KOHLENSTOFFDIOXID

KOHLENSTOFFDIOXID
Gigatonnen Kohlenstoff bzw. Gigatonnen pro Jahr
Handout zum Vortrag im Rahmen der Lehrveranstaltung
Biologie und Fachdidaktik SS2004
by Andreas Rebmann
INHALT
•
Der organische Kohlendioxidkreislauf
•
•
Photosynthese
Calvin-Zyklus
C4-Pflanzen
CAM-Pflanzen
2
3
4
5
Atmung
Glykolyse und Citrat-Zyklus
6
6
Abbau/Zersetzung
Gärung
7
7
Der anorganische Kohlendioxidkreislauf
1
Boden
Wasser bzw. die Meere
CO2-Transport in den Ozeanen-Diagramm
Quellennachweis
8
8
9
10
13
i
Der organische Kohlendioxidkreislauf
Kapitel 1
Schon auf dem Deckblatt wird klar welche Bedeutung Kohlendioxid (CO2) für das
Gleichgewicht zwischen Lebewesen und deren Lebensraum hat. Wir wollen uns nun
Schrittweise diese Zusammenhänge erarbeiten und unterscheiden dazu die
Wechselwirkungen zwischen Lebewesen = organischer Kohlendioxidkreislauf,
Kohlendioxidkreislauf und die
Wege die CO2 in Luft, Wasser und Boden nimmt = anaorganischer Kohlendioxidkreislauf
Kohlendioxidkreislauf.
islauf
Der organische Kohlendioxidkreislauf
Dieser spielt sich im Wesentlichen zwischen Pflanzen und Tieren ab, wobei die Pflanzen
CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen (assimilieren) um Photosynthese betreiben zu
können, Tiere hingegen geben CO2 ab, das bei der Atmung ( Respiration) entsteht.. Auch
bei Pflanzen gibt es Atmung aber dazu später mehr.
Wenn Pflanzen absterben oder als Nahrung für Tiere gedient haben und dann als Kot
ausgeschieden werden, kommen die Bakterien und Pilze ins Spiel, die diese Reste in ihre
Einzelbausteine abbauen, wobei unter anderem CO2 frei wird.
Es gibt also 3 wichtige Prozesse: Photosynthese, Atmung, Abbau (Zersetzung)
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
1
Der organische Kohlendioxidkreislauf
Photosynthese
Die Photosynthese
Obwohl auch einige Bakterien und Einzeller Photosynthese betreiben werden wir uns mit
den Pflanzen auseinandersetzen, da diese erstens heute die größere Rolle im
Kohlendioxidkreislauf spielen und zweitens die Grundsätze der Photosynthese ohnehin auf
beide Gruppen anwendbar sind.
Die Bilanz der Photosynthese lautet:
6 H2O + 6 CO2 + Lichtenergie => C6H12O6 + 6 O2
Früher glaubte man das tatsächlich in einer Reaktion aus Wasser und Kohlendioxid,
Kohlenhydrate und Sauerstoff entstehen wozu die chemische Gleichung wenn man durch
6 dividiert ja verleitet:
H2O + CO2 + Lichtenergie
Lichtenergie => Cn(H2O)n + O2
[Cn(H2O)n ist die allgemeine Formel für Kohlenhydrate].
In Wirklichkeit handelt es sich aber um zwei verschiedene Reaktionen die in den
Chloroplasten ablaufen:
Links die Lichtreaktion bei der aus Licht und Wasser, Sauerstoff und ATP - quasi der
Treibstoff- für die 2. Reaktion, den s.g. Calvin-Zyklus, erzeugt werden. Dieser interessiert
uns natürlich besonders da genau hier das CO2 „verbraucht“ und in einfache Zucker
(Kohlenhydrate) verwandelt wird.
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
2
Der organische Kohlendioxidkreislauf
Photosynthese
Diesen Teilbereich des Clavin-Zyklus wollen wir uns nun etwas genauer ansehen :
•
CO2 wird zunächst mit Hilfe des
weltweit häufigsten Enzyms
RubisCO in ein Molekül, das
aus 5 Kohlenstoffatomen (C5)
besteht, eingebaut (die Namen,
die
in
der
Abbildung
dabeistehen müßt ihr nicht
lernen, merkt euch nur aus wie
vielen C-Atomen diese Moleküle
aufgebaut sind, also z.B. C5).
