“Kohlenstoff, das sechste Element, spielt eine einzigartige Rolle auf unserem dynamischen und sich entwickelnden Planeten”, erklärt Robert Hazen, Exekutivdirektor des Deep Carbon Observatory (DCO) Programms. “Kohlenstoff bildet die Grundlage des Lebens, dient als primäre Quelle für unseren Energiebedarf, inspiriert eine Reihe neuer Materialien und spielt eine überproportional große Rolle für Klima und Umwelt der Erde.” Doch auch wenn der Kohlenstoff vor allem in Form des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) momentan in aller Munde ist – der Kohlenstoffkreislauf umfasst weit mehr Akteure. “In den Jahrzehnten intensiver Forschung haben wir uns meist auf den oberflächennahen Kohlenstoffkreislauf konzentriert – die Ozeane, Atmosphäre und Biosphäre. Sie alle unterliegen einem schnellen Wandel und sind am stärksten von menschlichen Einflüssen geprägt”, sagt Hazen.
Das meiste liegt unter der Erde
Doch ein Großteil des irdischen Kohlenstoffs liegt nicht an der Oberfläche, sondern tief darunter – im Inneren unseres Planeten. “Der Schlüssel zum Verständnis des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs ist es daher, herauszufinden, wie viel Kohlenstoff es wo gibt und wie schnell und viel davon sich von den tiefen Reservoiren an die Oberfläche und zurück bewegt”, sagt DCO-Forscherin Marie Edmonds von der University of Cambridge. Seit zehn Jahren erforschen die mehr als 1200 Mitglieder des DCO-Programms diese Fragen weltweit und interdisziplinär mithilfe modernster Messinstrumente und Auswertemethoden. Jetzt veröffentlichen sie eine erste Bilanz. In acht Fachartikeln präsentieren sie den Stand unseres Wissens zum globalen Kohlenstoffkreislauf und seinen Akteuren.
Den Auswertungen zufolge gibt es auf unserem Planeten insgesamt rund 1,85 Milliarden Gigatonnen Kohlenstoff – eine Gigatonne entspricht einer Milliarde Tonnen. Von dieser unvorstellbar großen Masse liegen jedoch mehr als 99,9 Prozent unter der Erdoberfläche, verteilt auf Erdkern, Erdmantel und die Erdkruste. Dort ist der Kohlenstoff sowohl elementar als auch in Form chemischer Verbindungen in verschiedensten Gesteinen und Mineralen enthalten. Nur rund 43.500 Gigatonnen Kohlenstoff befinden sich über der Erde in Ozeanen, den Sedimenten und Böden der Landflächen, der Biosphäre und der Atmosphäre. Den größten Anteil davon enthalten die tiefen Bereiche der Ozeane mit rund 37.000 Gigatonnen Kohlenstoff, wie die Wissenschaftler berichten. Die terrestrische Biosphäre umfasst dagegen nur rund 2000 Gigatonnen Kohlenstoff, die Atmosphäre rund 590 Gigatonnen.
Fragiles Gleichgewicht
Diese Verteilung jedoch ist nicht statisch, denn zwischen den verschiedenen Kohlenstoffreservoiren findet ein ständiger Austausch statt. Den Auswertungen des Deep Carbon Observatory zufolge entweichen pro Jahr rund 280 bis 360 Millionen Tonnen Kohlenstoff in Form verschiedener Gase aus dem Untergrund in die Ozeane und Atmosphäre. Diese Ausgasungen finden bei Vulkanausbrüchen statt, aber auch schleichend und kontinuierlich an Gasaustritten in Vulkangebieten und entlang tektonischer Nahtstellen. Umgekehrt gelangt ständig auch Kohlenstoff zurück in das Erdinnere, vor allem durch die Subduktion von Erdplatten entlang der Plattengrenzen. Wenn dort Krustenteile in den Erdmantel hinuntergedrückt werden und aufschmelzen, bringen sie den in Sedimenten und Gestein gebundenen Kohlenstoff zurück in die Tiefe.
