Kohlenstoffkreislauf

Kohlenstoffkreislauf Übung

• Definiere die Grundbegriffe des Kohlenstoffkreislaufs.

  Tipps

  Eine typische Nahrungspyramide im Lebensraum Wald: ganz unten stehen die Produzenten, darüber verschiedene Konsumenten. Nur Produzenten können sich selbst ernähren. Konsumenten sind immer auf Produzenten angewiesen.

  Lösung

  Produzenten, oder auch Erzeuger, bauen aus körperfremden, anorganischen Stoffen körpereigene, organische Stoffe auf. Pflanzen wie die Buche oder Sonnenblumen sind Produzenten.

  Konsumenten, oder auch Verbraucher, bauen aus körperfremden, organischen Stoffen körpereigene, organische Stoffe auf. Die meisten Tiere wie auch der Mensch sind Konsumenten.

  Destruenten, oder auch Zersetzer, wandeln abgestorbenes, organisches Material in seine anorganischen Bestandteile um. Bodenbewohner wie Regenwürmer oder Mikroorganismen gehören zu den Zersetzern.

  Grüne Pflanzen betreiben Fotosynthese. Das ist die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid und Wasser zu Glucose und Sauerstoff mithilfe von Lichtenergie.

  Zellatmung betreiben alle Eukaryoten, also alle Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen.
  Die Zellatmung dient zur Energiegewinnung. Die am häufigsten genutzte Energiequelle ist die Glucose, die unter Verbrauch von Sauerstoff und Freisetzung von Kohlenstoffdioxid abgebaut wird.

• Skizziere den Kohlenstoffkreislauf.

  Tipps

  Durch welchen Prozess wird CO$_2$ aus der Atmosphäre entnommen (blauer Pfeil) und durch welchen wieder hinzugefügt (pinke Pfeile)?

  Ausscheidungen und abgestorbenes Gewebe werden von den Destruenten im Boden verarbeitet. Ist die Zersetzung unvollständig, entstehen fossile Brennstoffe, welche industriell abgebaut, das heißt gefördert werden.

  Zellatmung betreiben alle Eukaryoten, also alle Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen.

  Lösung

  Die Bestandteile des Kohlenstoffkreislaufes:

  1. Produzenten
  2. Fotosynthese
  3. Versorgung
  4. Konsumenten
  5. tote Biomasse
  6. Destruenten
  7. Zersetzung
  8. unvollständige Zersetzung
  9. fossile Brennstoffe
  10. Förderung
  11. Industrie
  12. Zellatmung
  13. Abgase

• Erkläre die Entstehung von Kohle.

  Tipps

  Vier der Antwortmöglichkeiten sind richtig.

  Je tiefer eine Schicht im Boden liegt, desto älter ist sie auch. Die Erdoberfläche ist erdgeschichtlich gesehen am jüngsten.

  Solange Kohlenstoff in Torf und Kohle gespeichert ist, kann er nicht als Kohlenstoffdioxid von Pflanzen aufgenommen werden.

  Lösung

  Wird tote pflanzliche Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff nicht vollständig zersetzt, wird dem Kohlenstoffkreislauf Kohlenstoff entzogen.

  Torf enthält im Verhältnis zu Braun- und Steinkohle das meiste Wasser und den wenigsten Kohlenstoff.

  Sedimentablagerungen auf Torfschichten führen zur Bildung von Braunkohle.

  Steinkohle ist erdgeschichtlich älter als Braunkohle, welche älter als Torf ist.

  Hoher Druck und Zunahme der Temperatur begünstigen die Umwandlung von Braun- in Steinkohle.

  Steinkohle enthält weniger Wasser aber mehr Kohlenstoff als Braunkohle.

• Vergleiche den natürlichen und menschengemachten Treibhauseffekt.

  Tipps

  Ein Begriff passt zu keiner Lücke.

  Der natürliche Treibhauseffekt verstärkt sich nicht selbst, denn es wird immer dieselbe Menge an CO$_2$ durch Assimilation und Dissimilation bewegt. Wird durch den Menschen etwas von außen in den Kohlenstoffkreislauf eingebracht, gerät dieser aus dem Gleichgewicht.

  Die Abbildung zeigt dir den Unterschied zwischen Absorption und Reflexion.

