Kohlenstoffkreislauf – Definition, Phasen, Bedeutung, Beispiele (2023)

Definition des Kohlenstoffkreislaufs

Der Kohlenstoffkreislauf ist der Prozess, durch den sich Kohlenstoffverbindungen zwischen der Erdatmosphäre, der Biosphäre, der Geosphäre, der Pesosphäre und der Hydrosphäre bewegen.

• Der biogeochemische Prozess, durch den sich Kohlenstoff zwischen der Biosphäre, der Pezosphäre, der Geosphäre, der Hydrosphäre und der Atmosphäre der Erde bewegt, wird Kohlenstoffkreislauf genannt.
• Kohlenstoff ist der wichtigste Bestandteil aller Lebewesen und ein großer Teil vieler Mineralien wie Kalkstein.
• Neben dem Stickstoffkreislauf und dem Wasserkreislauf ist der Kohlenstoffkreislauf eine Reihe wichtiger Ereignisse, die die Existenz von Leben auf der Erde ermöglichen. Es geht darum, wie sich Kohlenstoff durch die Biosphäre bewegt, während er recycelt und wiederverwendet wird, und um die langfristigen Prozesse, durch die Kohlenstoff gespeichert und aus Kohlenstoffsenken freigesetzt wird.
• Derzeit absorbieren Kohlenstoffsenken an Land und im Ozean jeweils etwa ein Viertel des vom Menschen produzierten Kohlendioxids.
• Seit Hunderten von Jahren manipuliert der Mensch den biologischen Kohlenstoffkreislauf, indem er die Landnutzung verändert und im industriellen Maßstab fossilen Kohlenstoff (Kohle-, Öl- und Gasförderung sowie Zementproduktion) aus der Erdsphäre entfernt.
• Im Jahr 2020 war die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre fast 52 % höher als vor der Inbetriebnahme der Fabriken. Dies bedeutete, dass die Sonne die Erdatmosphäre und -oberfläche stärker erwärmen musste.
• Aufgrund des gelösten Kohlendioxids, der Kohlensäure und anderer Verbindungen führte der Anstieg des Kohlendioxids auch dazu, dass die Meeresoberfläche um etwa 30 % saurer wurde. Dadurch verändert sich die Chemie des Ozeans erheblich.
• Der größte Teil des fossilen Kohlenstoffs wurde in den letzten 50 Jahren entfernt, und die Entfernungsrate nimmt weiter zu, was zum anthropogenen Klimawandel beiträgt.
• Aufgrund der großen, aber begrenzten Trägheit des Erdsystems sind für die menschliche Zivilisation große Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf und die Biosphäre notwendig.
• Sowohl im Pariser Klimaabkommen als auch im Ziel 13 für nachhaltige Entwicklung heißt es, dass die Wiederherstellung des Gleichgewichts dieses natürlichen Systems eines der wichtigsten internationalen Ziele ist.

Kohlenstoffeigenschaften

Physikalische Eigenschaften von Kohlenstoff

• Kohlenstoff ist ein chemisches Element für sich. Dies geschieht bei einer Vielzahl von Ereignissen. Holzkohle und Ruß sind zwei Materialien, die reinen Kohlenstoff enthalten.
• Es ist ein sanftes Grau oder ein mattes Schwarz und es ist ziemlich glatt und dezent.
• kul,hergestellt wirddurch Verbrennen von Kohle unter Luftabschluss ist eine der nützlichsten Verbindungen in Kohle.
• Es manifestiert sich in einer Reihe allotroper Erscheinungsformen. Es gibt verschiedene Allotrope eines bestimmten Elements, jedes mit seinen einzigartigen chemischen und physikalischen Eigenschaften.
• Die Kohlenstoffdichte variiert je nachdem, wo sich das Element zuerst gebildet hat. Es gibt reine Formen von Kohlenstoff, wie Diamanten und Smaragde, und unreine Formen, wie Kohlenstoff, der Kohlenstoff und Wasserstoff verbindet.

Chemische Eigenschaften von Kohlenstoff

• Kohlenstoffverbindungen zeigen normalerweise 4 Reaktionen
  • Verbrennungsreaktion
  • oxidationsreaktion,
  • Additionsreaktionen
  • Ersatzreaktion.
• Wie jeder weiß, benötigt Kohlenstoff Sauerstoff, Wärme und Licht, um Kohlendioxid zu erzeugen. Wenn etwas in der Luft verbrennt und dabei Kohlendioxid entsteht, nennt man diesen Vorgang Verbrennung.
• Lassen Sie uns dies anhand einiger Verbrennungsszenarien in der Luft veranschaulichen: Bei der Verbrennung von Methan in Gegenwart von Sauerstoff entstehen Kohlendioxid, Wärme und Licht.

