Kurz und knapp

Haben Sie schon einmal vom Kohlenstoffkreislauf der Erde gehört? Nicht jeder hat das, aber er ist eines der wichtigsten Merkmale unseres Planeten. Er umfasst die Zirkulation von Kohlenstoff durch die Lebensformen, die Luft, die Ozeane, die Böden und das Gestein. Der Kohlenstoffkreislauf vollzieht sich ständig, unaufhörlich und überall. Er ist auch ein wichtiger Mechanismus zur Temperaturkontrolle.

Es gibt zwei wesentliche Komponenten beim Kohlenstoffkreislauf: einen schnellen und einen langsamen Prozess. Der schnelle Kohlenstoffkreislauf umfasst die saisonale Bewegung von Kohlenstoff durch die Luft, das Leben und die flachen Gewässer. Jedes Jahr wird eine beträchtliche Menge an Kohlendioxid zwischen der Atmosphäre und den Ozeanen ausgetauscht, aber die bedeutendsten Akteure im schnellen Kohlenstoffkreislauf sind die Pflanzen. Viele Pflanzen nehmen während der Vegetationsperiode Kohlendioxid für die Photosynthese auf und geben das CO₂ im Winter, wenn die Blätter absterben und verrotten, wieder an die Atmosphäre ab.

Die Rolle der Pflanzen hat zur Folge, dass ein sehr auffälliges Merkmal des schnellen Kohlenstoffkreislaufs darin besteht, dass der Kohlendioxidgehalt in einem regelmäßigen, saisonalen Muster schwankt. Es ist wie ein Herzschlag, der Puls der Wachstumsperiode der nördlichen Hemisphäre. Dort befindet sich der größte Teil der Landoberfläche der Erde. Im Winter der nördlichen Hemisphäre sind viele Pflanzen entweder tot oder ruhen, und der Kohlendioxidgehalt steigt. Das Gegenteil ist im Frühjahr und Frühsommer der Fall, wenn die Vegetationsperiode ihren Höhepunkt erreicht hat.

Auf diese Weise wird trotz der enormen Mengen an Kohlenstoff eine Art jahreszeitliches Gleichgewicht aufrechterhalten. Die jahreszeitlich bedingten Höhen und Tiefen durch die Vegetation und der Luft-Wasser-Austausch gleichen sich gegenseitig aus. Zumindest war das früher der Fall. Aufgrund dieses jahreszeitlichen Gleichgewichts bilden die jährlichen Veränderungen des Kohlendioxidgehalts regelmäßige, symmetrische Schwankungen mit einer Steigung nach oben. Die Steigung ist eine Folge des Eintrags von Kohlendioxid in die Atmosphäre durch unsere Verbrennung fossiler Brennstoffe.

Fossile Brennstoffe sind geologische Kohlenstoffreservoirs. Als solche sind sie Teil des langsamen Kohlenstoffkreislaufs. Der langsame Kohlenstoffkreislauf vollzieht sich über geologische Zeiträume, so dass er normalerweise im Alltag nicht auffällt. Im langsamen Kohlenstoffkreislauf wird der Kohlenstoff durch geologische Prozesse wie Vulkanismus freigesetzt. Er ist auch langfristig in Reservoiren wie den Ozeanen, Kalkstein, Kohle, Öl oder Gas gebunden. So handelt es sich bei den "37.400 Milliarden Tonnen ‘gelösten' Kohlenstoffs", auf die sich der Mythos oben auf dieser Seite bezieht, in Wirklichkeit um gelösten anorganischen Kohlenstoff in den Tiefen der Ozeane.

Die Durchmischung der tiefen Meeresgewässer mit den oberflächennahen Gewässern ist ein langsamer Prozess. Sie vollzieht sich über viele Jahrtausende hinweg. Infolgedessen verbleiben 75 % des gesamten Kohlenstoffs, der auf die Emissionen des Industriezeitalters zurückzuführen ist, in den oberen 1.000 m der Ozeane. Er hatte noch keine Zeit, sich zu vermischen.

