Kohlendioxid
Auch Kohlenstoffdioxid, eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff mit der Summenformel CO2. Kohlenstoffdioxid ist ein unbrennbares, saures, farb- und geruchloses Gas, das sich gut in Wasser löst.
Als natürlicher, aber auch anthropogen eingetragener Bestandteil der Luft ist CO2 dort nach Angaben der NOAA mit 414.35 ppm enthalten (globales Monatsmittel für August 2022).
CO2 entsteht sowohl bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen unter ausreichender Sauerstoffzufuhr als auch im Organismus von Lebewesen als Produkt der Zellatmung. Pflanzen, Algen sowie manche Bakterien und Archaeen wandeln Kohlenstoffdioxid durch Fixierung in Biomasse um. Bei der Photosynthese entsteht aus anorganischem Kohlenstoffdioxid und Wasser Glucose. Kohlenstoffdioxid ist ein wichtiger Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs. Kohlenstoffdioxid kann toxisch wirken, jedoch reichen die Konzentrationen und Mengen in der Luft oder durch Limonadengenuss hierfür bei weitem nicht aus.
| | | Monatliche CO2-Durchschnittswerte vom
Werte für Oktober 2022 und 2021: Quelle und aktuelle Werte: NOAA ESRL |
| Die Diagramme zeigen die monatlichen Mittelwerte des Kohlendioxids, die am Mauna Loa Observatorium auf Hawaii gemessen wurden. Die Kohlendioxid-Daten auf dem Mauna Loa stellen die längste Aufzeichnung von direkten Messungen von CO2 in der Atmosphäre dar. Sie wurden von C. David Keeling von der Scripps Institution of Oceanography im März 1958 in einer Einrichtung der National Oceanic and Atmospheric Administration begonnen [Keeling, 1976]. Die NOAA begann im Mai 1974 mit eigenen CO2-Messungen, die seither parallel zu denen von Scripps laufen [Thoning, 1989]. Die letzten fünf vollständigen Jahre des Mauna Loa CO2-Datensatzes plus das aktuelle Jahr sind im ersten Diagramm dargestellt. Die vollständige Aufzeichnung der kombinierten Scripps-Daten und NOAA-Daten ist im zweiten Diagramm dargestellt. Jeder Monatsmittelwert ist der Durchschnitt der Tagesmittelwerte, die wiederum auf stündlichen Mittelwerten basieren, aber nur für die Stunden, in denen "Hintergrund"-Bedingungen herrschen (siehe www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/about/co2_measurements.html für weitere Informationen). Die roten Linien und Symbole stellen die monatlichen Mittelwerte dar, zentriert auf die Mitte des jeweiligen Monats. Die schwarzen Linien und Symbole stellen dieselben dar, nach Korrektur für den durchschnittlichen saisonalen Zyklus. Letzterer wird als gleitender Durchschnitt von SIEBEN benachbarten saisonalen Zyklen ermittelt, die auf dem zu korrigierenden Monat zentriert sind, außer für die ersten und letzten DREIEINHALBEN Jahre der Aufzeichnung, wo der saisonale Zyklus über die ersten bzw. letzten SIEBEN Jahre gemittelt wurde. Die vertikalen Balken auf den schwarzen Linien des ersten Diagramms zeigen die Unsicherheit jedes monatlichen Mittelwerts, basierend auf der beobachteten Variabilität von CO2 in verschiedenen Wettersystemen, wenn diese den Gipfel des Mauna Loa passieren. Dies zeigt sich in den Abweichungen der Tagesmittelwerte von einer glatten Kurve, die dem saisonalen Zyklus folgt [Thoning, 1989]. Wir berücksichtigen, dass aufeinanderfolgende Tagesmittel nicht völlig unabhängig sind, die CO2-Abweichung an den meisten Tagen hat eine gewisse Ähnlichkeit mit der des Vortages. Wenn ein Monat fehlt, wird sein interpolierter Wert in blau dargestellt. Die Daten des letzten Jahres sind noch vorläufig, da noch Rekalibrierungen der Referenzgase und andere Qualitätskontrollen ausstehen. Die Daten werden als Molenbruch der trockenen Luft angegeben, definiert als die Anzahl der Kohlendioxidmoleküle geteilt durch die Anzahl aller Moleküle in der Luft, einschließlich CO2 selbst, nachdem der Wasserdampf entfernt wurde. Der Molenbruch wird in Teilen pro Million (ppm) angegeben. Beispiel: 0,000400 wird als 400 ppm ausgedrückt. Die Mauna Loa-Daten werden in einer Höhe von 3400 m in den nördlichen Subtropen gewonnen und stimmen möglicherweise nicht mit der global gemittelten CO2-Konzentration an der Oberfläche überein. | ||
Kohlendioxid gehört wie Methan (CH4) und Distickstoffoxid (N2O) zu den langlebigen Treibhausgasen, deren Verweilzeit in der Atmosphäre mindestens ein Jahr beträgt, so dass sie rund um den Globus in der Atmosphäre gut durchmischt vorkommen. Durch seinen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Atmosphäre ist es mit diesen Gasen sowohl am natürlichen und zusammen mit Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW) auch am anthropogenen, d.h. vom Menschen verursachten, Treibhauseffekt beteiligt. Anthropogenes Kohlendioxid ist daher auch entscheidend für den aktuellen Klimawandel verantwortlich.