Sowohl das Enzym als auch das
C5 müssen bereits vorhanden
sein!
•
So entsteht für kurze Zeit ein C6
das gleich in C3-Teile zerfällt.
Diese sind das erste stabile
Produkt in dem das C vom CO2
gebunden ist. Darum nennt man
Pflanzen
mit
diesem
Reaktionsweg C3C3-Pflanzen.
Pflanzen
•
Dieses C3 wird nun ein paar mal
verändert (Reduktion) bis es
schließlich als einfacher C3Zucker für den Aufbau von z.B.
Glucose
(ein
C6-Zucker)
verwendet werden kann.
Hätte man nur 1 Molekül CO2 und nur 1 Molekül C5 zur Verfügung, würde die Reaktion
zum Stillstand kommen, wenn das erzeugte C3 gleich weiterverwendet wird. Deshalb sind
quasi 3 Durchgänge nötig damit die Reaktion überhaupt ein Zyklus wird:
ALSO: 3 CO2 + 3 C5 werden kurz zu 3 C6 (18 C-Atome) und sofort zu 6 C3 (immernoch
18 C-Atome).... Von diesen 6 C3 Molekülen kann sich die Pflanze eines für den
Glucoseaufbau zur Seite legen! Die restlichen 5 C3 Molekülen (15 C-Atome) werden zu 3
neuen C5 Molekülen (15 C-Atome) umgebaut. Der Kreis ist geschlossen.
Die Energie, die die Pflanze in die Erzeugung dieser Zucker hineinsteckt ist nicht verloren
sondern in diesen Zuckern gespeichert. Um wieder an diese Energie zu kommen muss
der umgekehrte Prozess ablaufen... Die Atmung
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
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Der organische Kohlendioxidkreislauf
Photosynthese
Bei manchen Pflanzen wird das CO2 aber nicht in ein C3-Molekül sondern durch einen
besonderen Reaktionsweg in ein C4-Molekül fixiert. Die s.g. C4 Pflanzen.
Pflanzen
Die CO2-Fixierung der C4C4-Pflanzen
Bei diesen Pflanzen gibt es zwei
verschiedene Arten von Chloroplasten:
Solche die primär für die Fixierung von
CO2 verwendet werden (befinden sich in
den Mesophyllzellen, die eher farblos
erscheinen) und solche wie wir sie schon
von den C3-Pflanzen kennen (befinden
sich in den tiefer liegenden s.g.
Bündelscheidenzellen die daher grün
gefärbt sind).
In den Chloroplasten der Mesophyllzellen
wird CO2 durch ein anderes Enzym fixiert, der PEP-Carboxylase. Diese ist darauf
spezialisiert und arbeitet dadurch hocheffizient.
Im Unterschied zur RubisCO bindet sie das C vom CO2 an ein C3-Molekül. Das Ergebnis
ist dann ein C4–Molekül. Dieses wird dann zu den „normalen“ Chloroplasten transportiert,
das CO2 wird abgespalten und steht dem Calvin-Zyklus zur Verfügung.
Aber wozu der Aufwand?
Das Enzym RubisCO – das ja „normalerweise“ das CO2 fixiert – kann nämlich nicht nur
CO2 fixieren (carboxylieren) sondern auch Sauerstoff (oxygenieren). Darum heißt es auch:
Ribu
ibulosebis
losebisphosphat
bisphosphat Carboxylase Oxygenase (Ribulosebisphosphat heißt unser C5).
Sauerstoff konkurriert mit CO2 um die Bindung an RubisCO. Wenn also die O2Konzentration zunimmt kommt es mehr und mehr dazu, dass RubisCO O2 dem CO2
bevorzugt. Das passiert vor allem wenn es unter direkter Sonneneinstrahlung sehr warm
wird und somit der durch die gut laufende Photosynthese entweichende Sauerstoff in
entsprechender Konzentration vorherrscht.