Phasen des Kohlenstoffkreislaufs

1. Kohlenstoff in der Atmosphäre

• Damit Kohlenstoffatome in den Kohlenstoffkreislauf gelangen können, müssen sie zunächst in gasförmiger Form vorliegen.
• CO2 kann durch anorganische Mechanismen oder durch Stoffwechselprozesse in lebenden Organismen entstehen.
• Kohlendioxidgas entstand wahrscheinlich durch vulkanische Aktivität und Asteroidenkollisionen, bevor Leben auf der Erde existierte.
• Derzeit wird Kohlenstoff durch die Aktivität von Lebewesen in die Atmosphäre freigesetzt, beispielsweise durch Rauch von Tieren, verrottende Organismen und die Verbrennung von Holz und fossilen Brennstoffen durch Menschen.
• Unabhängig davon, wie Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt, ist CO2-Gas der Beginn des Kohlenstoffkreislaufs.

2. Produzenten absorbieren Kohlenstoff

• Organismen, die Nahrung aus Sonnenlicht herstellen, wie zum Beispiel Pflanzen, nehmen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und nutzen es zur Herstellung von Kohlenhydraten.LIPID, Proteine ​​und andere wichtige Biomoleküle.
• Pflanzen nehmen CO2 durch Poren in ihren Blättern auf, die Stomata genannt werden. Kohlendioxid gelangt über die Spaltöffnungen in die Pflanze und wird mithilfe der Sonnenenergie in kohlenstoffhaltige Moleküle eingebaut.
• Die Fähigkeit von Pflanzen und anderen produzierenden Organismen wie Cyanobakterien, atmosphärischen Kohlenstoff in lebende Materie umzuwandeln, ist für das Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung.

3. Die Produzenten werden gefressen

• ""Verbraucher"sind Arten, die andere Organismen fressen. Tiere sind die offensichtlichste Art von Verbrauchern in unseren Ökosystemen, aber auch mehrere Arten von Mikroorganismen fallen in diese Kategorie.
• Der Einbau von Kohlenstoffmolekülen aus Pflanzen und anderen Nahrungsquellen ist eine Funktion der Nahrungsaufnahme. Sie verwenden einige dieser Kohlenstoffmoleküle aus der Nahrung, um ihren Körper aufzubauen, aber der Großteil der Nahrung, die sie zu sich nehmen, wird zersetzt, um Energie freizusetzen, was im Wesentlichen das Gegenteil von dem ist, was die Produzenten tun.
• Tiere brechen diese Bindungen, um die darin enthaltene Energie freizusetzen und Zucker, Lipide und andere Kohlenstoffmoleküle in einzelne Kohlenstoffeinheiten umzuwandeln. Diese gelangen schließlich als Kohlendioxid in die Atmosphäre.

4. Zersetzer setzen Kohlenstoff frei

• Pflanzen und Tiere, die sterben, ohne von anderen Organismen gefressen zu werden, werden von anderen Organismen namens „Zersetzer“ abgebaut.
• Zersetzer bestehen aus zahlreichen Bakterien und einigen Pilzen. Normalerweise bauen sie totes Material einfach ab, anstatt lebende Tiere oder Pflanzen zu fangen und zu verzehren.
• Zersetzer brechen wie Säugetiere chemische Bindungen in ihren Nahrungsmolekülen. Sie produzieren viele chemische Nebenprodukte, teilweise auch CO2.

5. Menschliche Aktivitäten

• Der Mensch hat in jüngster Zeit erhebliche Veränderungen am Kohlenstoffkreislauf der Erde vorgenommen. Durch die Verbrennung riesiger Mengen fossiler Brennstoffe und die Abholzung von etwa der Hälfte der weltweiten Wälder hat der Mensch die Fähigkeit des Planeten, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen, verringert und gleichzeitig große Mengen an Kohlenstoff freigesetzt, der in fester Form als Pflanzenmaterial und Brennstoffe gespeichert ist.
• Dies würde die Menge an Kohlendioxid in der Erdatmosphäre erhöhen, was problematisch ist, da Kohlendioxid ein „Treibhausgas“ ist, das die Temperatur und das Klima der Erde reguliert.
• Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat Bedenken geäußert, dass wir durch die Veränderung des Kohlenstoffkreislaufs der Erde unser Klima oder andere wichtige Elemente des Ökosystems, von denen unser Überleben abhängt, erheblich verändern könnten.
• Viele Experten empfehlen daher, den CO2-Ausstoß zu reduzieren, indem man den Auto- und Stromverbrauch reduziert und in nicht brennbare Energiequellen wie Solar- und Windkraft investiert.

Zusammenfassung der Phasen des Kohlenstoffkreislaufs

Der Kohlenstoffkreislaufprozess besteht aus den folgenden Hauptschritten:

1. Pflanzen nehmen bei der Photosynthese Kohlenstoff aus der Atmosphäre auf.
2. Diese Pflanzen werden dann von Tieren gefressen.BioakkumulationKohlenstoff in Ihrem Körper.
3. Diese Organismen sterben schließlich ab und durch ihre Zersetzung wird Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre freigesetzt.
4. Ein Teil des Kohlenstoffs, der nicht in die Atmosphäre zurückgeführt wird, wird schließlich zu fossilem Brennstoff.
5. Diese fossilen Brennstoffe werden dann für menschliche Aktivitäten genutzt und geben zusätzlichen Kohlenstoff in die Atmosphäre ab.