In der Atmosphäre verhält sich CO2 im Wesentlichen chemisch neutral, d. h. es reagiert nicht mit anderen Gasen, trägt aber durch seine starke Wechselwirkung mit Infrarotstrahlung zum Klimawandel bei. Im Ozean dagegen ist CO2 chemisch aktiv. Gelöstes CO2 trägt zu einer Absenkung des pH-Werts bei, d. h. zu einer Versauerung des Meerwassers. Dieser Effekt ist bereits messbar: Seit Beginn der Industrialisierung ist der pH-Wert des Oberflächenwassers der Meere im Mittel um etwa 0,11 Einheiten gesunken. Dies entspricht einer Zunahme der Konzentration von Wasserstoffionen (H+-Ionen) um etwa 30 %.
Kohlendioxid und El Niño
Während starker El Niño-Ereignisse kommt es insgesamt zu einem Anstieg der globalen atmosphärischen CO2-Konzentrationen. Dieser Anstieg ist vor allem auf die Reaktion des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs auf El Niño-induzierte Veränderungen der Wettermuster zurückzuführen. Aber neben der terrestrischen Komponente spielt auch der tropische Pazifik eine wichtige Rolle. Typischerweise ist der tropische Pazifik aufgrund des äquatorialen Auftriebs, der CO2-reiches Wasser aus dem Ozeaninneren an die Oberfläche bringt, eine CO2-Quelle für die Atmosphäre. Während des El Niño wird dieser äquatoriale Auftrieb im östlichen und zentralen Pazifik unterdrückt, wodurch die Zufuhr von CO2 an die Oberfläche verringert wird. Würden die CO2-Flüsse anderswo konstant bleiben, dürfte diese Verringerung der CO2-Flüsse vom Ozean in die Atmosphäre zu einer Verlangsamung des Wachstums des atmosphärischen CO2 beitragen. Diese Hypothese lässt sich jedoch ohne großräumige CO2-Beobachtungen über dem tropischen Pazifik nicht verifizieren.
Die hochaufgelösten Beobachtungen der NASA-Satellitenmission OCO-2 in Verbindung mit CO2-Messungen an der Meeresoberfläche durch NOAA-Bojen haben Wissenschaftlern einen einzigartigen Datensatz geliefert, mit dem sie die CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre verfolgen und den Zeitpunkt der Reaktion des Ozeans und des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs während des El Niño 2015-2016 ermitteln konnten. CO2-Beobachtungen bestätigen, dass der tropische Pazifik eine frühe und wichtige Rolle bei der Reaktion der atmosphärischen CO2-Konzentrationen auf den El Niño 2015-2016 gespielt hat (vgl. Grafik).
| | Schematische Darstellung der Unterschiede zwischen normalen und El Niño-Bedingungen und der damit verbundenen Kohlenstoffreaktion über dem tropischen Pazifik (A) normale Bedingungen; (B) El-Niño-Bedingungen. Warme Ozeanoberflächentemperaturen sind rot, kühlere Gewässer blau gekennzeichnet. Während der El Niño-Bedingungen schwächen sich die östlichen Passatwinde ab und es treten Westwindböen auf. Quelle: A. Chatterjee et al. |
Weitere Informationen:
- CO2-Eintrag und Versauerung. In: Welt im Wandel - Menschheitserbe Meer (Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen, 2013)
- Carbon Dioxide: Earth's Hottest Topic is Just Warming Up (NOAA 2009)
- 2015 State of the Climate: Carbon Dioxide (NOAA 2016)
- Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide (R. Lindsey, NOAA 2020)
- Can we see a change in the CO2 record because of COVID-19? (NOAA 2020)
- Kohlenstoffdioxid - Factsheet Nr. 13 (Helmholtz Klimainitiative 2023)
Kohlen(stoff)monoxid
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