Schwankungen im langsamen Kohlenstoffkreislauf der Erde sind der regulierende Mechanismus für den Treibhauseffekt. Der langsame Kohlenstoffkreislauf wirkt also wie ein planetarischer Thermostat, ein Drehknopf, der die globalen Temperaturen über Millionen von Jahren regelt.

Stellen Sie sich nun das folgende Szenario vor. Sie stoßen auf ein unbekanntes Gerät, das eine lebenswichtige Aufgabe erfüllt, zum Beispiel die lebenserhaltenden Funktionen in einem Krankenhaus. Es hat ein kompliziertes Bedienfeld mit Knöpfen und Einstellrädern. Halten Sie es für eine gute Idee, die Knöpfe wahllos so und so zu drehen, um zu sehen, was passiert? Nein. Doch genau das tun wir, indem wir die fossilen Brennstoffreserven der Erde verbrennen. Wir fummeln an den Reglern des langsamen Kohlenstoffkreislaufs der Erde herum, meist ohne zu wissen, was die Knöpfe bewirken - und das, obwohl uns die Wissenschaft seit über einem Jahrhundert genau darüber informiert, was passieren wird.

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Weiterführende Informationen

Vor der industriellen Revolution blieb der CO₂-Gehalt in der Luft über Jahrtausende hinweg relativ konstant. Das natürliche CO₂ ist jedoch nicht statisch. Es wird durch eine Reihe von natürlichen Prozessen erzeugt und durch andere absorbiert. Der Kohlenstoffkreislauf ist der Sammelbegriff für diese Prozesse. Er hat sowohl schnelle als auch langsame Bestandteile.

Im schnellen Kohlenstoffkreislauf halten sich der natürliche Kohlenstoff an Land und im Meer in etwa die Waage, und das schon seit langem. Wir wissen das, weil wir die historischen CO₂-Werte in der Atmosphäre sowohl direkt in Eisbohrkernen als auch indirekt durch Proxies messen können. Es ist eine saisonale Reaktion auf Dinge wie Pflanzenwachstum und -verfall.

In krassem Gegensatz zum schnellen Kohlenstoffkreislauf arbeitet die langsame Variante über geologische Zeiträume hinweg. Er hat den Kohlendioxidgehalt und damit die Temperaturen im Laufe der Erdgeschichte beeinflusst. Der langsame Kohlenstoffkreislauf ist deshalb so wichtig, weil viele der Prozesse, die zu langfristigen Veränderungen des Kohlendioxidgehalts führen, geologischer Natur sind. Sie laufen über sehr lange Zeiträume ab, und zwar auf einer unvorhersehbaren Basis. Die Entwicklung einer Art, die den langsamen Kohlenstoffkreislauf absichtlich gestört hat, ist ein weiteres solches unvorhersehbares Ereignis.

Jährlich durchlaufen bis zu ein paar hundert Millionen Tonnen Kohlenstoff den langsamen Kohlenstoffkreislauf, bedingt durch natürliche Prozesse wie Vulkanismus. Das ist wenig im Vergleich zum schnellen Kohlenstoffkreislauf, in dem jährlich etwa 600 Milliarden Tonnen CO₂ hin- und herwandern (Abb. 1). Man darf jedoch nicht vergessen, dass der schnelle Kohlenstoffkreislauf ein jahreszeitliches Geben und Nehmen ist. Der langsame Kohlenstoffkreislauf hingegen verläuft über Zeiträume, die in der Regel in Millionen von Jahren gemessen werden, in die eine oder andere Richtung.