Sintrofia und Metanogênese

• Die meisten organischen Verbindungen werden in der Natur durch aerobe mikrobielle Prozesse oxidiert.
• Da Sauerstoff (O2) jedoch ein schwer lösliches Gas ist und bei Verfügbarkeit aktiv verbraucht wird, gelangt immer noch viel organischer Kohlenstoff in anoxische Umgebungen.
• Methanogenese, die biologische Produktion von CH4, ist ein wichtiger Prozess in anoxischen Lebensräumen und wird durch eine große Gruppe von Archaeen, die Methanogene, katalysiert, die streng anaerob sind.
• Die meisten Methanogene können CO2 als terminalen Elektronenakzeptor bei der anaeroben Atmung nutzen und es mit H2 als Elektronendonor zu CH4 reduzieren.
• Nur sehr wenige andere Substrate, hauptsächlich Acetate, werden durch Methanogene direkt in CH4 umgewandelt.
• Um die meisten organischen Verbindungen in CH4 umzuwandeln, müssen Methanogene mit Partnerorganismen namens Syntrophen zusammenarbeiten, die ihnen Vorläufer für die Methanogenese liefern.

Was ist der schnelle Kohlenstoffkreislauf?

• Es gibt schnelle und langsame Kohlenstoffkreisläufe.
• Der schnelle Zyklus findet in der Biosphäre statt, während der langsame Zyklus im Gestein stattfindet.
• Der schnelle oder biologische Kreislauf kann in wenigen Jahren abgeschlossen sein und Kohlenstoff aus der Biosphäre in die Atmosphäre und umgekehrt übertragen.
• Beim schnellen Kohlenstoffkreislauf handelt es sich hauptsächlich um kurzfristige biogeochemische Aktivitäten zwischen der Umwelt und lebenden Organismen in der Biosphäre (siehe Diagramm am Anfang des Artikels).
• Dabei handelt es sich um den Austausch von Kohlenstoff zwischen der Atmosphäre,terrestrische und marine Ökosysteme, Boden und Sedimente auf dem Meeresboden.
• Der schnelle Zyklus besteht aus jährlichen Zyklen der Photosynthese und dekadischen Zyklen vegetativen Wachstums und Verfalls.
• Viele der unmittelbarsten Auswirkungen des Klimawandels werden durch schnelle Reaktionen des Kohlenstoffkreislaufs auf menschliche Aktivitäten bestimmt.

(Video) Produktlebenszyklus & Produktlebenszyklusphasen Beispiel und Definition

Was ist der langsame Kohlenstoffkreislauf?

• Der langsame oder geologische Zyklus kann Millionen von Jahren dauern, um Kohlenstoff durch die Erdkruste, das Gestein, den Boden, die Ozeane und die Atmosphäre zu transportieren.
• Beim langsamen Kohlenstoffkreislauf handelt es sich um mittel- bis langfristige geochemische Prozesse, die Teil des Gesteinskreislaufs sind (siehe Diagramm rechts).
• Der Austausch zwischen Wasser und Atmosphäre kann Jahrhunderte dauern, während die Verwitterung von Gesteinen Millionen von Jahren dauern kann.
• Kohlenstoff im Ozean lagert sich am Meeresboden ab, wo er Sedimentgestein bilden und in den Erdmantel sinken kann.
• Dieser geologische Kohlenstoff kehrt durch Gebirgsbildungsprozesse an die Erdoberfläche zurück. Gesteine ​​erodieren und Kohlenstoff gelangt durch Verdunstung in die Atmosphäre und über Flüsse in den Ozean zurück.
• Anderer geologischer Kohlenstoff kehrt durch hydrothermale Emission von Kalziumionen in den Ozean zurück.
• In einem bestimmten Jahr durchlaufen 10 bis 100 Millionen Tonnen Kohlenstoff diesen langsamen Kreislauf. Dazu gehören Vulkane, die geologischen Kohlenstoff als Kohlendioxid direkt in die Atmosphäre abgeben.
• Dies entspricht jedoch weniger als einem Prozent des Kohlendioxids, das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht.