Die Folge ist die s.g. Photorespiration, die ein energieverbrauchender, sich über drei
Zellorganellen erstreckender Reaktionsweg ist, der nicht nur die Leistung des CalvinZyklus schwächt sondern auch noch bereits durch diesen fixiertes CO2 wieder freisetzt, da
er um seinen Energiebedarf zu decken Zucker abbaut!
Dieses Problem wird durch den C4C4-Weg verhindert.!
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
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Der organische Kohlendioxidkreislauf
Photosynthese
Kurz erwähnen möchte ich noch die CAMCAM-Pflanzen, die auch den C4-Weg verwenden
aber diesen nicht durch verschiedene Chloroplasten räumlich sondern zeitlich getrennt
realisiert haben. CAM steht für Crassulacean Acid Metabolism.
Nur in der Nacht öffnen die CAM-Pflanzen ihre Spaltöffnungen um CO2 zu fixieren.
Dadurch verlieren sie auch deutlich weniger Wasser durch Verdunstung als es bei den
übrigen Pflanzen der Fall ist.
Gemäß dem C4-Weg wird durch die PEP-Carboxylase CO2 an das C3-Molekül fixiert.
Dieses wird von den Chloroplasten aus deren Stärkevorrat bereitgestellt. Das so
entstandene C4-Molekül (Oxalacetat) wird dann zu Malat (Äpfelsäure) umgebaut und in
der Vakuole der Pflanzenzelle gespeichert.
Am Tag braucht nun die Pflanze ihre Spaltöffnungen nicht zu öffnen um CO2 für den
Calvin-Zyklus zu bekommen. Sie holt sich einfach die Äpfelsäure aus der Vakuole, spaltet
das CO2 ab und schon kann der Calvin-Zyklus arbeiten.
Mais (C4-Pflanze)
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
Ananas (CAM-Pflanze)
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Der organische Kohlendioxidkreislauf
Atmung
Atmung
Die Atmung stellt gewissermaßen die Umkehrreaktion zur Photosynthese dar, wobei
gemeint ist, dass durch den Abbau von Kohlenhydraten unter CO2-Abgabe und O2Verbrauch für den Organismus nutzbare Energie (ATP) gewonnen wird.
Die eigentliche Atmung
findet
in
den
Mitochondrien statt, den
Zellorganellen die für die
Energieversorgung
der
Zelle verantwortlich sind.
Ihr meist vorgeschaltet ist
die
Glykolyse,
deren
Aufgabe bei den höheren
Lebewesen die Zerlegung
von Glucose (C6) zu
Pyruvat (C3) ist. Erst
Pyruvat wird dann in den
Mitochondrien veratmet
Uns
interessiert
hier
natürlich wieder der Teil
wo
das
Kohlendioxid
freigesetzt wird.
Dies geschieht im CitratCitrat-Zyklus.
Das erste CO2-Molekül wird frei wenn aus
dem C3 Pyruvat unter Reaktion mit dem
CoenzymA
das Acetyl-CoenzymA
entsteht. das geschieht bereits während
das Pyruvat ins Mitochondrion eintritt.
Das Acetyl-CoA (C2) tritt nun unter
Reaktion mit dem C4-Molekül Oxalacetat
in den Citratcyclus ein. Dabei wird der
Coenzym-Anteil unter Bildung von Citrat
(C6) wieder abgegeben.
Citrat durchläuft nun in Folge mehrere
Reaktionen und gibt dabei insgesamt
noch weitere 2 Moleküle CO2 ab.
Bei den Reaktionen danach wird dann die
Energie gewonnen.
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
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Der organische Kohlendioxidkreislauf
Abbau/Zersetzung
Abbau / Zersetzung
Totes und teilweise verwertetes organisches Material wird durch die s.g. Reduzenten und
Destruenten – meist Bakterien und Pilze - weiter abgebaut bis es in kleinste meist
anorganische Einheiten zerlegt ist. Im Falle von Pflanzenteilen bzw. Kohlenhydraten ist
das meist mit CO2-Abgabe verbunden.
