Tab. A2-34/01:
Zusammensetzung der wasserdampflosen, reinen Atmosphäre nahe dem Meeresniveau. Wo stehen die Kohlenstoffverbindungen?

Statistik:

Marland, G., Boden, T.A., and Andres, R.J. (2006) Global, Regional, and National Fossil Fuel CO₂ Emissions, In Trends: A Compendium of data on global change, Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy, Oak Ridge, Tenn., U.S.A.
[letzte Aktualisierung: 27.04.2022]

Seuffert, O. (2000) Klimawandel - Erkenntnisse, Defizite und Erfordernisse bei Erfassung und Prognose.- Petermanns Geographische Mitteilungen, 144, 2000 / 66-71. 8 S. [letzte Aktualisierung: 27.04.2022]

"341 Gt CO₂ soll der Mensch seit 1850 in die Atmosphäre emittiert haben. 291 Gt durch die Verbrennung fossiler Biomasse, den Rest durch vielfältige Veränderungen der Landnutzung (Waldrodungen usw.). Von dieser Gesamtmenge sollen heute aber nur noch 42-43% in der Atmosphäre vorhanden sein, der Rest teils in den Weltmeeren (ca. 30%) sowie in der terrestrischen Vegetation (ca. 27-28%). Diese oder ähnliche, heute in der Wissenschaft gehandelte Sätze sind freilich - vor allem mit Bezug auf die Anteile in der Vegetation und in den Ozeanen - eher Glaubenssache, denn wirklich konkret nachgewiesene Werte. (...)

Es ist keine Frage: Die immer noch vorhandenen erheblichen Defizite in der Kenntnis des Kohlenstoffhaushalts an und nahe der Erdoberfläche sind ein Hauptproblem der Klimavorhersage, denn dafür braucht es nicht nur genauer Informationen über die Anteile aller CO₂ -Quellen und - Senken in der Luft, im Wasser und in der Vegetation (...). Dasselbe gilt für alle übrigen Spurengase und zugleich für alle weiteren Faktoren ...". (Seuffert, 2000b: 70)

Diese Feststellung hat nach wie vor Gültigkeit!

Nicht oft genug kann betont werden, dass das Klimasystem selbst und der Kohlenstoffzyklus (hier interessieren vor allem CO₂ und Methan) in ihm extrem komplex sind und von einer Vielzahl Faktoren beeinflusst werden, deren Wirkungsweisen teilweise nur fragmentarisch bekannt sind.

Dabei spielen das absorbierte Sonnenlicht, die Temperatur, die emittierte IR-Strahlung, der latente Wärmefluss (latent heat flux durch Wasserdampf), die fühlbare Wärme und Meeresströmung eine wichtige Rolle.

Beim Faktor Strahlungsabsorption sind die IR-Strahlung absorbierenden Komponenten der Atmosphäre H₂O und CO₂ von entscheidender Bedeutung. Dabei ist die Dynamik des Kohlenstoffdioxid nur ein Teil des Kohlenstoffzyklus.

Kohlenstoff kommt anorganisch im Boden als Kohle, in verschiedenen Carbonaten (Salzen der Kohlensäure) z.B. als Kalziumcarbonat (Kalk), als im Wasser gelöstes Kalziumhydrogencarbonat und in der Atmosphäre als gasförmiges CO₂ und Methan vor. In organischer Form findet man C-Verbindungen als Erdgas oder Erdöl, in allen lebenden und toten (Detritus) Organismen, aber auch in lebenden Mikro-Organismen bis in grosse Tiefen. Der Kohlenstoffzyklus stellt die Umwandlung in seine verschiedenen Formen dar. Insgesamt kann man global 3 Teilzyklen feststellen:

• Biosphäre / Atmosphären-Zyklus (siehe verschiedene Abbildungen unten und erster Abschnitt oben!)
• Lithosphären / Platten-Zyklus
• Gesteinszyklus

Nachfolgend ist der Kohlenstoffkreislauf des IPCC (UNEP) 1998 dargestellt. Dieser dient den meisten offiziellen Stellen als Grundlage. Er bildet jedoch nur einen Teil der bekannten Wirklichkeit ab.