Abb. 1: Schematische Darstellung der Beeinträchtigung des globalen Kohlenstoffkreislaufs durch anthropogene Aktivitäten im globalen Durchschnitt für das Jahrzehnt 2012-2021. Siehe Legenden für die entsprechenden Pfeile und Einheiten. Die Unsicherheit bei der atmosphärischen CO₂-Wachstumsrate ist sehr gering (±0,02 GtC yr-1) und wird in der Abbildung vernachlässigt. Die anthropogene Beeinträchtigung findet auf einem aktiven Kohlenstoffkreislauf statt, wobei die Ströme und Bestände im Hintergrund dargestellt sind. Angepasst von Friedlingstein et al. 2022.

Durch eine Reihe von chemischen und geologischen Prozessen benötigt Kohlenstoff in der Regel Millionen von Jahren, um sich im langsamen Kohlenstoffkreislauf zwischen Gestein, Boden, Ozean und Atmosphäre zu bewegen. Aufgrund dieser geologischen Zeiträume ist die Gesamtmenge des beteiligten Kohlenstoffs jedoch gewaltig. Stellen Sie sich nun vor, was passiert, wenn mehr CO₂ aus dem langsamen Kohlenstoffkreislauf freigesetzt wird - durch das Ausgraben, Extrahieren und Verbrennen von Kohlenstoff aus einem seiner langfristigen Reservoirs, den fossilen Brennstoffen. Obwohl unsere Emissionen von 44,25 Milliarden Tonnen CO₂ (im Jahr 2019 - Quelle: IPCC AR6 Working Group 3 Technical Summary 2022) weniger sind als die 600 Milliarden Tonnen, die jedes Jahr den schnellen Kohlenstoffkreislauf durchlaufen, summieren sie sich, weil Land und Ozean nicht das gesamte zusätzlich emittierte CO₂ aufnehmen können: Etwa 40 % davon bleiben ungebunden.

Die vom Menschen verursachten CO₂-Emissionen stören daher das natürliche Gleichgewicht des Kohlenstoffkreislaufs. Der vom Menschen verursachte CO₂-Gehalt in der Atmosphäre ist seit der vorindustriellen Ära um 50 % gestiegen, was zu einer künstlichen Erhöhung der globalen Temperaturen führt und den Planeten erwärmt. Das aus fossilen Brennstoffen stammende CO₂ ist zwar nur ein kleiner Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs, aber das zusätzliche CO₂ kumuliert sich, da der natürliche Kohlenstoffaustausch nicht das gesamte zusätzliche CO₂ aufnehmen kann. Als Folge dieser Emissionen hat sich das atmosphärische CO₂ auf den höchsten Stand seit 15 bis 20 Millionen Jahren angesammelt (Tripati et al. 2009). Dies geschieht, wenn der langsame Kohlenstoffkreislauf gestört wird.

Dieser Blick auf den langsamen Kohlenstoffkreislauf ist notwendigerweise kurz, aber die wichtigste Erkenntnis ist, dass wir ihn durch den Eingriff in eines seiner wichtigen Kohlenstoffreservoirs tief gestört haben. Außerdem haben wir auch Kalksteine für die Zementherstellung abgebaut. Damit haben wir einen schlafenden Riesen geweckt. Was muss getan werden, um uns davon zu überzeugen, dass er wieder in einen tiefen Schlaf versetzt werden muss?

Cartoon-Zusammenfassung als Widerlegung dieses Irrtums

Dieser Cranky Uncle Cartoon zeigt den Trugschluss der "Rosinenpickerei", für den der Klimamythos "Die menschlichen CO₂-Emissionen sind gering" ein Paradebeispiel ist. Dabei werden sorgfältig Daten ausgewählt, die eine bestimmte Position zu bestätigen scheinen, während andere Daten, die dieser Position widersprechen, ignoriert werden. Quelle: Cranky Uncle vs. Climate Change von John Cook. Bitte beachten Sie, dass diese Karikatur nur der Veranschaulichung dient und dass die gezeigten Zahlen einige Jahre alt sind.

Diese Übersetzung wurde am 20.05.2024 aktualisiert. Die vorherige Version finden Sie hier.