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fixierter Kohlenstoff

 
     
  Kohlenstoff, der im Mineralreich (Lithosphäre), in der Tier- und Pflanzenwelt (Biosphäre), in der Luft (Atmosphäre) und im Wasser (Hydrosphäre) gebunden vorkommt. In der Lithosphäre ist der Kohlenstoff in erster Linie in Sedimenten anzutreffen (Kohlenstoff in Sedimenten). Kohlenstoff ist einer der Hauptbestandteile in allen organischen Molekülen wie Aminosäuren, Zucker u.a. Er ist somit zusammen mit Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Phosphor die wichtigste Komponente des Lebens (Kohlenstoff in Organismen). Die bis jetzt bekannten und definierten (natürlichen und künstlichen) organischen Verbindungen ( > 4 Mio.) übertreffen weit die Zahl der Verbindungen aller übrigen 105 Elemente (ca. 100.000). Aus diesem Grund spricht man bei den Kohlenstoffverbindungen des Lebens von "Organischer Chemie", im Gegensatz zur "Anorganischen Chemie". Neben den mannigfaltigen Oxidationsstufen und Verbindungsformen des Kohlenstoffs ist das gasförmige Kohlendioxid das Hauptreservoir des Kohlenstoffs. Dieses CO2 ist besonders wichtig für den Aufbau von Kohlenstoffverbindungen durch autotrophe und auf diesem Umweg auch für heterotrophe Organismen. Das CO2-Reservoir, die Atmosphäre, ist in einem stetigen Austausch mit dem CO2-Reservoir Hydrosphäre. In einer aquatischen Umgebung können Carbonate anorganisch gefällt werden oder sie werden von Organismen (Schalen, Skelette u.a.) als Carbonatsedimente abgelagert. Primäres organisches Material wird direkt in der Form von terrestrischen Pflanzen aus dem atmosphärischen Reservoir gebildet oder durch Photosynthese der aquatischen Pflanzen und Cyanobakterien aus dem gelösten CO2 der Hydrosphäre aufgebaut. Dadurch wird der Kohlenstoff aus diesen Reservoirs entzogen und organisch fixiert. Der grösste Teil des terrestrischen und marinen organischen Materials wird durch Oxidation wieder verbraucht. Auf diese Weise wird CO2 wieder dem geochemischen Kreislauf zugeführt. Ein vernachlässigbar kleiner Teil des organischen Kohlenstoffs in der Erdkruste, einschliesslich der Hydrosphäre, befindet sich in lebenden Organismen und in einem gelösten Zustand. Der grösste Teil des organischen Kohlenstoffs (5·1015 t) ist in Sedimenten fixiert (fossiler Kohlenstoff). Ein weiterer beachtlicher Teil des organischen Kohlenstoffs (1,4·1015 t) ist hauptsächlich in Form von graphitähnlichem Material oder als Meta-Anthrazit in metamorphen Sedimenten fixiert.


Als Produkte der Umwandlung urweltlicher pflanzlicher und tierischer Organismen finden sich in der Natur die Kohlen, die Erdöle und die Erdgase. Von den insgesamt in der Biosphäre vorhandenen 2,7·1011 t Kohlenstoff entfallen mehr als 99% auf die Pflanzenwelt und weniger als 1% auf die Tierwelt. Der Gehalt der Luft an Kohlendioxid beträgt gegenwärtig durchschnittlich nur 0,03 Vol.-%.


Wegen der grossen räumlichen Ausdehnung der Atmosphäre übersteigt aber der in der Luft vorkommende Kohlenstoff (6,0·1011 t) den im Tier- und Pflanzenreich enthaltenen um mehr als 100%. In noch stärkerem Masse gilt dies für das Meerwasser, das durchschnittlich 0,005 Gew.-% Kohlendioxid enthält. Das entspricht einer Gesamtmenge von 2,7·1013 t Kohlenstoff, d.h. dem Hundertfachen des im Tier- und Pflanzenreichs gespeicherten Kohlenstoffvorrats. Die vorhandene Kohlenstoffmenge in der Biosphäre, Atmosphäre und Hydrosphäre zusammengenommen macht weniger als 1/1000 des Kohlenstoffgehalts der Lithosphäre aus. Der anorganisch gebundene Kohlenstoff (Lithosphäre + Atmosphäre + Hydrosphäre) verhält sich mengenmässig zum organisch gebundenen (Biosphäre) wie 100.000:1.
 
 

 

 

 
 
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