Bodenkohlenstoff im Wasserkreislauf

1. Wie Wolkenkondensationskerne fördern atmosphärische Partikel die Wolkenbildung.
2. Regentropfen absorbieren organischen und anorganischen Kohlenstoff, wenn sie auf den Boden fallen, fangen Partikel ein und absorbieren Dämpfe.
3. Bei Verbrennungen und Vulkanausbrüchen entstehen hochkonzentrierte polyzyklische aromatische Moleküle (d. h. schwarzer Kohlenstoff), die zusammen mit Treibhausgasen wie CO2 wieder in die Umwelt freigesetzt werden.
4. Landpflanzen nehmen durch Photosynthese atmosphärisches CO2 auf und geben einen Teil davon durch Atmung an die Atmosphäre ab. Lignin und Zellulose machen bis zu 80 % des organischen Kohlenstoffs in Wäldern und 60 % des organischen Kohlenstoffs in Weiden aus.
5. Wurzelreste und organischer Kohlenstoff verbinden sich mit Sedimentmaterial und bilden organischen Boden, in dem Pflanzen und steiniger organischer Kohlenstoff gespeichert und durch die Aktivitäten von Mikroorganismen und Pilzen verändert werden.
6. Wasser absorbiert gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) und gelösten anorganischen Kohlenstoff (DIC), während es über das Walddach (d. h. Durchfluss) und entlang Pflanzenstämmen/-zweigen (d. h. Stängelfluss) fließt. Biogeochemische Veränderungen treten auf, wenn Wasser in die Bodenlösung und in unterirdische Wasserreservoirs gelangt. Abfluss tritt auf, wenn der Boden vollständig gesättigt ist oder wenn der Niederschlag schneller erfolgt als die Bodensättigung.
7. Organischer Kohlenstoff aus der terrestrischen Biosphäre und der In-situ-Primärproduktion wird durch mikrobielle Gemeinschaften in Flüssen und Bächen in Kombination mit natürlicher Zersetzung (d. h. Photooxidation) abgebaut, was zu einem CO2-Fluss von Flüssen in die Atmosphäre führt, der der jährlich begrenzten Kohlenstoffmenge entspricht durch die Biosphäre der Erde.
8. Im Boden produzierte Makromoleküle wie Lignin und Ruß werden in kleinere Bestandteile und Monomere zerlegt, die in CO2, Stoffwechselzwischenprodukte oder Biomasse umgewandelt werden.
9. Seen, Stauseen und Überschwemmungsgebiete speichern im Allgemeinen erhebliche Mengen an organischem Kohlenstoff und Sedimenten, weisen aber auch eine Nettoheterotrophie in der Wassersäule auf, was zu einem Netto-CO2-Fluss in die Atmosphäre führt, der etwa eine Größenordnung kleiner ist als der von Flüssen.
10. Neben Auen, Seen und Stauseen sind auch anoxische Sedimente aus Auen, Seen und Stauseen häufig reich an Methanbildung. Normalerweise führt der Nährstoffexport aus dem Fluss zu einer erhöhten Primärproduktion in den Flussfahnen. Aber Flussmündungen stellen eine globale CO2-Quelle für die Atmosphäre dar. Blauer Kohlenstoff wird gespeichert und aus Küstenfeuchtgebieten gewonnen. Es wird angenommen, dass Sümpfe und Feuchtgebiete weltweit die gleiche Menge CO2 in die Atmosphäre abgeben wie Flüsse.
11. Normalerweise nehmen Festlandsockel und offene Ozeane CO2 aus der Atmosphäre auf.
12. Die meeresbiologische Pumpe speichert einen kleinen, aber erheblichen Teil des in Meeressedimenten aufgenommenen CO2 als organischen Kohlenstoff (siehe nächster Abschnitt).

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Was ist der Deep Carbon Cycle?

• Der tiefe Kohlenstoffkreislauf ist der geochemische Transport von Kohlenstoff durch den Erdmantel und den Erdkern.
• Es steht in engem Zusammenhang mit dem Transport von Kohlenstoff zur Erdoberfläche und in die Atmosphäre als Teil des Kohlenstoffkreislaufs.
• Durch die Rückführung von Kohlenstoff in die Tiefen der Erde spielt es eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der für das Leben auf der Erde notwendigen Bedingungen. Ohne sie würde sich Kohlenstoff in der Atmosphäre ansammeln und über lange Zeiträume hinweg extrem große Mengen ansammeln.
• Da Tiefbohrungen nicht möglich sind, ist über die Rolle des Kohleblocks nur sehr wenig bekannt.
• Eine Reihe von Beweisen, hauptsächlich aus Labormodellen der Bedingungen tief in der Erde, haben jedoch die Mechanismen der Reise des Elements in den unteren Erdmantel und die Formen enthüllt, die Kohlenstoff bei den hohen Temperaturen und Drücken dieser Schicht annimmt.
• Darüber hinaus haben Instrumente wie die Seismologie unser Verständnis über das mögliche Vorhandensein von Kohlenstoff im Erdkern verbessert.
• Untersuchungen zur Zusammensetzung basaltischer Lava und zum Kohlendioxidfluss aus Vulkanen zeigen, dass die Kohlenstoffmenge im Erdmantel tausendmal größer ist als an der Oberfläche.