Einen Teilprozess dazu haben wir schon angesprochen, die Glykolyse. Oft ist dann aber
Atmung nicht möglich, weil entweder kein Sauerstoff zur Verfügung steht, oder z.B. gar
keine Mitochondrien vorhanden sind. Dann kommt es zur Gärung bei der das Pyruvat
welches ja aus der Glykolyse hervorgeht, weiter abgebaut.
•
Der bekannteste Fall ist die
alkoholische Gärung bei der
Pyruvat unter CO2-Abgabe über
den Acetaldehyd zu Ethanol
vergoren wir. Da Gärung unter
anaeroben
Bedingungen
stattfindet, steht kein O2 zur
Verfügung.
Für
den
Elektronentransport dient dafür
NAD bzw NADH + H+ .
•
Eine 2. Möglichkeit besteht darin,
Pyruvat zu Milchsäure (Lactat)
abzubauen. Dabei wird allerdings
kein CO2 frei!
Ein anderes Beispiel ist die Äpfelsäure (Malat) die unter CO2-Abgabe zu Lactat abgebaut
wird.
Und wer kennt den Germteig nicht bei dem Hefen die Kohlenhydrate unter CO2 Abgabe
spalten.
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
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Der anorganische Kohlendioxidkreislauf
Kapitel 2
Der anorganische Kohlendioxidkreislauf
Neben diesen organischen Stoffwechselwegen bestehen auch noch anorganische
Systeme in denen Kohlendioxid gespeichert oder temporär angereichert ist. Die
Kompartimente dazu sind die Atmosphäre, Wasser bzw. die Meere und der Boden. Hier
werden wir uns besonders mit Wasser und Boden beschäftigen da die Atmosphäre ja in
einem gesonderten Vortrag bereits ausführlich behandelt wurde.
Zunächst sollte man wissen, dass CO2 in Wasser leicht löslich ist. Dabei entsteht
Kohlensäure (H2CO3) die natürlich in Carbonationen dissoziiert. Carbonate sind also die
Salze der Kohlensäure. Daraus folgt, dass Carbonate bzw. Hydrogen- oder s.g.
Bicarbonate in enger Verbindung mit CO2 stehen.
Wenn wir nun an unsere Kalkalpen denken, z.B. die Dolomiten, die ja zum Großteil aus
CalziumCarbonat (CaCO3) aufgebaut sind, wird klar in welch enormen Mengen dieses
Salz im Boden und auch im Wasser vorhanden sein kann.
Folgende Chemische Beziehungen liegen dem zu Grunde:
Daraus folgt, dass Bicarbonate CO2-Speicher sind. Deshalb werden sie auch gerne als
Backtriebmittel verwendet z.B. Backpulver.
Aber auch im Calciumcarbonat ist CO2 gebunden. Fügt man z.B. Salzsäure zu so
entweicht unter Brausen CO2: CaCO3+2HCl => CaCl2+H2O+CO2.
Zwischen Carbonat und Bicarbonat herrscht ein Gleichgewicht, welches durch seine
Pufferwirkung eine bedeutende Rolle in Boden, Meeren aber auch im menschlichen Blut
spielt. Durch diese Pufferwirkung werden extreme Schwankungen des PH-Werts
verhindert, was für Organismen von großer Wichtigkeit ist.
Es ist aber z.B. auch für die Verkarstung und die damit zusammenhängende Höhlen- und
Tropfsteinbildung, sowie auch mit der Riff und Kalkbildung im Meer verantwortlich.
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
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Der anorganische Kohlendioxidkreislauf
Meere
CO2 in den Meeren
Die physikalische KohlenstoffKohlenstoff-Pumpe
Je kälter das Meerwasser, desto mehr CO2 löst sich darin. Während die
tropischen und subtropischen Meere Kohlendioxid in die Atmosphäre
entlassen, lösen sich große Mengen des Treibhausgases in den polaren
Meeren. Von besonderer Bedeutung für die physikalische Pumpe sind
daher die Zonen der Tiefenwasserbildung, die Grönlandsee und der
Antarktische Ozean, in denen mit dem absinkenden Oberflächenwasser
das gelöste CO2 in die Tiefe gerissen und der Atmosphäre für mehrere
hundert Jahre entzogen wird – so lange dauert es, bis das Tiefenwasser
durch Auftriebsereignisse irgendwo wieder an die Oberfläche gelangt.
