Feuerungen und Umwelt
Der Kohlenstoffkreislauf
Anstieg der CO2-Konzentration der Atmosphäre
Der Treibhauseffekt
Klimatische Auswirkungen von Feuerungen
Gibt es einen Ausweg?
Energiekosten und Energiepolitik
Lösung der Aufgaben
Der Kohlenstoffkreislauf
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Abbildung 1° Quelle: http://www.schule.bremen.de/schulen/szobraun/umwelt_entwicklg/treibhaus/treibh_raetsel.htm
Aufgabe 1 Lösen Sie die Aufgabe in Abbildung 1A!
Aufgabe 2 Berechnen Sie, wie viel CO2 bei der Verbrennung von 1 Liter Heizöl entsteht! (Für die Berechnung Benötigen Sie die Elementarzusammensetzung und Dichte des Heizöls, die chemische Gleichung der Verbrennung, Atom- und Molekulargewichte: Treffen Sie Annahmen für diese Größen!)
Aufgabe 3 Was suggeriert die Aufgabestellung in Abbildung 1A?
Aufgabe 4 Zu welchem Denkfehler verführt die Aufgabe in Abbildung 1A?
Abbildung 1B: Schematische Darstellung des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs. Quelle: Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC (2001): http://www.ipcc.ch/ .
Die angegebenen Zahlen bedeuten GtC/a (Gigatonne Kohlenstoff pro Jahr). Von 120 GtC/a. werden 60 sofort ausgeatmet, 55 bilden Streu (Laub, heruntergefallene Zweige) und verrotten sehr schnell, 4 werden durch Holznutzung oder Verbrennung zu Kohlendioxid oxidiert. Lediglich 1 GtC/a. wird in den Nordwäldern für längere Zeit gebunden.
Aufgabe 5 Die auf dem Land biologisch gebundene Kohlenstoffmasse der Erde beträgt etwa 2000 GtC (Siehe z.B. Abbildung 2). Etwa 65 % davon ist unterirdisch im Boden Integriert. Die überirdische Biomasse beträgt ca. 30 %, der Rest, ca. 5%, ist die Streu. Berechnen Sie anhand der in Abbildung 1B gezeigten Kohlenstoff-Massenströme, wie lange durchschnittlich der Kohlenstoff als Streu gebunden ist.
Abbildung 2: Kohlenstoffbudget der Erde
Quelle zu den Abbildungen 2 und 3 http://web.mit.edu/chisholm/www/fullwhite2.pdf Sallie W. Chrisholm: Is ocean fertilization a good carbon sequestration option? MIT 2001
Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass an dem Kohlenstoff-Kreislauf der Erde hauptsächlich drei Terme beteiligt sind: Die atmosphärische Kohlendioxid-Masse (angegeben als Kohlenstoff, 750 Gt), die überirdische Biomasse (ca. 2050 Gt) und der gelöste Kohlendioxid der oberen Ozeanschichten (ca. 1800 Gt Kohlenstoff). Der weitaus größte Tiefseeanteil der Ozeane (38100 Gt) ist an dem Kreislauf kaum beteiligt. Stoßweise Beteiligung des Tiefseeanteils kann Klimakatastrophen verursachen. Der fossile Kohlenstoffanteil (78000000 Gt) ist am natürlichen Kreislauf nicht beteiligt.
Abbildung 3: Der Kohlenstoff-Kreislauf
Abbildung 3 zeigt, dass der natürliche CO2-Austauch zwischen Atmosphäre und Ozean bzw. Atmosphäre und Festland etwa gleich groß sind. Der natürlichen CO2-Freisetzung der Ozeane steht die gleiche CO2-Masse als ozeanische Absorption entgegen. Der natürlichen CO2-Freisetzung des Festlandes (Pflanzenverrottung) steht die gleiche CO2-Masse entgegen, die durch das Pflanzenwachstum gebunden wird. Der natürliche Kreislauf wird durch die anthropogene CO2-Freisetzung (Feuerungen fossiler Brennstoffe und Landwirtschaft) entgegen. Zwar ist der anthropogene CO2-Kreislauf „nur“ 2 – 4 % des natürlichen Kreislaufs, führt jedoch zu einer Akkumulation der atmosphärischen und ozeanischen CO2-Massen (3 – 4 Gt/Jahr in der Atmosphäre und 1,6 – 2,4 Gt/Jahr der Ozeane).
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Abbildung 4: CO2-Accumulation der Atmosphäre
Quelle zu Abbildung 4: http://lbs.hh.schule.de/welcome.phtml?unten=/klima/treibhaus/
Hamburger Bildungsserver: Der Kohlenstof-Kreislauf; Joos / Sarmiento: Phys. Bl. 5 / 95