Auswirkungen menschlicher Aktivitäten und Umweltphänomene

• Kohlendioxid (CO2), ein Treibhausgas, wird durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe schnell in die Atmosphäre freigesetzt und führt zu einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur und einer Versauerung der Ozeane.
• Landwirtschaftliche Praktiken, die Kohlendioxid- und Methanemissionen (CH4, ein Treibhausgas) verursachen. Methan entsteht beispielsweise durch die Verdauung von Pflanzenmaterial durch Kühe und durch die Ausbreitung von Bakterien auf Reisfeldern. Kohlendioxid entsteht bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe zum Antrieb landwirtschaftlicher Maschinen, bei der Gewinnung von Mineralien und bei der Herstellung von Düngemitteln. Die landwirtschaftliche und tierische Produktion wirkt sich auch auf die lokale Produktivität und Biomasse sowie auf die Geschwindigkeit der Photosynthese, Atmung und Zersetzung organischer Stoffe aus.
• Durch die Abholzung der Wälder verringert sich die Photosyntheserate und damit die Menge des gebundenen Kohlendioxids.Pflanzenwachstum. Wenn Bäume wachsen, nehmen sie Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und speichern es in ihrem Holz, ihren Blättern, ihrer Rinde und ihren Wurzeln. Kohlenstoff wird in die Atmosphäre zurückgeführt, wenn gefällte Bäume verrotten oder absichtlich in Brand gesteckt werden, eine typische Methode der Abholzung. Daher führt die Abholzung von Wäldern in der Regel zu Kohlendioxidemissionen, es sei denn, das gesamte Holz wird für Bau- oder Papierprodukte verwendet.
• Der Permafrostbereich (Permafrost), der Methan (CH4, ein Treibhausgas) enthält. Wenn die Temperaturen das ganze Jahr über niedrig bleiben, zersetzt sich organisches Material sehr langsam und verbleibt im Boden. Methan wird freigesetzt, wenn der Permafrost schmilzt, was bei steigenden globalen Temperaturen der Fall ist. Steigende Temperaturen beschleunigen auch die Zersetzungsgeschwindigkeit und erhöhen die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre.
• Änderungen inSedimentationsratenund die Verdrängung organischer Stoffe beeinflusst die Menge an Kohlenstoff, die für die Zersetzung verfügbar ist, und die Menge an Kohlenstoff, die über Millionen von Jahren im Gestein gespeichert wird. Beispielsweise verringert die verstärkte Einbettung abgestorbener Pflanzen und Planktons die Zersetzung und beschleunigt so die Entstehung fossiler Brennstoffe.
• Über Millionen von Jahren kann der Gesteinskreislauf die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre verändern. Beispielsweise kann bei metamorphen Ereignissen unter Hitze und Druck Kohlendioxid freigesetzt werden. Andererseits verringert die Gesteinsverwitterung, die auftritt, wenn sich Kohlendioxid im Regenwasser unter Bildung von Kohlensäure (H2CO3) löst, die atmosphärische Kohlendioxidkonzentration. Diese Klimareaktionen werden möglicherweise durch die Erwärmung beschleunigt, reichen jedoch nicht aus, um den durch menschliche Aktivitäten verursachten Anstieg des Kohlendioxids auszugleichen.
• Geologische Schwankungen der Vulkanismusrate, die durch Plattentektonik verursacht werden, können die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre erheblich beeinflussen, wenn auch über Millionen von Jahren hinweg, nicht auf menschlichen Zeitskalen.

Beispiele für den Kohlenstoffkreislauf

Der Kohlenstoffkreislauf besteht aus vielen parallelen Prozessen, die Kohlenstoff aufnehmen oder abgeben können. Zusammen sorgen diese Prozesse für die relative Stabilität des Kohlenstoffkreislaufs, der Temperatur und der Biosphäre der Erde. Nachfolgend sind umweltfreundliche Komponenten aufgeführt, die Kohlenstoff absorbieren, Kohlenstoff in lebende Materie umwandeln oder Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre abgeben können.

zur Atmosphäre

• Kohlendioxid in der Erdatmosphäre ist eine wichtige Kohlenstoffsenke. Kohlenstoff verbindet sich mit zwei Sauerstoffatomen zu einem stabilen gasförmigen Molekül.
• Dieses Gas wird in der Natur durch vulkanische Aktivität und durch das Einatmen von Tieren freigesetzt, die Kohlenstoffmoleküle aus der von ihnen verzehrten Nahrung mit Sauerstoffmolekülen verbinden, bevor sie diese ausatmen.
• Pflanzen können Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen, indem sie atmosphärischen Kohlenstoff in Zucker, Proteine, Lipide und andere lebenserhaltende Chemikalien umwandeln.
• Kohlendioxid kann auch durch Absorption in den Ozean aus der Atmosphäre entfernt werden, wo sich Wassermoleküle mit Kohlendioxid zu Kohlensäure verbinden können.

die Lithosphäre

• Die Erdkruste, bekannt als „Lithosphäre“, abgeleitet von den griechischen Wörtern „Stein“ und „Kugel“, kann ebenfalls Kohlendioxid in die Atmosphäre entweichen lassen.
• Dieses Gas kann durch chemische Reaktionen in der Erdkruste und im Erdmantel entstehen.
• Vulkanische Aktivität kann zu natürlichen Kohlendioxidemissionen führen.
• Einige Experten vermuten, dass weit verbreiteter Vulkanismus zur globalen Erwärmung beigetragen haben könnte, die zum Aussterben des Perm führte.
• Allerdings kann die Erdkruste auch Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufnehmen. Bewegungen in der Erdkruste können kohlenstoffhaltige Verbindungen tief unter der Erde vergraben, wo ihr Kohlenstoff nicht mehr in die Atmosphäre entweichen kann.
• Im Laufe von Millionen von Jahren verwandeln sich diese unterirdischen organischen Lagerstätten in Kohle, Öl und Benzin.
• In den letzten Jahren hat der Mensch begonnen, einen erheblichen Teil dieses Kohlenstoffs wieder in die Atmosphäre freizusetzen und ihn zu verbrennen, um Autos, Kraftwerke und andere Geräte anzutreiben.