  Lösung

  Der natürliche Treibhauseffekt

  Das Klimasystem der Erde wird durch Sonnenstrahlung angetrieben. 50 % davon werden von der Erdoberfläche absorbiert. 30 % werden als Wärmestrahlung in den Weltraum reflektiert. Die verbleibenden 20 % werden von den Treibhausgasen in der Atmosphäre, wie Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff oder Methan, absorbiert und zurückgestrahlt. Dies bewirkt einen Wärmestau, der dafür sorgt, dass die globale Durchschnittstemperatur bei +15 °C liegt.

  Kein Treibhauseffekt

  Ohne Treibhausgase würde der Teil der Sonnenstrahlung, welcher als Wärmestrahlung vom Erdboden reflektiert wird, im Weltraum vollständig verloren gehen. Die untere Atmosphäre bliebe kalt. Tatsächlich ermöglicht der Treibhauseffekt einen Temperaturunterschied von +33 °C. Ohne Treibhausgase würde die Durchschnittstemperatur der Erde bei -18 °C liegen und das Leben, wie wir es kennen, hätte sich niemals entwickelt.

  Der menschengemachte Treibhauseffekt

  Seit der Industrialisierung werden vermehrt fossile Brennstoffe verbrannt und somit mehr Treibhausgase wie CO$_2$ in die Atmosphäre entlassen. Dadurch wird mehr Wärmestrahlung in der Atmosphäre absorbiert und die Rückstrahlung in Richtung Erde verstärkt. Dies führt zu einem Temperaturanstieg. Seit 1950 hat sich die globale Durchschnittstemperatur um +0.95 °C erhöht. Das klingt nach wenig, reicht jedoch aus, um die empfindlichen Ökosysteme der Erde nachhaltig zu schädigen.

• Definiere die Begriffe Assimilation und Dissimilation.

  Tipps

  Bei der Fotosynthese werden Stoffe aufgebaut, bei der Zellatmung abgebaut.

  Um den Stoffwechsel in Betrieb zu halten, wird Energie benötigt.

  Lösung

  Assimilation beschreibt den sogenannten Baustoffwechsel eines Organismus, bei dem aufgenommene, körperfremde in körpereigene Stoffe umgewandelt werden. Bei der Fotosynthese werden Kohlenstoffdioxid und Wasser aufgenommen und mithilfe von Lichtenergie in Glucose und Sauerstoff umgewandelt.

  Dissimilation beschreibt den sogenannten Betriebsstoffwechsel eines Organismus, bei dem körpereigene Stoffe abgebaut werden, um daraus Energie zu gewinnen. Bei der Zellatmung wird Glucose unter Verbrauch von Sauerstoff in Kohlenstoffdioxid umgewandelt, wobei Energie frei wird.

• Bewerte das momentane Ungleichgewicht im Kohlenstoffkreislauf.

  Tipps

  Landnutzungsänderung ist beispielsweise die Rodung von tropischem Regenwald, um Ackerfläche zu schaffen. Seit 1960 sind die CO$_2$-Emissionen dieses Sektors weitgehend konstant geblieben.

  Zwei der Begriffe passen in keine Lücke.

  Seit 1960 verzeichnet der Sektor 'Fossile Brennstoffe und Industrie' einen starken Anstieg der CO$_2$-Emissionen von knapp unter 8 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr.

  Lösung

  Seit der Industrialisierung entwickelt sich ein zunehmendes Ungleichgewicht im Kohlenstoffkreislauf der Erde. Mit 82 Prozent wird der Großteil sämtlicher vom Menschen verursachter CO$_2$-Emissionen vom Sektor Fossile Brennstoffe und Industrie erzeugt. Die verbleibenden 18 Prozent gehen auf den Sektor Landnutzungsänderung zurück. Seit 1960 hat sich der weltweite CO$_2$-Ausstoß deutlich erhöht.

  Die CO$_2$-Emissionen werden von den verschiedenen Sektoren der Biosphäre aufgenommen: 30 Prozent werden von der Vegetation an Land gebunden. 45 Prozent verbleiben im Sektor Atmosphäre und verstärken den Treibhauseffekt. 25 Prozent werden vom Sektor Ozean aufgenommen und führen dort zur sogenannten Ozeanversauerung.