Kohlenstoffkreislauf & Huminstoffe Flashcards
Wie kommt Kohlenstoff hauptsächlich in der Natur vor?
CO2
Carbonat CO3^2-
Hydrogencarbonat HCO3^2-
in organischen Stoffen
Nutzung von CO2
- Natur: produziert während der Atmung, verbraucht bei der Photosynthese
- industriell: als Trockeneis, in Getränken, Pflanzendüngemittel, als Kältemittel in Klimaanlagen, Abführmittel (Zäpfchen), in Feuerlöschern, ..
- entsteht allerdings als Nebenprodukt in großem Maße bei der Verbrennung/Oxidation C-haltiger Substanzen
- Giftigkeit: ab 5% in Luft Kopfschmerzen, Schwindel, Atemnot, Bewusstlosigkeit; ab 8% 30-60 Min. tot
Vulkanismus und CO2-Eintrag
nur sporadisch
kann sehr intensiv sein
im Schnitt Eintrag von 0,1 Gt C/Jahr
durch Erhitzung von kalkhaltigen Gesteinsschichten:
CaCO3 + SiO2 –> CaSiO3 + CO2
Kohlenstoff und Vegetation
- etwa ¼ der Landfläche von Wäldern bedeckt
- 90% des in Vegetation gebundenen Kohlenstoffs befindet sich in Wäldern
- Phytomasse stellt 99% der Biomasse
Photosynthese:
6CO2 + 6H2O + hv –> C6H12O6 + 6CO2
Atmung:
C6H12O6 + 6CO2 -> 6CO2 + 6H2O + Energie
Nettoprimärproduktivität (NPP)
Aufnahme der Pflanzen durch PS minus Atmung
ca 60 Gt C/Jahr
Nettoökosystemproduktivität (NEP)
NPP minus Zersetzung der Streu am Boden
ca 6 Gt C/Jahr
Waldtypen und ihr C-Anteil
Tropen: 375 Mrd t C
gemäßigte Breiten: 100 Mrd t C (33 davon als Lebendmaterial)
Boreale Nadelwälder: 45 - 119 Mrd t C (64 davon als Lebendmaterial)
nördliche Wälder wirken als C-Senke
C-Kreislauf im Ozean
größter CO2-Speicher ( ~ 40 000 Gt)
C-Umbaureihe durch Diffusion, Photosynthese, Respiration, Kalkausscheidungen, Zirkulation und Sedimentation (als eigentliche CO2-Senke)
größter Teil des CO2 im Ozean durch Austausch mit der Atmosphäre (weniger durch Eintrag aus Flüssen oder unterseeischer vulkanischer Aktivität)
C-Reaktionsketten im Wasser
CO2 + H2O H2CO3 H2CO3 H^+ + HCO3^- H^+ + HCO3^- 2 H^+ + CO3^2- Reaktionen folgen Massenwirkungsgesetz mit GGKonstanten K für jede einzelne Reaktion Je größer K, desto mehr liegt GG rechts
Wieviel CO2 wird ausgetauscht?
Austausch von ~ 90 Gt C/Jahr
aber momentan etwa 2 Gt C mehr im Ozean
Austausch regional sehr unterschiedlich
wie reagiert atmosphärisches CO2 mit Wasser?
HENRY-GESETZ
„Die Konzentration eines Gases in einer Flüssigkeit ist proportional dem Partialdruck des Gases über der Flüssigkeit.“ cw = K × p
cw: Konzentration des Gases in Flüssigkeit
K: Löslichkeitskoeffizient (Temp.-abhängig)
p: Partialdruck des Gases über Flüssigkeit
Wovon ist CO2-Konzentration im Wasser abhängig?
