Kohlenstoffkreislauf: Ablauf, Speicher und Einfluss des Menschen

Der Kohlenstoffkreislauf beschreibt, wie das Element Kohlenstoff zwischen Luft, Wasser, Lebewesen, Boden und Gestein wandert. Kohlenstoff ist der Grundbaustein aller organischen Stoffe, also von Zucker, Fetten, Eiweißen und Holz. Er geht dabei nie verloren, sondern wechselt nur seine Form und seinen Ort.

In der Luft liegt Kohlenstoff als Kohlenstoffdioxid (CO2) vor. Der Anteil beträgt nur etwa 0,04 Prozent der Luft, trotzdem ist dieses Gas für das Leben entscheidend. Pflanzen nehmen es auf und bauen den Kohlenstoff in ihre Körper ein. Von dort gelangt er über die Nahrung in Tiere und Menschen.

Man unterscheidet Speicher und Flüsse. Speicher sind Orte, in denen viel Kohlenstoff festgelegt ist, zum Beispiel Wälder, Böden, Ozeane, Kalkgestein sowie Kohle, Erdöl und Erdgas. Flüsse sind die Vorgänge, die Kohlenstoff von einem Speicher in den nächsten bringen, etwa Fotosynthese, Atmung oder Verbrennung.

Der wichtigste Weg, auf dem Kohlenstoff aus der Luft in Lebewesen gelangt, ist die Fotosynthese. Grüne Pflanzen, Algen und manche Bakterien nehmen mit Hilfe von Lichtenergie CO2 auf und stellen daraus Traubenzucker her. Dabei entsteht Sauerstoff. Aus dem Zucker bauen die Pflanzen alle weiteren Stoffe auf, etwa Stärke, Zellulose und Eiweiße.

Man nennt Pflanzen deshalb Produzenten. Sie erzeugen aus anorganischem CO2 organische Stoffe. Alle anderen Lebewesen, die Konsumenten, nehmen Kohlenstoff nur über die Nahrung auf. Fressen Tiere Pflanzen, gelangt der Kohlenstoff in ihren Körper. Frisst ein Raubtier einen Pflanzenfresser, wandert er weiter durch die Nahrungskette.

Auch im Meer läuft Fotosynthese ab, vor allem durch winzige Algen, das Phytoplankton. Außerdem löst sich CO2 im Wasser der Ozeane, wo es teils in Kalkschalen von Muscheln und Korallen eingebaut wird. Die Meere gehören deshalb zu den größten Kohlenstoffspeichern.

Kohlenstoff kehrt auf mehreren Wegen in die Luft zurück. Alle Lebewesen betreiben Zellatmung. Dabei wird Traubenzucker mit Sauerstoff abgebaut, und es entstehen Energie, Wasser und CO2. Auch Pflanzen atmen, nicht nur Tiere. Am Tag nehmen sie durch Fotosynthese meist mehr CO2 auf, als sie durch Atmung abgeben.

Abgestorbene Pflanzen, Tiere und Laub werden von Destruenten wie Pilzen und Bakterien zersetzt. Sie atmen ebenfalls und setzen so den Kohlenstoff als CO2 wieder frei. Ein Teil bleibt als Humus im Boden. Im Moor wird tote Pflanzenmasse kaum zersetzt, es entsteht Torf, der Kohlenstoff sehr lange festhält.

Vor Millionen Jahren wurden Pflanzen und Meerestiere unter Luftabschluss begraben und zu Kohle, Erdöl und Erdgas. Diese fossilen Brennstoffe sind riesige Kohlenstoffspeicher. Werden sie verbrannt, entsteht CO2 innerhalb kurzer Zeit, das sonst über Jahrmillionen im Boden gelegen hätte.

Seit Beginn der Industrialisierung verbrennt der Mensch große Mengen an Kohle, Erdöl und Erdgas. Außerdem werden Wälder gerodet und Moore trockengelegt. Dadurch gelangt mehr CO2 in die Luft, als Pflanzen und Ozeane aufnehmen können. Der CO2-Gehalt der Luft steigt seitdem deutlich an.

CO2 ist ein Treibhausgas. Es lässt Sonnenlicht zur Erde durch, hält aber einen Teil der von der Erde abgegebenen Wärmestrahlung zurück. Ein natürlicher Treibhauseffekt ist nützlich, ohne ihn wäre die Erde viel zu kalt. Ein verstärkter Treibhauseffekt führt aber zur Erwärmung des Klimas, zu schmelzenden Gletschern und steigendem Meeresspiegel.

Zum Schutz des Klimas helfen weniger fossile Brennstoffe, mehr erneuerbare Energien, Wiederaufforstung und der Schutz von Mooren. Wälder und Moore wirken als Kohlenstoffspeicher. Nur wenn sie erhalten bleiben, binden sie dauerhaft Kohlenstoff.

Ein häufiger Fehler ist die Aussage, Pflanzen atmeten nur CO2 ein und Sauerstoff aus. In Wirklichkeit betreiben Pflanzen Fotosynthese und Atmung. Tagsüber überwiegt die Fotosynthese, nachts findet nur Atmung statt. Pflanzen brauchen Sauerstoff und geben CO2 ab, genau wie Tiere.

Ein zweiter Fehler: Man setzt das Kohlenstoffdioxid mit dem Kohlenstoff gleich. Kohlenstoff ist das Element, CO2 nur eine der Verbindungen, in denen er vorkommt. Im Kreislauf liegt er mal als CO2, mal als Zucker, als Holz, als Kalk oder als Erdöl vor. Auch verbraucht ein Lebewesen den Kohlenstoff nicht, es wandelt ihn um.

Drittens wird der Treibhauseffekt oft mit dem Ozonloch verwechselt. Das Ozonloch ist ein Problem der Ozonschicht in der oberen Atmosphäre und hängt mit anderen Stoffen zusammen. Der Treibhauseffekt entsteht durch Gase wie CO2 und Methan in der unteren Atmosphäre.

Den Kohlenstoffkreislauf erlebst du jeden Tag. Beim Atmen gibst du CO2 ab, das vorher als Kohlenstoff in deiner Nahrung steckte. Auf einem Spaziergang durch den Wald bindet jeder Baum Kohlenstoff in Holz. Ein Baum, der verrottet oder verbrennt, gibt ihn wieder ab.

Dein Alltag beeinflusst den Kreislauf. Autofahren, Heizen und Stromverbrauch aus Kohle setzen CO2 aus fossilen Speichern frei. Auch Lebensmittel haben einen CO2-Fußabdruck, zum Beispiel durch Transport, Düngung oder Viehhaltung. Wer Strecken mit dem Rad zurücklegt oder regional einkauft, entlastet den Kreislauf.

Holz speichert Kohlenstoff über viele Jahre, solange es nicht verbrennt oder verrottet. Ein Holzhaus ist deshalb ein kleiner Kohlenstoffspeicher. Wachsen anschließend neue Bäume nach, bindet der Wald erneut Kohlenstoff.