Kann jemand den Kohlestoffkreislauf einfach erklären?
Außerdem wüsste ich gerne worin der Zusammenhang von Zellatmung und Photosynthese im Kohlestoffkreislauf besteht?
2 Antworten
Moin,
eigentlich hat CliffBaxter (mal wieder) eine hilfreiche Antwort bereits gegeben. Bleibt mir also nur, ein wenig mehr ins Detail zu gehen, ohne dich (hoffentlich) zu überfordern (immerhin wolltest du es einfach haben). Da der Kohlenstoffkreislauf aber komplex ist, kann ich dir nicht ersparen, einen längeren Text zu lesen...
- Der Kohlenstoffkreislauf besteht im Grunde aus mehreren kleineren Kreisläufen.
- Es gibt (vereinfacht gesehen) vier (bedeutende) Reservoirs für Kohlenstoff: Die Atomsphäre (die Luft), die Biosphäre (alles Lebendige), die Hydrosphäre (im Wasser) und die Lithosphäre (im Gestein).
- Über die Fotosynthese grüner Pflanzen gelangt der Kohlenstoff (in Form von Kohlenstoffdioxid) aus der Atmosphäre in die Biosphäre (zunächst in die Pflanzen).
Erster kleiner Exkurs:
In der Fotosynthese wandeln Pflanzen mit Hilfe von (Sonnen-)Licht und Chlorophyll (Blattgrün) die energiearmen Substanzen Kohlenstoffdioxid und Wasser in die energiereiche Substanz Zucker um. Dabei entsteht außerdem noch Sauerstoff. Die Bilanz der Fotosynthese sieht folgendermaßen aus:
6 CO2 + 6 H2O ---[Licht & Blattgrün]---> C6H12O6 + 6 O2
Im Grunde machen die grünen Pflanzen(teile) also aus der Lichtenergie der Sonne chemisch gebundene Energie in den Bindungen des Zuckers.
- Die Pflanzen nutzen die chemisch gebundene Energie im Zucker, um damit ihren Stoffwechsel in gang zu halten. Dabei bauen sie auch andere wichtige Stoffe auf, wie zum Beispiel Proteine oder Fette. Sie bezeichnet man daher auch als Produzenten. Und weil sie die Nährstoffe selbst produzieren können, bezeichnet man ihre Lebensweise als (foto-)autotroph.
- Über die Nahrungsketten gelangen diese Nährstoffe dann auch in andere Lebewesen, die Konsumenten: Pflanzen werden von Pflanzenfressern (Konsumenten 1. Ordnung; Primärkonsumenten) gefressen. Die Pflanzenfresser werden von Fleischfressern (Konsumenten 2. Ordnung; Sekundärkonsumenten) gefressen. Die Fleischfresser können noch von weiteren Fleischfressern (Konsumenten 3. bis n. Ordnung; Tertiär-, Quartär-... -konsumenten) gefressen werden. Da die Konsumenten also die wichtigen Nährstoffe nicht selbst herstellen können, sondern dafür andere Lebewesen fressen müssen, bezeichnet man ihre Lebensweise als heterotroph.
- Abgefallene Blätter oder abgerissene Gliedmaßen oder ganze Leichen werden dann noch von den Destruenten zersetzt. Dabei wird auch ein Teil der kohlenstoffhaltigen Verbindungen wieder zu Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre abgegeben (womit sich ein kleiner Kreislauf bereits schließt).
- Alle Lebewesen betreiben eine Art von Energiegewinnung. Die allermeisten machen das mit Hilfe der Zellatmung. Dabei oxidieren sie (in einer stillen Verbrennung) energiereiche Substanzen (bevorzugt Zucker) und setzen dadurch Energie frei, um diese Energie in einem körpereigenen Energieträger (ATP) umzuwandeln. Mit der so verfügbar gemachten Energie halten sie ihre Stoffwechselprozesse am Laufen.
Zweiter kleiner Exkurs:
In der Zellatmung wird Zucker mit Hilfe von Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert. Die dabei freigesetzte Energie wird zum Aufbau des Energieträgers ATP genutzt, mit dem dann körpereigene Stoffwechselprozesse am Laufen gehalten werden. Die Bilanz der Zellatmung sieht so aus:
C6H12O6 + 6 O2 ---> 6 CO2 + 6 H2O
Wenn du die Bilanzgleichung der Fotosynthese und der Zellatmung anschaust, kannst du feststellen, dass sie im Grunde jeweils genau die Umkehrreaktion zueinander bilden.
- Fotosynthese und Zellatmung bilden einen weiteren kleinen Kreislauf innerhalb des Kohlenstoffkreislaufs. Pflanzen bauen Kohlenstoff als Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre in Zucker um, der dann bei der Zellatmung wieder als Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre gelangt.
