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kleinenundkleinstenGehalten(voneinigen
Zehner bis Hundert ppm in den nominell was-
serfreien Mineralen wie Olivin und Pyroxenen)
ist noch nicht wirklich verstanden, wird aber
intensiv beforscht.
Nun aber zum Kohlenstoff. Um einen komplet-
ten Kreislauf (egal welchen Elements) zusam-
menstellen zu können, muss man sich über die
Teilsysteme klar werden, zwischen denen Koh-
lenstoff ausgetauscht wird. Jedes dieser
Te i l s y s -
teme
muss eindeutig charakterisiert werden in
Bezug auf seine Speicherkapazität, Zuflüsse und
Abflüsse, Verweildauer und die Form, in der der
KohlenstoffindiesemSystemgespeichertwird
(also für den Kohlenstoff z. B. als Karbonat, als
CO
2
oder als organische Substanz).
Die für einen globalen Kreislauf zu betrachten-
den Teilsysteme (auch Reservoire genannt)
sind Lithosphäre (im Sinne von Gesteinen,
nicht als Gegensatz zur Asthenosphäre zu ver-
stehen), Hydrosphäre, Atmosphäre und Bio-
sphäre. Für drei dieser Reservoire ist in Abbil-
dung 4.166 ein Flussdiagramm dargestellt, das
die jährlichen Stoffflüsse anzeigt, doch ist hier-
bei die tiefe Lithosphäre außer acht gelassen.
Es handelt sich dabei also lediglich um den
exogenen Kohlenstoffkreislauf. Er ist allerdings
gut geeignet, um wichtige Reservoire und Pro-
zesse schon einmal zu identifizieren.
BetrachtenwirnundieeinzelnenReservoire.
Die
Gesamterde
enthält insgesamt etwa 75 Mil-
lionen Gigatonnen Kohlenstoff (Gt C). Davon
entfallen auf die
Atmosphäre
mit rund 800 Gt
nur etwa 0,001 %, die überwiegend als CO
2
vor-
liegen. Da der CO
2
-Gehalt derzeit um rund
0,4 % pro Jahr zunimmt (von 381 ppm im Jahre
2007), vergrößert sich dieses Reservoir leicht.
Die Verweilzeit des CO
2
in der Atmosphäre be-
trägt zwischen 5 und 200 Jahren und die Atmo-
sphäre ist damit das wichtigste Reservoir unter
Beteiligung kurzfristiger Umsätze.
Die
Hydrosphäre
enthält rund 39.000 Gt C in
Form von gelöstem CO
2
sowie von Karbonat-
und Hydrogenkarbonat-Ionen. Dies sind rund
0,05 % des globalen Kohlenstoffs. Hierin sind
auch die C-Gehalte von Gletschern und Polkap-
pen enthalten. Da die Hydrosphäre mit Atmo-
und Biosphäre wechselwirkt, spielen auch hier
kurzfristigeUmsätzeeinegroßeRolle.
Die
terrestrische Biosphäre
(ohne Böden, die
hier zur Lithosphäre gerechnet werden) ist mit
rund 610 Gt C ein ähnlich kleines Reservoir wie
die Atmosphäre. Der Kohlenstoff liegt überwie-
gend in Form organischer Verbindungen, in ge-
ringerem Maße auch als Karbonat (Hartteile
von Organismen) vor. Das Massenverhältnis von
terrestrischem zu marinem biogenem Kohlen-
stoff ist etwa 200 zu 1. Da Kohlenstoff mit nur
0,099 Gew.-% Anteil an der Erdkruste ein global
gesehen seltenes Element ist, müssen auf Koh-
lenstoff basierende Lebensformen (also wir alle)
versuchen, möglichst kurzfristig geschlossene
Kreisläufe zu etablieren. Daher ist die Biosphäre
aufgrund der ständigen biogenen Stoffwechsel-
Umsätze der Motor der kurzfristigen Umsätze
im System Erde.
Die
Lithosphäre
schließlich enthält rund
99,8 % des globalen Kohlenstoffs, wobei darin
der im Mantel gespeicherte Kohlenstoff noch
nicht einmal enthalten ist (da man darüber ein-
fach sehr wenig weiß). Die Karbonatsedimente
und sonstige Karbonatgesteine umfassen rund
60 Millionen Gt C, fossile organische Stoffe in
Gesteinen (z. B. Ölschiefer) rund 15 Millionen
Gt,
Gashydrate
10.000 Gt (siehe Kasten 4.32),
Kohle, Erdgas und Erdöl zusammen rund
5000 Gt und die Böden rund 1600 Gt. Über die
Gehalte im Erdmantel ist wenig bekannt (wes-
wegen auch typischerweise nur der in Abb.
4.166 abgebildete exogene Kohlenstoffkreislauf
gezeigt wird), doch macht der Fluss von CO
2
in
dieAtmosphäredurchdieEntgasungvonMag-
meninVulkanennurrund0,06GtproJahr
aus. Es ist nicht bekannt, wie viel Kohlenstoff
im Gegenzug subduziert wird. Klar ist aller-
dings, dass der lithosphärische Kohlenstoff
überwiegend nicht Bestandteil der kurzfristi-
gen Umsetzungen ist.
Innerhalb der einzelnen Reservoire und zwi-
schen ihnen findet eine Umlagerung von Koh-
lenstoff statt, die so genannten Stoffflüsse
(siehe Abb. 4.166). So sinkt in den Ozeanen
kaltes Oberflächenwasser ab und transportiert
dabei kurzfristig 33 Gt C in tiefere Wasser-