Biosphäre

• Manche Organismen nehmen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf, andere geben es wieder ab. Pflanzen und Tiere sind die wichtigsten Mitglieder dieses Ökosystems.
• Kohlenstoff wird durch Pflanzen aus der Atmosphäre entfernt. Dies ist keine wohlwollende Geste. Pflanzen benötigen aktiv atmosphärischen Kohlenstoff als „Nahrung“, um Zucker, Proteine, Lipide und andere lebenswichtige Bestandteile zu produzieren.
• Kohlendioxid und andere Spurenelemente werden von Pflanzen verwendet, um diese organischen Verbindungen durch Photosynthese zu bilden, bei der Energie aus Sonnenlicht genutzt wird. Tatsächlich kommt „Photosynthese“ von den griechischen Begriffen „photo“, was „Licht“ bedeutet, und „composite“, was „vereinen“ bedeutet.
• In einer sorgfältig ausgewogenen Reihe chemischer Prozesse fressen Tiere Pflanzen (und andere Tiere) und bauen dann diese neu geschaffenen Moleküle ab.
• Bei der Photosynthese speichern Pflanzen chemische Energie in den Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen und anderen Atomen. Tiere beziehen ihre Energie aus diesen Schleifen.
• Um das zu erreichen,tierische ZellenKomplexe Verbindungen wie Kohlenhydrate, Lipide und Proteine ​​werden in einzelne Kohlenstoffeinheiten zerlegt – Kohlendioxidmoleküle, die durch die Reaktion von Carbonatmolekülen in Lebensmitteln mit Sauerstoff in der Luft entstehen.

Ozeane

• Die Ozeane sind in der Lage, Kohlendioxid aufzunehmen und abzugeben. Wenn atmosphärisches Kohlendioxid mit Meerwasser in Kontakt kommt, kann es mit Wassermolekülen reagieren und Kohlensäure bilden, eine flüssige Form von Kohlenstoff, die sich auflöst.
• Wenn im Ozean mehr Kohlendioxid vorhanden ist als Kohlendioxid in der Atmosphäre, kann ein Teil des Kohlendioxids als Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt werden.
• Andererseits wird mit zunehmendem Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre mehr Kohlendioxid in Kohlensäure umgewandelt und der Säuregehalt der Ozeane nimmt zu.
• Einige Experten haben Bedenken geäußert, dass der Säuregehalt der Ozeane in einigen Gebieten zunimmt, möglicherweise als Folge eines durch menschliche Aktivitäten verursachten Anstiegs des atmosphärischen Kohlendioxids.
• Obwohl diese Schwankungen im Säuregehalt der Ozeane nach menschlichen Maßstäben unbedeutend erscheinen mögen, sind viele Formen des Meereslebens auf chemische Reaktionen angewiesen, für deren Existenz ein ganz bestimmter Säuregehalt erforderlich ist. Tatsächlich führt die Versauerung der Ozeane derzeit zum Aussterben vieler Korallenriff-Ökosysteme.

Der Kohlenstoffkreislauf auf der Erde

• Kohlenstoff liegt in der Atmosphäre in Form von Kohlendioxid vor. Natürliche Aktivitäten wie das Atmen und industrielle Nutzung wie das Verbrennen fossiler Brennstoffe setzen Kohlenstoff in die Atmosphäre frei.
• Photosynthese ist der Prozess, bei dem Pflanzen CO2 absorbieren, um Kohlenhydrate zu produzieren. Die Gleichung sieht so aus: CO2 + H2O + Energie → (CH2O)n +O2
• Kohlenstoffmoleküle werden vom Produzenten zum Verbraucher transportiertNahrungskette. Der größte Teil des Kohlenstoffs im Körper verbleibt als Kohlendioxid beim Atmen. Zersetzer sind dafür verantwortlich, tote Organismen zu verzehren und Kohlenstoff aus ihren Körpern in die Atmosphäre zurückzugeben. Dieser Prozess hat die folgende Gleichung: (CH2O)n +O2 → CO2 + H2O

Kohlenstoffkreislaufprozess

Der Kohlenstoffkreislauf in der Natur besteht aus zwei Hauptprozessen:

1. Die Umwandlung der oxidierten Form von Kohlenstoff in die reduzierte organische Form durch photosynthetische Organismen.
2. Wiederherstellung der ursprünglichen oxidierten Form durch Mineralisierung der organischen Form durch Mikroorganismen.

1. Umwandlung der oxidierten Form von Kohlenstoff (CO2) in die reduzierte organische Form

• Die Photosynthese ist in erster Linie für die Umwandlung von CO2 in organische Kohlenstoffmoleküle verantwortlich.
• Die wichtigsten Kohlendioxid-Sequester sind photosynthetische Algen und höhere Pflanzen.
• Im Ozean sind Phytoplankton, kleine Schwebealgen, die dominierenden kohlenstoffbindenden Pflanzen. Es wird geschätzt, dass sie etwa 1,2 x 1010 Tonnen Kohlenstoff pro Jahr binden.
• Berichten zufolge werden jährlich etwa 1,6 x 1010 Tonnen Kohlenstoff durch photosynthetische Landpflanzen gebunden.

