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Kohlenstoffkreislauf an Land
Beim Kohlenstoffkreislauf wird im Grundsatz nur Kohlenstoff für verschiedene Lebewesen gebräuchlich gemacht, sodass diese den Kohlenstoff aufnehmen und weiterverarbeiten können. Der Kohlenstoffkreislauf basiert auf zwei Stoffwechselsysteme:
- die Assimilation
- die Dissimilation
Diese Stoffwechselsysteme werden von Destruenten (Pilze, Bakterien, etc.), Produzenten (Pflanzen) und Konsumenten (Tiere, Menschen) betrieben.
Assimilation und Dissimilation sind gegensätzliche Stoffwechselsysteme. Zusammen ergeben sie einen Kreislauf, welcher auch den Kohlenstoffkreislauf beinhaltet. Dabei werden bei der Assimilation und Kohlenstoffverbindungen erzeugt und mithilfe dieser kann dann bei der Dissimilation hergestellt werden. Dieses kann dann wieder als Energiequelle für die Assimilation dienen. So fügt sich alles zu einem unendlichen Kreislauf zusammen.
Abbildung 1: Schema der drei verschiedenen Klassen an Lebewesen im Ökosystem
Atmosphäre
Zunächst befindet sich der Kohlenstoff (C) in Form von Kohlenstoffdioxid () in der Luft, also in der Atmosphäre, die uns umgibt. Dieser wird dann von Pflanzen aufgenommen und für die Assimilation (Photosynthese) genutzt. Bei der Assimilation werden von den Pflanzen mithilfe von Wasser und Sonnenenergie aus dem Kohlenstoffverbindungen, sogenannte Kohlenhydrate, hergestellt. Da diese Pflanzen organische Verbindungen aufbauen, werden sie auch Produzenten genannt.
Photosynthese kann nur von grünen Pflanzen betrieben werden. Grüne Pflanzen sind grün, da sie Chloroplasten mit Chlorophyll enthalten, die grün gefärbt sind. Diese Chloroplasten sind nötig, um die Photosynthese durchführen zu können und somit auch um organische Verbindungen damit herstellen zu können.
Kohlenstoffkreislauf: Produzenten und Konsumenten
Produzenten
Die von den Produzenten hergestellten organischen Kohlenstoffverbindungen sind essenziell für alle anderen Lebewesen, weil diese keine Kohlenstoffverbindungen selbst herstellen können, ohne vorher welche aufzunehmen. So gelangen die Kohlenhydrate als Nahrung in die anderen Organismen und werden dort als Energiequelle und als Kohlenstofflieferant genutzt. Als Nebenprodukt entsteht bei der Assimilation Sauerstoff
().
Konsumenten
In den Konsumenten, die die Pflanzen als primär oder sekundäre Nahrung aufgenommen haben, findet die Dissimilation (Zellatmung) statt.
Primäre Nahrungsaufnahme ist das direkte Essen der Pflanze, während Konsumenten mit sekundärer Aufnahme nicht die Pflanze direkt, sondern einen anderen Konsumenten, der die Pflanze gefressen hat, frisst. Dabei benutzen sie den erhaltenen Kohlenstoff, um ihren eigenen Stoffwechsel zu versorgen.
Das Nebenprodukt der Produzenten wird von den Konsumenten auch genutzt und der verbrauchte Kohlenstoff wird mithilfe dieses Sauerstoffs als abgeatmet und somit wieder an die Atmosphäre zurückgegeben.
Die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre ist relativ gering (ca. 0,03 Vol.-%). Aufgrund der Photosyntheseaktivität der Produzenten ist die Umwandlungsrate von Kohlenstoff bzw. Kohlenstoffdioxid relativ hoch. Jedes Jahr wird etwa des Kohlendioxids in der Atmosphäre von der Vegetation aufgenommen. Diese Menge wird durch die Zellatmung aller Organismen weitgehend ersetzt, sodass der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre aufgrund des Kohlenstoffkreislaufs nur geringfügig schwankt.