• Es fehlen - oder wurden unzureichend dargestellt - folgende Aspekte (vgl. Text neben der Abb.):

Auch bei allen anderen offiziellen C - Zyklen wie NASA, NOAA usw. fehlen die Bodenausgasungen und Gashydratlager

Die obige Abbildung zeigt das System bestehend aus Land, Organismen, Wasser und Atmosphäre in dem CO₂ und seine Umwandlung eine wichtige Rolle spielt.

Aktuell ist CO₂ in der Atmosphäre mit 0,037 % vertreten. CO₂ wird von Organismen ausgeatmet und von Pflanzen (Land/wasser) zur Photosynthese (ca. 550 Gt/Jahr) aufgenommen. Dieselbe Menge CO₂ ( ca. 550 Gt/Jahr) wird durch die Zellatmung der Organismen zu Land und zu Wasser an die Atmosphäre abgegeben. Der Fehler beträgt dabei ± 37 Gt CO₂.

• Photosynthese / Zellatmung stellen eines der beiden wichtigen Teilgleichgewichte der Biospäre dar.
• Das 2. wichtige Teilgleichgewicht ist das Lösungsgleichgewicht von CO₂ in den Ozeanen.

Dieses wird von der physikalischen Löslichkeit von CO₂ im Zusammenhang mit dem Kalkgleichgewicht, also dem Zerfall und der Löslichkeit von CaCO₃ bestimmt.

Betrachtet man einfach die Grenzfläche Atmosphäre - Land/Wasser (29% / 71 %) so kann man die beiden Gleichgewichte als Photosynthese/Zellatmung Land mit ca.420 Gt/Jahr CO₂-Austausch (= 130 Gt C/Jahr) und der CO₂-Austausch im Ozean (ca. 330 Gt CO₂/Jahr = 90 Gt C/Jahr) darstellen.

Battle et al. (2000) bestimmten im Jahr 2000 die Aufnahmegeschwindigkeit der Biosphäre mit 1.4 ± 0.8 Gt C/Jahr und die Rate der Ozeane mit 2.0 ± 0.6 Gt C/Jahr basierend auf Messungen zwischen 1991 and 1997. Vgl. dazu Oceanic Uptake of Anthropogenic CO₂ [ letzte Aktualisierung: 11.04.05]

Durch die Zivilisation werden jährlich ca. 22 oder 25 oder 28 Gt CO₂ - siehe unten! - durch Rodung, Verbrennung von Kohle und Öl, auch Zementherstellung, nach Deutsches Museum (DMZ), Zentrum f. Neue Technologien, emittiert. Dies sind ca. 4 % (bzw. 5 %) des Gesamtgleichgewichts von ca. 550 Gt CO₂/Jahr. Legt man die aktuellen (?) Angaben des Deutschen Museums (DM) zugrunde, dann werden 15,5 Gt CO₂ in den Landlebewesen und den Ozeanen zusätzlich gespeichert (nach neueren Untersuchungen in den Ozeanen sogar viel mehr), und 12,5 Gt CO₂ in die Atmosphäre abgegeben (2,3 % des Gesamtgleichgewichts). Die Verweildauer soll nach Angaben des DM etwa 100 Jahre betragen.

Auch hier muss betont werden, dass die Mengenangaben selbst in der seriösen Literatur sehr unterschiedlich sind, was ein deutliches Indiz dafür ist, dass das Gesamtsystem noch sehr unvollständig verstanden ist. Siehe Bemerkungen weiter unten!

In der öffentlichen Diskussion sind besonders der Anstieg der atmosphärischen CO₂ - Konzentration (2002 = 0,037 %). Die atmosphärische C - Konzentration wird durch 2 dynamische Teilgleichgewichte bestimmt (siehe IPCC - Schaubild oben!):

Insgesamt findet also ein ständiger Austausch von ca. 210 Gt C/Jahr zwischen Boden/Wasser und der Atmosphäre statt.

Dazu kommen die nichtvulkanischen und vulkanischen Bodenausgasungen und die Schlammvulkane die bisher weltweit kaum vermessen sind. Von den ca. 550 aktiven Vulkanen sind derzeit nur 24 und deren Umgebung vermessen worden. Bisherige Messungen zeigen einen C-Fluss im Gigatonnenbereich. Diese Menge wird sich durch weitere Messungen bald enorm erhöhen.