• Darüber hinaus können autotrophe und heterotrophe Bakterien organisches Material aus anorganischem Kohlenstoff produzieren. Neben der Photosynthese unter Mikroorganismen bieten diese Organismen auch ein Beispiel für die CO2-Fixierung in den folgenden chemischen Verbindungen:
• Die einzige Kohlenstoffquelle für autotrophe Bakterien ist Kohlendioxid. Letzterer bindet in einer Reduktionsreaktion CO2 mit Kohlenhydraten. CO2 + 2H2 → (CH2O)x + H2O
• Im Allgemeinen binden heterotrophe Bakterien Kohlendioxid. CH3COCOOH + CO2 → HOOCCH2. COCOOH

2. Rückgewinnung der ursprünglichen oxidierten Form (CO2) durch Mineralisierung der organischen Form

Es gibt drei verschiedene Mechanismen, durch die organisches Material mineralisiert und CO2 in die Umwelt freigesetzt wird. Sie sind:

• der Atemvorgang
• Versehentliches (Waldbrand) und vorsätzliches (Kraftstoff-)Verbrennen.
• Zersetzung organischer Stoffe durch Mikroben.

Der Atmungsprozess bei Pflanzen und Tieren sowie die versehentliche und absichtliche Verbrennung von Pflanzen und ihren Teilen führen zum Abbau organischer Kohlenstoffmoleküle und zur anschließenden Freisetzung von Kohlendioxid in die Atmosphäre.

Zersetzung organischer Stoffe durch Mikroorganismen

Mikroorganismen, insbesondere Bakterien und Pilze, bauen organische Kohlenstoffverbindungen ab, die sich schließlich im Boden ablagern. CO2 wird in die Atmosphäre und die Erde abgegeben.

(i) Zelluloseabbau;

• Die in Pflanzen am häufigsten vorkommende organische Substanz ist Zellulose. Viele Arten von Pilzen und Bakterien können Sie leicht infizieren.
• Der Abbau von Cellulose zu Kohlendioxid lässt sich durch die folgenden Reaktionen zusammenfassen:

• Ola τα Trichoderma, Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Chaetomium und Verticillium enthalten Cellulose im Boden ab. Rhizoctonia, Myrothecium, Merulius, Pleurotus, Fomes κ.λπ.
• Bakterien wie Clostridium, Cellulomonas, Streptomyces, Cytophaga, Bacillus, Pseudomonas, Nocardia, Micromonospora, Sporocytophaga, Polyangium, Cellfalcicula usw. sind für den Zelluloseabbau im Boden verantwortlich.

(ii) Zersetzung von Hemizellulose

• Hemicellulosen sind Polymere aus Pentosezucker, Hexose und Uronsäure.
• Der Abbau von Hemizellulosen durch Bakterien wird durch extrazelluläre Enzyme, sogenannte Hemizellulosen, erleichtert.
• Beispiele für Pilze, die Hemizellulose im Boden abbauen, sind Chaetomium, Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Fusarium und Humicola. Zu den Hemicellulose-abbauenden Bakterien im Boden zählen unter anderem Bacillus, Pseudomonas, Cytophaga, Vibrio, Erwinia, Streptomyces und Actinomyces.

(iii) Ligninzersetzung

• Lignin ist der dritthäufigste Pflanzenbestandteil. Es ist äußerst resistent gegen mikrobiellen Abbau.
• Es ist jedoch bekannt, dass einige Pilze (Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Lenzites, Clavaria, Polyporus usw.) und Bakterien (Streptomyces, Nocardia, Flavabacterium, Xanthomonas, Pseudomonas, Micrococcus usw.) Lignin langsam abbauen.

Die Bedeutung des Kohlenstoffkreislaufs

Der Kohlenstoffkreislauf stellt die Bewegung von Kohlenstoff zwischen der Biosphäre, der Hydrosphäre, der Atmosphäre und der Geosphäre des Planeten dar. Dies ist aus mehreren Gründen notwendig:

• Kohlenstoff ist ein wesentliches Element für alles Leben. Daher hilft uns das Verständnis ihrer Bewegungen, biologische Prozesse und die Faktoren, die sie beeinflussen, zu verstehen.
• Kohlendioxid, ein Treibhausgas, ist eine Art Kohlenstoff. Erhöhte Kohlendioxidwerte isolieren den Planeten und führen zu einem Temperaturanstieg. Wenn wir verstehen, wie Kohlendioxid absorbiert und emittiert wird, können wir den Klimawandel vorhersagen und das Klima verstehen.
• Kohlenstoff ist aus dem Gleichgewicht geraten, daher ist es wichtig zu verstehen, wo er gespeichert und freigesetzt wird. Kohlenstoff wird nicht im gleichen Verhältnis zur Erde zurückgeführt, wie er in Lebewesen abgelagert wird. Kohlenstoff kommt in lebenden Organismen etwa 100-mal häufiger vor als auf der Erde. Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe werden große Mengen Kohlenstoff in die Atmosphäre und den Planeten freigesetzt.
• Der Kohlenstoffkreislauf hängt von der Anwesenheit anderer Elemente und Moleküle ab. Beispielsweise hängt der Kohlenstoffkreislauf vom Sauerstoffgehalt der Atmosphäre ab. Bei der Photosynthese nehmen Pflanzen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und wandeln es in Glukose (gespeicherten Kohlenstoff) um, während sie Sauerstoff freisetzen.