- Diese kleinen Kreisläufe (Fotosynthese <---> Zellatmung oder Nahrungsketten) gibt es grundsätzlich gleichwertig an Land und in Gewässern.
- Daneben gibt es noch weitere Kreisläufe. So kann Kohlenstoff gerade im Wasser durch chemische Gleichgewichtsprozesse ziemlich langzeitlich gebunden werden:
CO2 + 3 H2O --><-- H2CO3 + 2 H2O --><-- HCO3^– + H3O^+ + H2O --><-- CO3^2– + 2 H3O^+
- Die Hydrogencarbonate (HCO3^–) sind wasserlöslich, aber die Carbonate (CO3^2–) oft nicht. Sie lagern sich zum Beispiel in Verbindung mit Calciumionen (Ca^2+) als „Kalk” am Boden ab (Sedimentation). Auf diese Weise können mächtige Gesteinsschichten im Wasser entstehen, die - wenn das Wasser verschoben wird - freigelegt werden (zum Beispiel das Sandsteingebirge). An der Luft verwittert das Gestein (Erosion) und setzt teilweise Kohlenstoff wieder als Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre frei. Ein weiterer kleiner Kreislauf ist geschlossen.
- Und dann gibt es noch Einflüsse durch den Menschen. Wenn Leichen(teile) nicht von Destruenten abgebaut werden, können sie in tiefere Erdschichten gelangen. Unter diversen bestimmten Bedingungen werden dann daraus zum Beispiel Torf, Braunkohle, Steinkohle oder Erdöl und Erdgas (sogenannte fossile Brennstoffe). Die fossilen Brennstoffe werden vom Menschen oft in der einen oder anderen Weise verbrannt. Dabei entsteht zusätzlich jede Menge Kohlenstoffdioxid, das in die Atmosphäre gelangt. Noch ein kleiner Kreislauf. Auch das Brandroden (Verbrennung von Wäldern zwecks Landgewinnung) führen zum Anstieg des Kohlenstoffdioxids in der Atmosphäre...
- Kohlenstoffdioxid gelangt allerdings auch durch natürliche Waldbrände (zum Beispiel nach Blitzeinschlag) oder durch vulkanische Aktivitäten aus Gesteinsschichten in die Atmosphäre.
Du siehst, der Kohlenstoffkreislauf ist der Austausch von kohlenstoffhaltigen Verbindungen zwischen verschiedenen Sphären. Dabei entstehen diverse kleinere, in sich geschlossene Kreislaufsysteme, die aber übergeordnet auch miteinander in Verbindung stehen.
Ich hoffe, das war verständlich (obwohl es viel war). Und ich hoffe, der Zusammenhang von Fotosynthese und Zellatmung wurde klar...
LG von der Waterkant
werfen wir mal einen Blick auf den Kohlenstoffkreislauf:
Kohlenstoff ist an biologischen Prozessen beteiligt und in einem weltumspannenden Kreislauf.
Pflanzen nutzen Kohlenstoff (als CO2 aus der Luft) zur Produktion organischer Verbindungen. Durch Photosynthese und Anreicherung von Biomasse wird Kohlenstoff in einem Ökosystem angereichert. Das steht einmal links über dem Land "Photosynthese" und natürlich findet es auch im Wasser statt, durch Wasserpflanzen, Algen, u.s.w.
Der Ozean ist ein riesiger Kohlenstoffspeicher, die Zahl dort ist am höchsten im ganzen Kreislauf. "38500" das dürfte als Einheit für den Kohlenstoffgehalt in "Milliarden Tonnen" angegeben sein. Ein großes Reservoir für den Kohlenstoff sind also die Weltmeere.
Die Atmung ist ein gegenläufiger Prozess zur Photosynthese und setzt CO2 an die Atmosphäre frei. Über dem Land und über dem Wasser die aufsteigenden Pfeile. Photosynthese und Atmung verbinden es also zu einem Kreislauf über dem Land und über dem Meer, wobei oben jeweils die Atmosphäre als Speicher dient.
Wenn sich gegenläufige Prozesse die Waage halten würden, wäre der Kohlenstoffkreislauf ausgeglichen.
Es gibt aber auch noch durch Menschen verursachte Einträge des Kohlenstoffs in die Atmosphäre, durch Verbrennung von Kohle, Öl und Erdgas (Mitte rechts) und Waldvernichtung (Mitte links), die zusätzliches CO2 freisetzen und in den Kreislauf einbringen, offenbar mehr, als durch Photosynthese gebunden werden kann und so aktuell in der Atmosphäre zu einem Zuwachs führen. LG