Bie Bodenausgasungen und Schlammvulkane sind in den bisherigen C-Zyklen deutlich unterschätzt und deswegen als geologische C-Quelle ignoriert worden (Neben Wasserdampf ist i.d.R. Kohlenstoffdioxid das zweithäufigste, von Vulkanen abgegebene Gas).

Deshalb sind alle bisher veröffentlichten 'C - Flux - Modelle' unvollständig und lassen keine eindeutigen Schlussfolgerungen zu.

Andere Substanzflüsse sind minimal oder können noch nicht quantifiziert werden

Die anthropogenen Emissionen belaufen sich derzeit auf ca. 22 (oder 25 nach Bremer Instituts für Umweltphysik oder 28, nach Deutsches Museum (DMZ), Zentrum f. Neue Technologien) Gt CO₂/Jahr bzw. ca. 5,5 Gt C/Jahr. Diese Menge ist im Bereich des statistischen Fehlers der Schätzungen des Gesamtgleichgewichts. (siehe oben!)

Eine solch kleine Menge kann das Gesamtgleichgewicht nicht stören, da die Gleichgewichte ohne Umschlagspunkte verschoben werden (Löslichkeit, Photosynthese) und die Bodenausgasungen wesentlich höher sind.

(Damit hat natürlich eine anthropogene Zunahme des klimawirksamen CO₂ stattgefunden. Wieweit aber diese äusserst geringe Zunahme von 250ppm auf 330ppm, d.h. 0,009 Vol.% der Gesamtatmosphäre - siehe Tabelle oben! - bereits für einen globalen Temperaturanstieg verantwortlich ist, ist nach wie vor völlig offen, Anm. Verfasser)

SPIEGEL ONLINE - Meldung vom 21. März 2007: "Satellit zeigt Quellen der Klimakiller"

Von Markus Becker - "Zum ersten Mal ist es Forschern gelungen, die globale Verteilung der beiden wichtigsten Treibhausgase aus dem All zu erfassen. Die Messdaten über Kohlendioxid und Methan sollen Fehler in Computermodellen ausmerzen - und so zu besseren Vorhersagen über die Zukunft des Klimas führen. ..."

"Tropische Regenwälder haben einen höheren Methan-Ausstoß als bislang in den Klimamodellen angenommen. Im Januar hatten Forscher des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Kernphysik im Fachblatt "Nature" eine Studie veröffentlicht, der zufolge die tropischen Regenwälder gewaltige Mengen Methan ausstoßen - so viel, dass sie für bis zu 30 Prozent des globalen Aufkommens verantwortlich sein könnten. ..."

"Die Menschen stoßen pro Jahr etwa 25 Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus", so Buchwitz. "Aus natürlichen Quellen kommen dagegen fast 400 Milliarden Tonnen pro Jahr." Beides messtechnisch voneinander zu trennen und so den CO2-Ausstoß einzelner Länder zu erfassen, sei kaum möglich. "Es ist offen, ob eine solche Genauigkeit jemals erreicht wird", sagt der Bremer Forscher. ..."

"Im natürlichen Kohlenstoff-Kreislauf werden gewaltige Mengen von Kohlendioxid umgesetzt. "Allerdings speichert die Biosphäre jedes Jahr ein wenig mehr CO2, als sie später wieder abgibt", sagt Buchwitz. Von den 25 Milliarden Tonnen, die von Menschen stammen, bleibe etwa die Hälfte in der Atmosphäre. Der Rest verschwinde, wiederum jeweils zur Hälfte, in den Pflanzen und den Ozeanen. "Wir müssen herausfinden, wo genau dieses Kohlendioxid bleibt."

Abb. A2-34/04:
Der Kohlenstoffzyklus (NASA)

Abb. A2-34/05:
Schneider (1989) Veränderungen des Klimas.- Spektrum der Wissenschaft, Nov. 1989: 72.