cw von CO2 unterschiedlich bei verschiedenen T und p
- > abhängig von
- pH
- Temperatur: je niedriger T, desto mehr CO2 löst sich
- Partialdruck: je höher p, desto mehr CO2 löst sich
- > -/+ Senkenfunktion
Dissoziationsgleichgewicht
stellt sich ein bei gleichbleibender Temperatur und gleichbleibendem Partialdruck
CO2 _atm CO2_Wasser
es gibt aber noch weitere Prozesse, die das gelöste CO2 entziehen
-> zum Ausgleich diffundiert CO2 ins Wasser nach
Abhängigkeit vom pH-Wert
• der pH-Wert (Anzahl von H+-Ionen) wirkt auf Dissoziationsgleichgewicht
-> je höher die Anzahl der H+-Ionen (= niedriger pH), desto weniger CO2 wird umgesetzt
• zudem beeinflussen die Folgereaktionen der CO2-Aufnahme selbst (durch die Freisetzung von H+-Ionen) CO2 + H2O H2CO3
H2CO3 H^+ + HCO3^-
H^+ + HCO3^- 2 H^+ + CO3^2-
wie reagiert atmosphärisches CO2 mit Wasser?
TEMPERATUR
Je höher die Temperatur desto weniger diffundiert ins Wasser
-> hoher atmosphärischer CO2-Gehalt -> Erwärmung, damit wird in Relation weniger CO2 vom Ozean aufgenommen
wie reagiert atmosphärisches CO2 mit Wasser?
pH-WERT
Je niedriger der pH-Wert, desto weniger CO2 wird umgesetzt und umso weniger kann aus der Luft nachdiffundieren
-> trotz hohem atmosphärischern CO2-Gehalt kann ein „saurer“ Ozean weniger CO2 aufnehmen
Die physikalische C-Pumpe
bei Wasserabkühlung
- mehr CO2 ins Wasser
- Erhöhung des Gewichts
- Absinken des Wassers
bei Wassererwärmung
- Wasser steigt auf
- CO2-Abgabe an die Luft
Zyklus etwa 1000 Jahre
Erhöhung des CO2-Gehaltes in Atmosphäre schneller als Zyklus -> Senkenfunktion
Die biologische C-Pumpe
Phototrophe entziehen dem Wasser CO2
-> Umsetzung in Biomasse
Großteil wird in Nahrungskette wieder in CO2 umgesetzt, aber etwa 0,1 % sinken unverbraucht zum Meeresboden
-> Sedimentbildung
kleiner Anteil von C wird so vorerst dem Kreislauf entzogen -> Senkenfunktion
Die Kalkbildner als C-Pumpe
Manche Organismen bauen Kalkskelette auf vom gelösten Ca und Hydrogencarbonats
Ca^2+ + 2 HCO3^- –> CaCO3 + CO2 + H2O
Karbonat wird gebunden, CO2 geht im Wasser wieder in den Kreislauf über
Wie wirkt sich allgemein Brandrodung aus als anthropogener Einfluss?
Wald und Savannen verbrannt zur Gewinnung von Agrarflächen -> rapide Freisetzung von C in Atmosphäre
Abbrennen der Savannen wahrscheinlich 3x schlimmer als Abbrennen tropischer Regenwälder
Folgen der Energiegewinnung durch Verbrennung
• Abbau fossiler C-Speicherstätten (Erdöl,-gas und Kohle)
• Oxidation, Verbrennung:
vollständig: C + O2 –> CO2 + Energie
unvollständig: 2 C + O2 –> 2 CO + Energie
• Bei schlechter Sauerstoffversorgung entsteht zusätzlich Ruß
• zurzeit 80% der Weltprimärenergie aus fossilen Energieträgern
• Freisetzung von 8,6 Gt C/Jahr in die Atmosphäre
Wichtigkeit von CO2 im Meer
CO2…
• kontrolliert den pH-Wert der Ozeane
• kontrolliert die Bildung, Ablagerung bzw.
Auflösung von CaCO3 im Ozean
• absorbiert als Treibhausgas einen Teil der
vom Boden abgegebenen Wärmestrahlung
• ist DIE Ausgangssubstanz zum Aufbau von
organischer Substanz
