Einführung
Kohlendioxid besteht aus einem Kohlenstoffatom (C), das doppelt an zwei Sauerstoffatome (O) gebunden ist und die Molekülverbindung O=C=O mit dem chemischen Symbol CO2 bildet. Es hat weder Farbe noch Geruch, aber Kohlendioxid hat einen leicht sauren Geschmack. Dieser saure Geschmack ist in kohlensäurehaltigen Getränken zu finden, da Kohlendioxid diesen Flüssigkeiten ihre Kohlensäure verleiht. Bei normalen Temperaturen und Drücken auf der Erde ist Kohlendioxid ein Gas, kann aber auch in flüssigem und festem Zustand vorkommen.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Kohlendioxid in der Erdatmosphäre in einem Verhältnis von etwa 300 bis 400 Teilen pro Million (ppm) vorkommt. Bei der Untersuchung des globalen Klimas haben die Wissenschaftler jedoch einen Anstieg der Kohlendioxidkonzentration um jährlich etwa 0,4 % festgestellt. Dieser Konzentrationsanstieg ist für die Erforschung des Klimawandels von Bedeutung, da die Wissenschaftler davon ausgehen, dass ein Teil dieses Anstiegs auf die Verbrennung von fossilen Brennstoffen und Pflanzen wie Holz, Erdöl und Kohle zurückzuführen ist.
Geschichtlicher Hintergrund und wissenschaftliche Grundlagen
Der flämische Chemiker Johannes van Helmont (1580-1644) beobachtete, dass die Endmasse geringer war als die Ausgangsmasse, wenn Holzkohle in einem geschlossenen Behälter verbrannte. Van Helmont
vermutete, dass es sich bei dem Unterschied um den Entzug einer unsichtbaren Substanz handelte (die später als Kohlendioxid identifiziert wurde).
Später stellte der schottische Chemiker Joseph Black (1728-1799) bei der Zersetzung von Kreide und Kalkstein eine unbekannte Substanz her, die er „feste Luft“ nannte. Black gilt allgemein als der erste Wissenschaftler, der Kohlendioxid entdeckte.
WISSENSWERTES
BIOSPHÄRE: Die Gesamtheit aller Lebensformen auf der Erde und die Wechselwirkung zwischen diesen Lebensformen.
Kohlenstoffkreislauf: Alle Teile (Reservoirs) und Ströme von Kohlenstoff. Der Kreislauf wird in der Regel als vier Hauptreservoirs für Kohlenstoff betrachtet, die durch Austauschwege miteinander verbunden sind. Bei den Reservoiren handelt es sich um die Atmosphäre, die terrestrische Biosphäre (umfasst in der Regel Süßwassersysteme), die Ozeane und die Sedimente (umfasst fossile Brennstoffe). Die jährlichen Kohlenstoffbewegungen, der Kohlenstoffaustausch zwischen den Reservoiren, erfolgen aufgrund verschiedener chemischer, physikalischer, geologischer und biologischer Prozesse. Der Ozean enthält das größte Kohlenstoffreservoir in der Nähe der Erdoberfläche, aber der größte Teil dieses Reservoirs ist nicht an einem schnellen Austausch mit der Atmosphäre beteiligt.
FOSSILE BRENNSTOFFE: Brennstoffe, die durch biologische Prozesse gebildet und im Laufe der geologischen Zeit in feste oder flüssige Mineralien umgewandelt wurden. Zu den fossilen Brennstoffen gehören Kohle, Erdöl und Erdgas. Fossile Brennstoffe sind auf der Zeitskala der menschlichen Zivilisation nicht erneuerbar, da ihre natürliche Wiederauffüllung viele Millionen Jahre dauern würde.
Treibhausgas: Ein gasförmiger Bestandteil der Atmosphäre, der zum Treibhauseffekt beiträgt. Treibhausgase sind für bestimmte Wellenlängen der Sonnenstrahlung durchlässig, so dass sie tief in die Atmosphäre oder bis auf die Erdoberfläche vordringen können. Treibhausgase und Wolken verhindern, dass ein Teil der Infrarotstrahlung entweicht, und halten die Wärme in der Nähe der Erdoberfläche zurück, wo sie die untere Atmosphäre erwärmt. Eine Veränderung dieser natürlichen Barriere aus atmosphärischen Gasen kann die mittlere globale Temperatur der Erde erhöhen oder senken.