".... Die Zahlen geben angenähert die jährlichen Kohlenstoffflüsse (in Form von Kohlendioxid) und die Menge des in jedem Reservoir gespeicherten Kohlenstoffs in Milliarden Tonnen an. Die seit jeher existierenden Kreisläufe zwischen Atmosphäre und Kontinenten beziehungsweise Ozeanen nehmen aus der Atmosphäre ungefähr so viel Kohlenstoff auf, wie sie wieder abgeben. Aber durch die menschlichen Aktivitäten wie Waldrodung und Verfeuerung fossiler Brennstoffe nimmt der Kohlenstoffgehalt der Atmosphäre gegenwärtig um etwa 3 Milliarden Tonnen jährlich zu."

Literatur:

Baier, A. Von Wolkenschichten, Wärmespeichern und Vulkanen - einige Aspekte zur "Klimakatastrophe", Angewandte Geologie, Uni Erlangen. [letzte Aktualisierung: 23.02.2020, Original-URL leider offline]

• Hier auch eine sehr umfangreiche und profunde Zusammenstellung zum Kohlenstoffkreislauf in Geschichte und Gegenwart - sehr zu empfehlen!.

Battle et al. (2000) Oceanic Uptake of Anthropogenic CO₂. Stable Isotope Lab, Washington [letzte Aktualisierung: 25.07.10]

• ... bestimmten im Jahr 2000 die Aufnahmegeschwindigkeit der Biosphäre mit 1.4 ± 0.8 Gt C/Jahr und die Rate der Ozeane mit 2.0 ± 0.6 Gt C/Jahr basierend auf Messungen zwischen 1991 and 1997.

Beer et al. (2010) Terrestrial Gross Carbon Dioxide Uptake: Global Distribution and Covariation with Climate.-
Science Express online, 5. Juli 2010

• (siehe weitere Angaben unter Mahecha et al. 2010 weiter unten)

Grassl et al. (1984) CO2, Kohlenstoff-Kreislauf und Klima.- 5 S. Naturwissenschaften, Volume 71, Number 5 / Mai 1984.

• "Die Autoren bedanken sich für die Unterstützung ihrer Arbeiten beim Bundesministerium für Forschung und Technologie, bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft, bei den Europäischen Gemeinschaften, beim Gesamtverband des Deutschen Steinkohlebergbaus, beim Scientific Committee on Problems of the Environment, beim Shell Grants Committee, beim Umweltbundesamt und beim United Nations Environmental Program."
  
  Nebenbei: Heute in Verbindung gebracht zu werden mit der Kohle- und Erdölindustrie ist eher ein Nachteil für die Glaubwürdigkeit wissenschaftlicher Untersuchungen, was natürlich völliger Unsinn ist.

Mahecha et al. (2010) Global Convergence in the Temperature Sensitivity of Respiration at Ecosystem Level.
Science Express online, 5. Juli 2010

• Dazu PM der MPG vom 6. Juli 2010 mit dem Titel "Kohlenstoffbilanz in neuer Balance":

"Klimaprognosen könnten in Zukunft genauer und zuverlässiger werden - dank neuer Erkenntnisse über die Rolle terrestrischer Ökosysteme im globalen Kohlenstoffkreislauf. Internationale Forscherteams unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena präsentieren dazu in zwei Studien nun umfassende Datenanalysen. Daraus ergeben sich auch präzisere Abschätzungen, wie die Ökosysteme auf den Klimawandel reagieren könnten. So ändert sich die Fotosyntheserate, mit der Pflanzen Kohlendioxid aus der Atmosphäre binden, in den meisten Ökosystemen kaum, wenn die Temperatur schwankt. Dagegen reagiert sie auf 40 Prozent der bewachsenen Erdoberfläche sehr empfindlich, wenn mehr oder weniger Niederschlag fällt. Auch die Atmung der Ökosysteme, in der Flora und Fauna wieder Kohlendioxid freisetzen, verstärkt sich in geringerem Maß als zuletzt häufig angenommen, wenn die Temperatur steigt. Zudem hängt sie weltweit in gleicher Weise von der Temperatur ab - selbst in so unterschiedlichen Ökosystemen wie etwa der tropischen Savanne und dem finnischen Nadelwald. (Science Express, 5. Juli 2010)"

Prentice, I.C. (2001, Co-ordinating Lead Author) 3. The Carbon Cycle and Atmospheric Carbon Dioxide.- IPCC 2001, Chapter 3-Proof bzw. hier (siehe auch unter Chapters: The Carbon Cycle and Atmospheric Carbon Dioxide!). [letzte Aktualisierung: 18.05.2021]