Verbrennung fossiler Brennstoffe
Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Erdgas und Erdöl werden jedoch auch relativ große Mengen Kohlendioxid freigesetzt. Die negativen Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die globale Klimaentwicklung, der sogenannte Treibhauseffekt, sind bereits gut untersucht. Andererseits fördert der höhere Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre auch das Wachstum von Pflanzen und Algen.
Kohlenstoffkreislauf: Pedosphäre
Als Pedosphäre wird der direkte Boden unter unseren Füßen genannt. Wenn man weiter in Richtung des Erdkerns geht, gibt es noch mehrere Schichten. Diese haben jedoch nichts mit dem Kohlenstoffkreislauf zu tun.
Der Kohlenstoff geht über die abgestorbene Substanz von den Produzenten und Konsumenten in den Boden. Die eingetragenen Kohlenstoffverbindungen werden dann von Bodenorganismen, sogenannten Destruenten (beispielsweise Bakterien und Pilze jeglicher Art) oxidiert. Durch diese Reaktion gewinnen diese ihre nötige Energie, um eigene Stoffwechselvorgänge der Dissimilation in Gang zu halten.
Dieser Vorgang läuft meist aerob, also in Abhängigkeit von Sauerstoffvorkommen ab. Der Sauerstoff befindet sich in der sogenannten Bodenluft, welche die minimalen Zwischenräume in der Erde darstellt. Die Destruenten verbrauchen Kohlenhydrate und Sauerstoff und geben Kohlenstoffdioxid und Wasser an die Umgebung ab.
Wenn die Destruenten die abgestorbene, organische Substanz zersetzt haben, bleiben auch weitere Nährstoffe im Boden, die von Pflanzen wieder aufgenommen werden können. Somit dienen diese Substanzen quasi auch als Düngemittel.
Ein weiterer Teil wird humifiziert. Das heißt, es entsteht neue Erde, die in Fachsprache auch Humus genannt wird.
Da in der Bodenluft einen höheren Partialdruck aufweist, als in der Atmosphäre, wird dieser einfach von der Bodenfläche wieder an die Atmosphäre abgegeben und dient dort wieder als Kohlenstoffquelle für Photosynthese-betreibende Pflanzen.
Als Partialdruck wird ein Teil eines Druckes in einem Gasgemisch bezeichnet. Dieser zeigt beispielsweise nur den Druck von einer einzelnen Komponente, wie hier an. Es kann jedoch auch jedes andere Molekül oder Atom sein, von dem der Partialdruck angegeben ist. Alle Partialdrücke der einzelnen Komponenten ergeben zusammen den Gesamtdruck des Gemisches an.
Die Bodenatmung
Eine zentrale Rolle bei der Intensität der Bodenatmung spielen beispielsweise die Durchlüftung, Temperatur, Wasserversorgung, Mineralstoffgehalt und auch die Reaktion des Bodens. Diese Faktoren arbeiten alle Hand-in-Hand und dadurch ist auch deren Zusammenwirken sehr wichtig.
Als Hauptquellen der -Assimilation während der Photosynthese gelten die Bodenatmung und die -Freisetzung über die Bodenoberfläche in die Atmosphäre. Ohne den Abbau organischer Substanz im Boden und die daraus resultierende -Freisetzung durch Bodenorganismen würde der -Vorrat der Luft (ca. 0,03 Vol.-%) durch die Aufnahme von photosynthetischen im Boden innerhalb weniger Jahrzehnte aufgebraucht sein.
Pflanzen begrenzen die Produktion neuer Biomasse.
Abbildung 2: Schaubild zum Kohlenstoffkreislauf
Kohlenstoffkreislauf im See
Der Kohlenstoffkreislauf in einem See unterscheidet sich gar nicht so gravierend von dem Kohlenstoffkreislauf an Land. Als Produzenten und damit als Kohlenstoffdioxid abbauende Organismen gelten hier Organismen, die zum Phytoplankton gehören, wie zum Beispiel Algen. Diese betreiben, genauso wie die Pflanzen an Land, Photosynthese. Da der gebildete Sauerstoff ein Gas ist, steigt er hoch und sammelt sich hauptsächlich in der obersten Wasserschicht.