Die biologische KohlenstoffKohlenstoff-Pumpe
Mit der Kohlendioxidaufnahme durch die Photosynthese der Algen wird
dem Meerwasser gelöstes CO2 entzogen. Gerade in solchen
Meeresgebieten, wo es zu Massenvermehrungen der Algen kommt,
vermag das tierische Plankton die Algenproduktion nicht aufzufressen. Und
nachdem die Algen, die für ihr Wachstum notwendigen Nährstoffe wie
Nitrat und Phosphat aufgezehrt haben und nicht weiter wachsen können,
sterben sie ab und sinken zum Meeresgrund – das in ihren Zellen
gebundene Kohlendioxid nehmen sie als organischen Kohlenstoff mit in die
Tiefsee und entziehen es so dem atmosphärischen Kreislauf.
Die KalkKalk-Gegenpumpe
Die dritte, die „Kalk-Gegenpumpe“ wirkt den beiden anderen Pumpen
entgegen und führt zur Freisetzung von Kohlendioxid in die Atmosphäre.
Sie nimmt ihren Anfang in der Bildung von Kalkschalen mariner
Lebewesen, vor allem der Korallen und planktischen Kalkalgen. Denn
obwohl es so erscheint, dass die Kalkbildung große Mengen Kohlendioxids
fest bindet, ist das Gegenteil der Fall: Bei der Kalkbildung entsteht CO2.
Dies ist durch die chemische Reaktion bedingt, bei der aus zwei HCO3 je
ein Molekül Kalk (CO3), Wasser und CO2 entstehen. Kalkbildung führt
daher zu einer Erhöhung der CO2-Konzentration im Meer, die sich mit der
Atmosphäre ausgleicht, indem Kohlendioxid freigesetzt wird. Jüngste
Berechnungen zeigen, dass die Kalkbildung der Korallenriffe etwa viermal so hoch ist wie die der Kalkalgen.
Da die Riffe in warmen Flachmeeren liegen, kommt noch hinzu, dass die Löslichkeit von Kohlendioxid im
warmen Wasser gering ist und das Gas umso rascher das Meerwasser verlässt.
Quelle: http://www.lighthouse-foundation.org/lighthouse-foundation.org/explorer/artikel00225.html
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
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Der anorganische Kohlendioxidkreislauf
Meere
Gigatonnen
DIC - Dissolved Inorganic Carbon DOC/POC - Dissolved Organic Carbon / Particulate Organic Carbon
Die ozeanische Deckschicht
Die gesamte im Ozean gelöste Menge an CO2 ist 50 Mal größer als der atmosphärische
Kohlendioxid-Gehalt. Der CO2-Austausch mit der Atmosphäre findet über die ozeanische
Deckschicht statt, die je nach Region zwischen 50-100 m und mehr dick ist und durch die
Thermokline abgegrenzt wird, und erfolgt durch Gas-Austausch. Er wird hauptsächlich
durch die Differenz im CO2-Partialdruck zwischen Ozean und Atmosphäre angetrieben.
D.h. bei niedrigerem atmosphärischen CO2-Druck gast der Ozean Kohlenstoff in die
Atmosphäre aus, bei höherem CO2 -Druck in der Atmosphäre wird Kohlendioxid im
Oberflächenwasser des Ozeans gelöst. Daneben spielen der Grad der CO2-Löslichkeit im
Ozeanwasser und die Windgeschwindigkeit, die den Gasaustauschkoeffizienten
beeinflusst, eine Rolle. Der Austausch umfasst gegenwärtig über 90 Gt C pro Jahr, wobei
durch die anthropogene Störung des atmosphärischen Kohlendioxidgehalts 1,7 Gt C mehr
vom Ozean aufgenommen als abgegeben werden. Der Austausch ist regional sehr
unterschiedlich. Es gibt Gebiete mit warmem oder aufsteigendem Wasser, in denen von
Natur aus der Ozean eine Quelle, und andere, in denen kaltes Wasser absinkt und der
Ozean eine Senke ist.