Conclusion:

" .... Large-scale manipulations of terrestrial ecosystems have been proposed as a means of slowing the increase of atmospheric CO2 during the 21st century in support of the aims of the Kyoto protocol (Tans and Wallace, 1999; IPCC, 2000a). Based on current understanding of land use in the carbon cycle, the impacts of future land use on terrestrial biosphere-atmosphere exchanges has the potential to modify atmospheric CO2 concentrations on this time-scale. Direct effects of land-use changes are thought to represent about 10 to 30% of total anthropogenic CO2 emissions (Table 3.1), so there is scope for either intended or unintended changes in land use to reduce or increase total anthropogenic emissions. But the possibilities for enhancing natural sinks have to be placed in perspective: a rough upper bound for the reduction in CO2 concentration that could be achieved by enhancing terrestrial carbon uptake through land-use change over the coming century is 40 to 70 ppm (Section 3.2.2.2), to be considered against a two to four times larger potential for increasing CO2 concentraion by deforestation, and a > 400 ppm range among the SRES scenarios
(Figure 3.12)."

 

Kratersee Lake Nyos, Kamerun: What happened at Nyos? - An experimantal venture (updated 2007) [letzte Aktualisierung: 07.11.08]

• ("Kamerun im August 1986: Über Nacht sterben 1.700 Menschen an den Folgen einer Kohlendioxidvergiftung. Das tödliche Gas stammt aus dem nahegelegenen Nyos-See, der sich vor Jahrtausenden im Krater eines stillen Vulkans gebildet hat. Über viele Jahrzehnte gab der Vulkan giftiges Kohlendioxid in den See ab. Doch statt langsam in die Atmosphäre zu entweichen, sammelte sich das Gas in dem über 200 m tiefen Maar-See so lange an, bis es schliesslich explosionsartig freigesetzt wurde. 15 Jahre nach der Katastrophe hat sich wieder eine gewaltige Menge Kohlendioxid im See angesammelt. Eine tickende Zeitbombe, die es zu entschärfen gilt. Der französische Physiker Michel Halbwachs will nun in einem ehrgeizigen Unternehmen den See für immer unter Kontrolle bringen."
  

Tümpel speichern CO₂ besser als Ozeane, aus SpiegelOnline vom 8. Mai 2008.

• "Je winziger, desto wirkungsvoller: Gerade kleine Gewässer sind laut einer neuen Studie besonders effektive Speicher des Treibhausgases Kohlendioxid. Möglicherweise sind die Tümpel und Seen sogar wichtiger für die Rettung des Klimas als die Ozeane."

Vulkanismus: Volcanic Gases and Their Effects [letzte Aktualisierung: 07.11.08]

• "Volcanoes release more than 130 million tonnes of CO₂ into the atmosphere every year. This colorless, odorless gas usually does not pose a direct hazard to life because it typically becomes diluted to low concentrations very quickly whether it is released continuously from the ground or during episodic eruptions. But in certain circumstances, CO₂ may become concentrated at levels lethal to people and animals. Carbon dioxide gas is heavier than air and the gas can flow into in low-lying areas; breathing air with more than 30% CO₂ can quickly induce unconsciousness and cause death. In volcanic or other areas where CO₂ emissions occur, it is important to avoid small depressions and low areas that might be CO₂ traps. The boundary between air and lethal gas can be extremely sharp; even a single step upslope may be adequate to escape death.".
  
  Heutige - konservative - Schätzungen gehen davon aus, dass der globale anthropogene Anteil etwa 150x höher ist.

Vulkanismus: (Spitzenplatz bei der "natürlichen Luftverschmutzung"):

• Bekannt ist der hohe Gehalt der "Ätna-Laven an Gasen - ausser Wasserdampf und Kohlendioxid auffallend viel Schwefeldioxid. Dessen Ausstoss erreichte während einer Eruptionsphase bis zu 20.000 Tonen pro Tag (!!). Damit nimmt der Ätna einen Spitzenplatz in der Weltrangliste der natürlichen Luftverschmutzer ein." (Pfeiffer 2002)