da diese oft dramatische Folgen hatten. Sie bedeuteten nicht das Ende allen Lebens, es ist aber fraglich, ob die menschliche Zivilisation solche Veränderungen überstehen könnte. Um die Lebensbedingungen für den Menschen erträglich zu halten, müssen deshalb zusätzlich Wege gefunden werden, das CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen. Eine Möglichkeit wäre Produktion von Energieträgern, die, wie die...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 457 / 2020

Leben und Konsum

Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 10-13