In den 1950er Jahren wusste die Wissenschaft wenig über das Treibhausgas Kohlendioxid. Der US-amerikanische Chemiker Charles Keeling war der Überzeugung, dass der CO₂-Gehalt der Atmosphäre weit weniger variabel sei, als viele Experten vermuteten. Für seine Messungen wählte er den Vulkan Mauna Loa auf Hawaii – weit entfernt von Industrieanlagen und mit 3400 Metern hoch genug, um von inversiven Wetterlagen nicht beeinträchtigt zu werden. Dort ließ er von 1958 an kontinuierlich den CO₂-Gehalt der Atmosphäre messen. Die Daten zeigten bald, dass der Kohlendioxidgehalt in der Luft von Jahr zu Jahr ansteigt. Periodische Schwankungen innerhalb eines Jahres konnten auf das jahreszeitlich bedingte Wachstum der Vegetation auf der Nordhalbkugel zurückgeführt werden.
Kohlenstoff ist im Universum das am vierthäufigsten vorkommende Element. Es weist unter allen chemischen Elementen die größte Vielfalt an chemischen Verbindungen auf – und ist Grundlage des Lebens. Der größte Teil des Kohlenstoffs der Erde – etwa 65500 Milliarden Tonnen – wird in Gesteinen gespeichert, der Rest im Ozean, in der Atmosphäre, in Pflanzen und im Boden. Zwischen diesen Reservoirs findet ein Austausch statt. Gibt ein Reservoir Kohlenstoff ab, führt das zu mehr Kohlenstoff in anderen Reservoirs. Dieser Kohlenstoffkreislauf ist ein hochkomplexes System, das sich nicht linear verhält. Mehr Kohlenstoff in der Atmosphäre wärmt den Planeten und lässt mehr Pflanzen an Land wachsen, die der Atmosphäre wieder Kohlendioxid entziehen. Wird mehr Kohlendioxid vom Meer gebunden, bremst das zwar die Erd erwärmung, macht aber die Ozeane saurer, was Korallen und andere Meeres bewohner schädigt.
Der Kreislauf unterteilt sich noch mal in einen langsamen und einen schnellen Zyklus. Im langsamen Kohlenstoffkreislauf benötigt Kohlenstoff zwischen 100 Millionen und 200 Millionen Jahre, um sich zwischen Gestein, Boden, Ozean und Atmosphäre zu bewegen. Pro Jahr werden durchschnittlich 10 Millionen bis 100 Millionen Tonnen Kohlenstoff ausgetauscht.
Der schnelle Kohlenstoffzyklus dagegen bewegt bis zu 100 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr, vor allem Pflanzen und Phytoplankton sind beteiligt. Der größte Fluss von Kohlenstoff von einem Reservoir zum anderen findet durch die Photosynthese der Landvegetation statt. Jedes Jahr werden dadurch circa 120 Milliarden Tonnen Kohlenstoff aufgenommen und in Zuckermolekülen gespeichert, etwa halb so viel Kohlenstoff geben die Pflanzen über die Atmung wieder ab. Der Mensch bringt durch Verbrennung fossiler Rohstoffe, Zement produktion und Entwaldung jährlich etwa 10 Milliarden Tonnen in die Atmosphäre und lässt so den Kohlendioxidgehalt steigen.
Kohlendioxid gehört wie Wasserdampf und Methan zu den Treibhausgasen, die Energie absorbieren und zum Teil wieder abgeben. Der natürliche Treibhauseffekt hat die Temperatur auf der Erde auf einen Wert steigen lassen, der Leben überhaupt erst möglich macht. Ohne Treibhausgase wäre die Erde bei minus 18 Grad Celsius gefroren; bestünde die Atmosphäre fast ausschließlich aus Treibhausgasen, wäre es auf der Erde so warm wie auf der Venus, wo Temperaturen von über 400 Grad Celsius herrschen.
Über die Hälfte der anthropogenen Emissionen wird von Landökosystemen und Ozeanen aufgenommen; diese Aufnahme wird auch Kohlenstoffsenke genannt. Die Meere absorbieren Kohlenstoff, indem an der Wasseroberfläche Kohlendioxidgas mit Wassermolekülen reagiert. Dabei wird Wasserstoff freigesetzt, wodurch die Versauerung der Ozeane zunimmt. Vor dem Industriezeitalter gab das Meer etwa so viel Kohlendioxid in die Atmosphäre ab, wie es Kohlenstoff durch Gesteinsverwitterung erhielt. Da jedoch in den letzten dreihundert Jahren die Kohlenstoffkonzentrationen in der Atmosphäre gestiegen sind, nimmt der Ozean jetzt mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre auf, als er freisetzt. Der Prozess ist langsam, da er an die Bewegung des Wassers von der Meeresoberfläche bis in die Tiefe gebunden ist. Wind, Strömung und Temperatur steuern die Geschwindigkeit, mit der die Meere Kohlendioxid aus der Atmosphäre entnehmen
Autor: Dominique Vidal, Redakteur von Le Monde diplomatique, Paris, und Autor von (mit Alain Gresh), »Cent Clés du Proche-Orient«, Paris (Hachette) 2006.
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