Verwendung von Kohlenstoff

• Es ist ein kostenloser Artikel mit vielen Apps. Dazu gehört die Verwendung von Diamanten oder schwarzen Pigmenten zur Verzierung von Autofelgen oder von Druckertinte.
• Graphit ist eine weitere Form von Kohlenstoff, die in Hochtemperaturtiegeln, Bogenlampenelektroden, Trockenzellen und Bleistiftminen verwendet wird.
• Holzkohle ist eine weitere amorphe Form von Kohlenstoff, die als Bleichmittel und Gasabsorber verwendet wird.
• Für kohlensäurehaltige Getränke verwenden sie Kohlendioxid und einen Feuerlöscher.
• Kohlenstoff im InnerenGleichgewichtszustandEs heißt Trockeneis.
• Kohlenmonoxid wird auch in verschiedenen metallurgischen Reduktionsprozessen verwendet.
• In industriellen Lösungsmitteln sind Schwefelkohlenstoff und Tetrachlorkohlenstoff zwei wichtige Bestandteile.

Wichtige Punkte zum Kohlenstoffkreislauf

• Der Kohlenstoffkreislauf beschreibt die Übertragung von Kohlenstoff zwischen Biosphäre, Geosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre des Planeten.
• Kohlenstoff ist ein notwendiger Bestandteil des Lebens.
• Grüne Pflanzen und andere photosynthetische Organismen absorbieren Kohlendioxid aus der Atmosphäre und wandeln es in organische Moleküle um, die in der Nahrungskette nach oben wandern. Die Kohlenstoffatome werden dann beim Atmen als Kohlendioxid ausgestoßen.
• Die Bildung fossiler Brennstoffe und Sedimentgesteine ​​trägt über sehr lange Zeiträume zum Kohlenstoffkreislauf bei.
• Im Kohlenstoffkreislauf geht es um die Verfügbarkeit zusätzlicher Chemikalien.

Häufige Fragen

Wie gelangt Kohlenstoff in die unbelebte Umwelt?

Die unbelebte Umwelt besteht aus Substanzen, die nie existierten, und kohlenstoffhaltigen Bestandteilen, die nach dem Aussterben von Lebewesen bestehen bleiben. Die unbelebten Teile der Hydrosphäre, Atmosphäre und Geosphäre enthalten Kohlenstoff als:

• Karbonatgesteine ​​(CaCO3) umfassen Korallen und Kalkstein.
• Abgestorbene organische Stoffe wie Humus im Boden.
• fossile Brennstoffe, die aus zersetzten organischen Materialien (Kohle, Öl, Erdgas) gewonnen werden.
• Kohlendioxid in der Atmosphäre.
• HCO3 entsteht, wenn CO2 in Wasser gelöst wird.

Wie gelangt Kohlenstoff in lebende Materie?

Kohlenstoff gelangt über Autotrophe in die lebende Materie. Sie sind Lebewesen, die in der Lage sind, ihre eigene Nahrung aus anorganischen Substanzen zu synthetisieren.

• Photoautotrophe sind für den Großteil der Umwandlung von Kohlenstoff in organische Nährstoffe verantwortlich. Photoautotrophe Organismen, bei denen es sich vor allem um Pflanzen und Algen handelt, nutzen Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser, um organische Kohlenstoffmoleküle (z. B. Glukose) zu produzieren.
• Chemoautotrophe sind Bakterien und Archaeen, die Kohlenstoff von Kohlendioxid in organische Form umwandeln, ihre Energie für die Reaktion jedoch aus der Oxidation von Molekülen statt aus der Photosynthese beziehen.

Wie wird Kohlenstoff in die unbelebte Umwelt zurückgeführt?

Kohlenstoff wird in die Atmosphäre und ins Wasser zurückgeführt durch:

• Verbrennung (als elementarer Kohlenstoff und verschiedene Kohlenstoffmoleküle) (als elementarer Kohlenstoff und verschiedene Kohlenstoffverbindungen).
• Atmungsprozesse bei Pflanzen und Tieren (z. B. Kohlendioxid, CO2).
• Zersetzung (als Kohlendioxid, wenn Sauerstoff vorhanden ist, oder als Methan, CH4, wenn kein Sauerstoff vorhanden ist) (als Kohlendioxid, wenn Sauerstoff vorhanden ist, oder als Methan, CH4, wenn kein Sauerstoff vorhanden ist).

Referenzen

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