Der Kohlenstoffkreislauf

Der Kohlenstoffkreislauf – Biologie

Du hast bestimmt schon einmal etwas über den Kohlenstoffkreislauf gehört. In Bezug zum Klimawandel gewinnt der Kohlenstoffkreislauf in der Schule, aber auch in den Medien immer mehr an Bedeutung. Der nachfolgende Text wird dir den Kohlenstoffkreislauf in der Biologie einfach erklären und dir zeigen, dass er im Meer, im See, im Boden und in der Luft stattfindet.

Definition des Kohlenstoffkreislaufs in der Biologie

Der Kohlenstoffkreislauf ist in der gesamten Biologie und Ökologie sehr wichtig. Aber welche Bedeutung hat dabei der Kohlenstoff? Das Element Kohlenstoff wird auch als Baustein des Lebens bezeichnet. Diese Bezeichnung kommt daher, dass alle organischen Moleküle Kohlenstoff beinhalten. Du findest Kohlenstoff beispielsweise in allen Lebewesen, in der Atmosphäre, im Wasser, im Boden und in Gestein. Dabei liegt der Kohlenstoff immer in unterschiedlichen Formen vor. In welcher Art der Kohlenstoff vorliegt, kommt immer auf die Umgebung an.

Auf der Erde gibt es eine ganz bestimmte Menge an Kohlenstoff. Der Kohlenstoff wird innerhalb eines großen ökologischen Kreislaufs ausgetauscht. Dabei wird der Kohlenstoff in Verbindung mit anderen Elementen zu verschiedenen Molekülen auf- und umgebaut. Dieser Kreislauf wird als Kohlenstoffkreislauf bezeichnet.

Wie funktioniert der Kohlenstoffkreislauf?

Der Kohlenstoffkreislauf kann in vier Bereiche unterteilt werden. Dabei wird zwischen Atmosphäre, Gestein, Boden und Gewässern unterschieden. Lebewesen verbinden diese vier Bereiche miteinander, indem sie Kohlenstoff umwandeln. Prinzipiell wird der Kohlenstoff durch vier Prozesse umgewandelt: Fotosynthese, Atmung, Zersetzung und Fossilisation.

Der größte Austausch findet zwischen den Lebewesen und der Atmosphäre statt. Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre wird von den Pflanzen durch die Fotosynthese aufgenommen. Dieser wird in nutzbare Energie, in Form von Kohlenhydraten, für die Pflanzen umgewandelt. Die Pflanzen werden von pflanzenfressenden Tieren gefressen. Auf diesem Weg gelangt der Kohlenstoff in die Nahrungskette und dient als Energielieferant.
Der Kohlenstoff wird auf unterschiedlichen Wegen von den Lebewesen wieder freigesetzt. Die Freisetzung erfolgt durch die Atmung von Pflanzen und Tieren, indem Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) an die Atmosphäre abgegeben wird. Aber auch wenn Pflanzen und Tiere sterben, gelangt der Kohlenstoff zurück in den Kreislauf. Mikroorganismen bauen die Überreste von Tieren und Pflanzen ab und setzen den Kohlenstoff wieder frei.

Unter günstigen Bedingungen wird der Kohlenstoff im Boden konserviert und kann sich über viele Millionen Jahren zu Kohle, Erdöl oder Torf umwandeln. Diese fossilen Rohstoffe werden von den Menschen genutzt und zur Energieerzeugung verbrannt. Die Verbrennung der fossilen Rohstoffe führt dazu, dass der darin gebundene Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Die Einlagerung von Kohlenstoff im Boden kann zusätzlich zur Bildung von Gestein führen. Beispielsweise kann Kalkstein durch tierische Ablagerungen bei der Fossilisation entstehen.

Die gleichen Prozesse der Kohlenstoffumwandlung finden auch in Gewässern und den darin enthaltenen Lebewesen statt. Vor allem die Ozeane enthalten einen hohen Anteil an gelöstem Kohlenstoff. Das Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre gelangt in das Wasser, indem es sich in kaltem Wasser löst. Der gelöste Kohlenstoff wird wieder in die Atmosphäre freigesetzt, wenn das Wasser verdunstet.

Wie beeinflusst der Mensch den Kohlenstoffkreislauf?

Der intakte Kohlenstoffkreislauf ist Voraussetzung für ein intaktes Klima. Seit Beginn der Industrialisierung Anfang des 19. Jahrhunderts begannen die Menschen, fossile Rohstoffe zu nutzen. Diese Rohstoffe wurden und werden immer noch als fossile Brennstoffe verwendet, um die gespeicherte Energie in Form von Kohlenstoffverbindungen in Wärmeenergie oder Bewegungsenergie umzuwandeln. Durch die massive Nutzung dieser Stoffe gerät der Kohlenstoffkreislauf zunehmend aus dem Gleichgewicht. Es wird mehr Kohlenstoff durch die Verbrennung der fossilen Rohstoffe in die Atmosphäre freigesetzt, als durch die Pflanzen eingelagert werden kann. Gleichzeitig werden z. B. die Wälder kontinuierlich abgeholzt, sodass noch weniger Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufgenommen und fixiert werden kann.

Diese Gleichgewichtsverschiebung führt zu massiven Umweltproblemen. Die erhöhte Kohlenstoffkonzentration in der Atmosphäre führt zur Umweltverschmutzung und trägt maßgeblich zum Klimawandel und zum Treibhauseffekt bei. Kohlenstoff liegt in der Luft als Kohlenstoffdioxid vor und ist ein sogenanntes Treibhausgas. Durch die erhöhte Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre kann sich die Luft stärker aufheizen und die Erde erwärmt sich. Somit verstärkt die erhöhte Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre den Klimawandel.

Die Abbildung verdeutlicht noch einmal den Ablauf des Kohlenstoffkreislaufs im globalen System. Die Unterteilung des Kohlenstoffkreislaufes in Atmosphäre, Wald, Gewässer, Gestein und Boden sind ebenfalls dargestellt.

Zusammenfassung des Kohlenstoffkreislaufs

Du weißt nun, warum die Fotosynthese die Basis des biologischen Kohlenstoffkreislaufs ist. Zusätzlich hast du erfahren, wie der Mensch in den Kohlenstoffkreislauf eingreift und was dies für Folgen hat. Die wichtigsten Informationen sind hier noch einmal stichpunktartig zusammengefasst.

• Definition Kohlenstoffkreislauf: Umwandlung von Kohlenstoff in verschiedene Verbindungen in der Atmosphäre, im Gestein, im Boden und in Gewässern
• Umwandlungsprozesse im Kohlenstoffkreislauf: Fotosynthese, Atmung, Zersetzung und Fossilisation
• Beeinflussung des Kohlenstoffkreislaufs durch den Menschen: Freisetzung von Kohlenstoff in die Atmosphäre durch Verbrennung von fossilen Rohstoffen mit einem hohen Kohlenstoffanteil
• Probleme der Verschiebung des Kohlenstoffkreislaufs: Es wird zu viel Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffdioxid angereichert, als eingelagert werden kann.

Zur Überprüfung deines Wissens kannst du das Arbeitsblatt zum Kohlenstoffkreislauf in der Biologie bearbeiten. Somit bist du bestens vorbereitet, wenn du in der Schule ein Referat über den Kohlenstoffkreislauf halten sollst. Du kannst deinen Mitschülerinnen und Mitschülern somit den Kohlenstoffkreislauf in der Biologie einfach erklären.