Die Konsumenten
Die Konsumenten, die im See von Fischen, Krebsen, Insekten usw. dargestellt werden, verwerten diesen Sauerstoff dann und fressen auch primär oder sekundär das Phytoplankton, um Kohlenhydrate aufzunehmen. Auch diese Organismen können absterben. Sie sinken dann auf den Boden des Sees, wo deren Biomasse mitsamt der Kohlenstoffverbindungen von den Destruenten genommen werden können.
Die Destruenten
Die Destruenten sind, wie an Land, Bakterien und Pilze, die sich im Sediment, also Boden, des Sees befinden. Das gebildete Kohlenstoffdioxid wird freigegeben und wandert als Gas im Wasser zu den Produzenten zurück. Die Destruenten benötigen jedoch auch Sauerstoff, um zu überleben. Dieser wird geliefert mithilfe des Durchmischen der Wasserschichten, welche durch Wind und Wetter vor allem im Frühling und Herbst präsent ist.
Damit schließt sich der Kreislauf des Kohlenstoffs und wird auf diese Art und Weise durchgehend wiederholt.
Kohlenstoffkreislauf – Das Wichtigste
- Der Kohlenstoffkreislauf ist ein unendlicher Kreislauf, der alle Organismen der Erde mit Kohlenstoff versorgt
- Ohne Kohlenstoff ist kein Leben möglich
- Basiert auf Assimilation (Photosynthese) und Dissimilation (Zellatmung)
- Von Produzenten wird aus der Luft aufgenommen, Kohlenstoff geht in die Pflanze über, wird zurück in die Luft gegeben
- Konsumenten gelangen durch primären oder sekundären Verzehr der Pflanze an Kohlenstoff und geben dann einen Teil des Kohlenstoffs als an die Luft ab
- Destruenten ernähren sich von abgestorbenen Überresten der Konsumenten und geben an die Luft und die restlichen Nährstoffe an den Boden ab
- Destruenten und Konsumenten benötigen zusätzlich das von den Produzenten abgegebene
- Der Kohlenstoffkreislauf im See ist ähnlich aufgebaut, wie der an Land
- Im See ist der einzige Unterschied, dass Sauerstoff durch Durchmischen der Seeschichten an Destruenten getragen werden muss und die meisten Gase sich normalerweise in der obersten Wasserschicht befinden
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Häufig gestellte Fragen zum Thema Kohlenstoffkreislauf
Warum ist der Kohlenstoffkreislauf so wichtig?
Der Kohlenstoffkreislauf ist wichtig, da er alle Organismen mit Kohlenstoff versorgt werden. Ohne Kohlenstoff kann kein Organismus überleben.
Was bedeutet Kohlenstoffkreislauf?
Der Kohlenstoffkreislauf ist die Verabreichung von Kohlenstoff an alle Organismen durch chemische Umwandlung und Weitergabe.
Welchen Einfluss hat der Mensch auf den Kohlenkreislauf?
Der Mensch hat einen Einfluss als Konsument. Er nimmt primär oder sekundär Kohlenstoff über den Verzehr von Pflanzen auf und gibt diesen an die Atmosphäre durch Ausatmung in Form von CO₂ wieder ab. Zusätzlich wird durch die menschengemachte Industrie mehr CO₂ an die Atmosphäre abgegeben, was den CO₂-Gehalt in der Atmosphäre erhöht und damit den Pflanzen beim Wachsen hilft.
Welche Rolle haben die Ozeane im globalen Kohlenstoffkreislauf?
Der Ozean kann eine sehr große Menge an Kohlenstoff binden und so den Kohlenstoff-Gehalt in der Atmosphäre verringern.
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