Die für den Austausch zwischen Atmosphäre und Ozean entscheidenden Eigenschaften
von Kohlendioxid sind seine leichte Löslichkeit und seine chemische Reaktivität im
Wasser. Die Löslichkeit ist bestimmt durch Temperatur, Salzgehalt, Luftdruck,
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
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Der anorganische Kohlendioxidkreislauf
Meere
windabhängige Durchmischung u.a. Faktoren, wobei die Temperatur den größten
Einfluss besitzt.
Wasser mit höherer Temperatur kann weniger Kohlenstoff aufnehmen als Wasser mit
geringerer Temperatur. Bei einer Temperaturerhöhung von 1 °C steigt der Partialdruck
von CO2 in der ozeanischen Deckschicht um 4,2% oder 15 µatm, was einem mittleren
Nettofluss von etwa 4 Gt C in die Atmosphäre entspricht. D.h. eine Temperaturerhöhung
von 1°C an der Meeresoberfläche führt zu einem CO2-Fluss in die Atmosphäre, der
doppelt so groß ist wie ihre gegenwärtige jährliche Gesamtaufnahme von anthropogenem
CO2. Eine Abkühlung des Oberflächenwassers steigert dagegen die CO2-Aufnahme des
Ozeans. Kalte und warme Regionen, die in der Regel auch Kohlenstoffsenken bzw. quellen sind, sind durch Meeresströmungen miteinander verbunden und tauschen
darüber gelösten Kohlenstoff aus. So gibt es z.B. im Atlantik einen Nord-Süd-Transport von
Kohlenstoff von 0,5 bis 1,0 Gt C pro Jahr.
Gelöster anorganischer Kohlenstoff (dissolved inorganic carbon = DIC) liegt im Ozean
überwiegend, d.h. zu 91%, als Hydrogencarbonat (HCO3-) vor, daneben zu 8% als
Carbonat (CO32-) und zu 1% als physikalisch gelöstes CO2. Bei der Aufnahme aus der
Atmosphäre reagiert CO2 mit Wasser und Carbonat zu Hydrogencarbonat (CO2 + CO32- +
H2O = 2 HCO3-). Durch die Reaktion mit Kohlendioxid wird also die CarbonatKonzentration verringert und die von Hydrogencarbonat erhöht.
Das in der ozeanischen Deckschicht gelöste atmosphärische Kohlendioxid wird aber nicht
nur chemisch verwandelt, sondern auch durch die Photosynthese des Phytoplanktons
gebunden. Der Kohlenstoff wird dabei in Form von Kohlendioxid oder Hydrogencarbonat
aufgenommen. Das verringert den Partialdruck von CO2 in der oberen Wasserschicht und
fördert damit die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Die
Bruttoprimärproduktion durch das ozeanische Phytoplankton wird auf 103 Gt C pro Jahr
geschätzt, die Veratmung (autotrophe Respiration) auf 58 Gt C und die
Nettoprimärproduktion entsprechend auf 45 Gt C pro Jahr. Der daraus resultierende und
im Phytoplankton gebundene organische Kohlenstoff wird vom Zooplankton konsumiert,
wobei durch heterotrophe Respiration 34 Gt C pro Jahr wieder frei gesetzt werden. Der
Rest wird direkt oder indirekt zu Abfall (Detritus).