INDUSTRIELLE REVOLUTION: Der Zeitraum, der etwa in der Mitte des 18. Jahrhunderts begann und in dem die Menschen begannen, Dampfmaschinen als wichtige Energiequelle zu nutzen.
PHOTOSYNTHESE: Der Prozess, bei dem grüne Pflanzen Licht nutzen, um organische Verbindungen aus Kohlendioxid und Wasser zu synthetisieren. Bei diesem Prozess werden Sauerstoff und Wasser freigesetzt. Ein erhöhter Kohlendioxidgehalt kann bei einigen Pflanzen die Netto-Photosynthese steigern. Pflanzen stellen ein sehr wichtiges Reservoir für Kohlendioxid dar.
RESPIRATION: Der Prozess, bei dem Tiere gespeicherte Nahrung (durch Verbrennung mit Sauerstoff) aufbrauchen, um Energie zu erzeugen.
Darüber hinaus war der schwedische Chemiker Svante Arrhenius (1859-1927) der erste Wissenschaftler, der eine Arbeit über Kohlendioxidemissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe veröffentlichte. Arrhenius veröffentlichte 1896 „Über den Einfluss der Kohlensäure in der Luft auf die Temperatur des Bodens“.
Auswirkungen und Probleme
Kohlendioxid spielt eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf, der einen Austausch von Kohlendioxid zwischen Biosphäre (Lebewesen), Geosphäre (Landmassen), Hydrosphäre (Gewässer) und Atmosphäre (Luft) beinhaltet.
Bei der Photosynthese wandeln grüne Pflanzen Kohlendioxid und Wasser in Nahrung wie Sauerstoff und Glukose um. Umgekehrt setzen Pflanzen und Tiere in einem Prozess, der als Atmung bezeichnet wird, Kohlendioxid frei.
Der Mensch beeinflusst jedoch die Menge des in die Atmosphäre abgegebenen Kohlendioxids durch seine künstlich erzeugten Aktivitäten wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe, die Abholzung von Wäldern und den Einsatz von kraftstoffbetriebenen Fahrzeugen. Aufgrund dieser Aktivitäten hat die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre seit etwa 1850, dem Beginn der zweiten industriellen Revolution, stetig zugenommen. Wie der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) der Vereinten Nationen berichtet, ist der Anstieg der CO2-Emissionen zwischen 1970 und 2004 um etwa 80 % gestiegen.
IN CONTEXT: CO2 CAPTURE AND STORAGE
„CCS in unterirdischen geologischen Formationen ist eine neue Technologie, die das Potenzial hat, bis 2030 einen wichtigen Beitrag zur Emissionsminderung zu leisten. Technische, wirtschaftliche und regulatorische Entwicklungen werden den tatsächlichen Beitrag beeinflussen.“
QUELLE:Metz, B., et al. „IPCC, 2007: Summary for Policymakers“. In: Climate Change 2007: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change New York: Cambridge University Press. 2007.
Das Umweltproblem, das als globale Erwärmung bezeichnet wird, beunruhigt die Menschen aufgrund des festgestellten Anstiegs von Treibhausgasen wie Kohlendioxid. Wissenschaftler untersuchen diesen Treibhauseffekt, um festzustellen, ob das Abschmelzen von Gletschern und Eisbergen, die erhöhte Sturmaktivität und die überdurchschnittlich hohen Temperaturen auf einen übertriebenen Treibhauseffekt zurückzuführen sind. Der IPCC sagt voraus, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre bis 2050 450 bis 550 ppm erreichen könnte.
Siehe auch Kohlenstoffkreislauf; Kohlendioxidkonzentrationen; Klimawandel; Treibhauseffekt; Treibhausgase; Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC).
BIBLIOGRAPHIE
Bücher
Gunter, Valerie Jan. Volatile Places: A Sociology of Communities and Environmental Controversies. Thousand Oaks, CA: Pine Forge Press, 2007.
Mackenzie, Fred T. Carbon in the Geobiosphere: Earth’s Outer Shell. Dordrecht, Netherlands: Springer, 2006.
National Academy of Engineering, National Research Council of the National Academies. The Carbon Dioxide Dilemma: Promising Technologies and Policies. Washington, DC: National Academies Press, 2003.
Webseiten
„Contributions of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovermental Panel on Climate Change.“ Intergovermental Panel on Climate Change, 4. Mai 2007. < http://www.ipcc.h/SPM040507.pdf> (Zugriff am 5. November 2007).