Kohlenstoff
und Kohlenstoffdioxid

Kohlenstoff ist auf der Erde in lebender und toter Materie allgegenwärtig. Er hat im Periodensystem die Nummer 6 und ist außerordentlich bindungsfähig mit seinesgleichen. So entstehen Ringe, Käfige oder Ketten, die linear oder verzweigt sind und manchmal mehrer Millionen Atome enthalten.

Der Kohlenstoff entsteht bei Temperaturen von über 100 Millionen Grad im Inneren von Sternen. Jeweils drei Heliumkerne fusionieren zu einem Kohlenstoffkern.

Der natürliche Kreislauf von Kohlendioxid

Grüne Pflanzen (alle autotrophen Lebewesen) sind in der Lage, Kohlendioxid aus der Luft und aus den Gewässern zu assimilieren und ihn in Zucker (Kohlenhydrate) umzubauen. Lichtenergie und Chlorophyll sind dabei notwendige Bedingungen. Gleichzeitig wird bei diesem Prozess aber auch Sauerstoff für die Atmung frei. Der gesamte Vorgang wird Photosynthese genannt. Jährlich werden auf der Erde etwa 150 Milliarden Tonnen Kohlenhydrate erzeugt. Schon ein einziger Laubbaum kann pro Tag 12 kg Kohlenhydrate und mehr als 9000 Liter Sauerstoff erzeugen. Der Kohlendioxidgehalt der Luft ist sehr gering, reicht aber völlig aus. Über Atmung und biologischen Abbau (Tod) kehrt etwa gleichviel Kohlendioxid in die Luft zurück, wie bei der Photosynthese "verbraucht" wird.

Der in organischen Verbindungen gebundene Kohlenstoff wird durch Atmung und Verbrennung als Kohlendioxid wieder frei

Wird Biomasse (oder werden fossile Energieträger) verbrannt, so entsteht bei ausreichendem Sauerstoff wieder Kohlendioxid. Dieses Gas entsteht ebenfalls bei der Atmung von Lebewesen.
Sowohl durch Verbrennen als auch durch Atmung gelangt das Kohlendioxid wieder in die Luft in die Gewässer zurück. Der Kreislauf des Kohlendioxids ist geschlossen.
Der Kohlenstofffluss in die Atmosphäre beträgt zur Zeit 6 (±0,5) Gt pro Jahr; er wächst weiter um etwa 1,5 % jährlich.
Allein in der BRD wurden 1989 0,28 Gt Kohlenstoff aus fossilen Brennstoffen freigesetzt. 40 % wurden durch die Industrie umgesetzt, weitere 40 % durch private Haushalte und sogenannten "Kleinverbrauch" (z.B. Heizung von Schulen) und 20 % durch den Verkehr.

Wird in kleineren Zeiträumen mehr Biomasse verbrannt, als durch Photosynthese in dieser Zeit entstanden ist, so gibt es in der Atmosphäre einen Überhang an ausgestoßenem Kohlendioxid. Dieser Überhang entsteht durch Umformung von fossilen Brennstoffen (die u.a. in der Karbonzeit auf der Erde entstanden sind) in Wärme- und Bewegungsenergie (etwa in Kohlekraftwerken und durch Autos).
Lag der CO2 Gehalt in der Atmosphäre vor der Industrialisierung, etwa im Jahr 1765, noch bei etwa 280 ppm, so stieg er bis heute auf 381 ppm an. Der Anstieg wäre noch größer, wenn alles zusätzlich ausgestoßene CO2 in der Atmosphäre verbliebe. Doch die Ozeane entziehen der Atmosphäre schätzungsweise 5,5 bis 9,5 Mrd. Tonnen CO2. Dort wird es auch zum Teil wieder gelagert. (Quelle der Zahlen: BINE bildungsinfo 3.)
Durch Verbrennen von fossilen Brennstoffen in Wärmekraftwerken werden jährlich ca. 32 Mrd. Tonnen CO2 emittiert, von denen etwa die Hälfte in der Atmosphäre verbleibt. Dies macht zwar nur einen kleinen Anteil des überwiegend aus natürlichen Quellen stammenden Kohlendioxids von jährlich etwa 550 Gt CO2 aus, bewirkt aber einen Nettozufluss, da die Bilanz des natürlichen CO2-Kreislauf durch das Bevölkerungswachstum bestenfalls Null beträgt. Wahrscheinlich nimmt die Aufnahmefähigkeit der Erdvegetation für Kohlendioxid aber eher ab z.B. durch die Abholzung der Tropenwälder.

Klima und "Klimaglocke Erde"

ABER: Seit dem 19. Jahrhundert ist die mittlere Temperatur auf der Erde um mehr als 0,7 Grad Celsius gestiegen. Der Verdacht liegt nahe, dass das Kohlendioxid daran schuld ist. Denn schließlich wuchs dessen Anteil in der Lufthülle parallel zur Erwärmung an.
Und die Erwärmung der Erde geht weiter, global durchschnittlich um 1,8 bis 4 Grad Celsius bis zum Jahr 2100.
Diese Erwärmung lässt sich wahrscheinlich nicht aufhalten, wohl aber verlangsamen: Dazu muss u.a. der Ausstoß an Kohlendioxid in den nächsten 150 Jahren auf 25 % des heutigen Standes reduziert werden.