Der tiefere Ozean
Unterhalb der ozeanischen Deckschicht nimmt die Konzentration des gelösten
anorganischen Kohlenstoffs deutlich zu. Die Ursache liegt in zwei fundamentalen
Prozessen im Innern des Ozeans: der "physikalischen Pumpe" und der "biologischen
Pumpe". Bei der physikalischen Pumpe wird CO2 durch absinkende Wassermassen in die
Tiefe verfrachtet, bei der biologischen Pumpe durch das Absinken von organischen
Substanzen, in denen Kohlenstoff gebunden ist. Die Wirkung der physikalischen Pumpe
hängt von der thermohalinen Zirkulation und anderen Faktoren im Ozean ab. Da CO2 in
kaltem Wasser besonders gut löslich ist, wird der Transport von atmosphärischem
Kohlendioxid in den tieferen Ozean vor allem durch die Bildung von kaltem Wasser mit
hoher Dichte im Nordatlantik und dem Gebiet des Antarktischen Zirkumpolarstroms
kontrolliert. Mit dem Absinken großer Wassermassen in die Tiefe und ihrer weiteren
Ausbreitung über große Entfernungen, z.T. über alle Ozeane, wird das CO2 effektiv und
über lange Zeiträume von Jahrzehnten bis Jahrhunderten dem Austausch mit der
Atmosphäre entzogen.
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
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Der anorganische Kohlendioxidkreislauf
Meere
Das durch die Photosynthese erzeugte organische Material sinkt als Gewebepartikel
(particulate organic carbon = POC) in größere Tiefe und wird dort remineralisiert, d.h. in
seine Bestandteile aufgelöst. Dieser Abwärtsfluss von organischem Kohlenstoff aus dem
oberen Ozean, der etwa 25% des Kohlenstoffs, der im oberen Ozean durch Photosynthese
gebunden wird, ausmacht, wird als "biologische Pumpe" bezeichnet und wird
gegenwärtig auf etwa 11 Gt C pro Jahr geschätzt. Nur ein minimaler Teil sinkt in das
Sediment ab, hauptsächlich im Küstenbereich. Der restliche organische Kohlenstoff wird
im tiefen Ozean durch Zersetzung in gelösten anorganischen Kohlenstoff (DIC)
zurückverwandelt, der durch aufsteigendes Wasser wieder an die Oberfläche gelangt.
Insgesamt sorgt die biologische Pumpe dafür, dass die atmosphärische CO2Konzentration 150-200 ppm unter dem Wert liegt, der ohne das ozeanische Phytoplankton
herrschen würde. Zusätzlich zu diesen Vorgängen bilden einige Phytoplankton- und
Zooplanktonarten Kalzium(CaCO3)-Schalen, die in tiefere Schichten sinken, wo Teile
davon aufgelöst werden. Die Auflösung geschieht erst in Tiefen, in denen keine
Carbonatsättigung mehr vorliegt, d.h. unterhalb der sogenannten Lysokline, die im
nördlichen Atlantik bei 5 km und im nördlichen Pazifik bei 1 km Tiefe liegt. Der
Abwärtstransport von festen organischem Mateial führt ebenfalls zu einer Reduktion im
Oberflächen-DIC und wird manchmal als "Carbonat-Pumpe" bezeichnet, manchmal aber
auch als Teil der biologischen Pumpe verstanden.
Quelle: http://www.hamburger-bildungsserver.de/welcome.phtml?unten=/klima/klimawandel/kohlendioxid/ozean.html
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
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Quellenverzeichnis
• Neil. A. Campbell – BIOLOGIE – Spektrum, 1997, 1. korr. Nachdruck 1998
• Raven, Evert, Eichhorn – BIOLOGIE DER PFLANZEN – DeGruyter, 3.Aflg., 2000
• Sitte, Weiler, Kadereit, Bresinsky, Körner – STRASBURGER – Spektrum, 35. Aflg, 2002
• Richter – STOFFWECHSELPHYSIOLOGIE DER PFLANZEN – Thieme, 5. Aflg. 1988
• CD RÖMPP CHEMIELEXIKON – Thieme, 9. korr. Auflage, Version 1.0, 1995
• http://www.lighthouse-foundation.org/
• http://www.hamburger-bildungsserver.de/
• WWW.GOOGLE.COM {CO2, Kohlendioxid, Klima, Treibhaus, Atmung, Photosynthese,
Wasserhaushalt, CAM, C4-Pflanzen, CO2-Entsorgung, Klimaerwärmung, Emmisionen,,
Carbonate,
Hydrogencarbonate,
Gleichgewicht,
Riffbildung,
Phytoplankton,
Zooplankton,.....}
Andreas Rebmann
Wien, April 2004
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