Kohlenstoffkreislauf und Treibhausgase

Wie sich Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Ozean, Land und Gestein bewegt und wie menschliche Emissionen von Kohlendioxid und anderen Gasen sich ansammeln und die Erwärmung vorantreiben.

Definition

Der Kohlenstoffkreislauf ist die Gesamtheit der Austauschprozesse, die Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Ozean, Landbiosphäre, Böden und Gesteinen bewegen, und Treibhausgase sind die atmosphärischen Bestandteile, hauptsächlich Kohlendioxid, Methan und Lachgas, deren Konzentrationen dieser Kreislauf reguliert.

Scope

Dieses Thema behandelt den globalen Kohlenstoffkreislauf und das Budget der Treibhausgase. Es befasst sich mit dem natürlichen Austausch von Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Ozean und Landbiosphäre auf Zeitskalen von Jahren bis Jahrtausenden, dem geologischen Kreislauf von Verwitterung und Vulkanismus, der Aufnahme menschlicher Emissionen durch Ozean- und Landsenken und dem daraus resultierenden Anstieg von atmosphärischem Kohlendioxid, Methan und Lachgas, zusammen mit dem Konzept eines verbleibenden Kohlenstoffbudgets zur Begrenzung der Erwärmung.

Core questions

• Wie bewegt sich Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Ozean, Land und Gestein?
• Welcher Anteil der menschlichen Emissionen verbleibt in der Atmosphäre?
• Wie reagieren Kohlenstoffsenken in Ozean und Land auf die Erwärmung?
• Wie viel Kohlenstoff kann innerhalb einer bestimmten Erwärmungsgrenze noch emittiert werden?

Key theories

Atmosphärischer Anteil und Kohlenstoffsenken

Nur etwa die Hälfte der menschlichen Kohlenstoffemissionen verbleibt in der Atmosphäre, da Ozean und Landbiosphäre den Rest aufnehmen, und wie sich diese Senken unter Erwärmung entwickeln, bestimmt zukünftige Konzentrationen.

Kohlenstoffkreislauf-Rückkopplungen

Erwärmung kann die Kohlenstoffaufnahme schwächen und Kohlenstoff aus Böden, Permafrost und Vegetation freisetzen, eine Rückkopplung, die mehr emittierten Kohlenstoff in der Atmosphäre belässt und die Erwärmung verstärkt.

Mechanisms

Kohlenstoff zirkuliert schnell zwischen Atmosphäre, Oberflächenozean und Vegetation durch Photosynthese, Respiration und Luft-Meer-Austausch und langsam durch Ozeanmischung, Sedimentation, Verwitterung und Vulkanismus. Menschliche Emissionen fügen Kohlenstoff schneller hinzu, als der langsame geologische Abbau wirken kann, sodass die Konzentrationen steigen; Ozean und Land absorbieren derzeit etwa die Hälfte, aber Erwärmung und sich ändernde Bedingungen können diese Senken schwächen, was den atmosphärischen Anteil erhöht.

Clinical relevance

Da kumulative Kohlenstoffemissionen maßgeblich die Spitzen-Erwärmung bestimmen, definiert das Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs das verbleibende Kohlenstoffbudget, das mit den Temperaturzielen vereinbar ist, und die Rolle natürlicher und technischer Kohlenstoffentnahme.

Evidence & guidelines

Der Sechste Sachstandsbericht des IPCC stellt eine nahezu lineare Beziehung zwischen kumulativen Kohlenstoffemissionen und der globalen Erwärmung fest und quantifiziert die verbleibenden Kohlenstoffbudgets zur Begrenzung der Erwärmung auf bestimmte Niveaus.

History

Keelings kontinuierliche Messungen, die 1958 begannen, zeigten erstmals den stetigen Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxids, und nachfolgende Jahrzehnte von Ozean- und Landstudien, zusammengefasst im jährlichen globalen Kohlenstoffbudget, quantifizierten die Senken und stellten den Zusammenhang zwischen kumulativen Emissionen und Erwärmung her.

Debates

Zukünftige Stärke der Kohlenstoffsenken an Land und im Ozean

Wie lange die natürlichen Senken weiterhin etwa die Hälfte der Emissionen absorbieren werden und ob die Erwärmung sie stark schwächen wird, ist eine große Unsicherheit bei der Projektion zukünftiger Konzentrationen.

Key figures

• Charles David Keeling
• Pierre Friedlingstein
• Wallace Broecker
• Corinne Le Quere

Seminal works

• keeling1960
• friedlingstein2022

Frequently asked questions

Wohin geht das von uns emittierte Kohlendioxid?

Etwa die Hälfte verbleibt in der Atmosphäre, während Ozean und Landvegetation jeweils etwa ein Viertel aufnehmen, obwohl diese Senken mit der Erwärmung des Klimas schwächer werden können.

Was ist ein Kohlenstoffbudget?

Es ist die Gesamtmenge an Kohlendioxid, die noch emittiert werden kann, während die Erwärmung unter einer gewählten Grenze gehalten wird, basierend auf der nahezu linearen Verbindung zwischen kumulativen Emissionen und Temperatur.