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Kohlenstoff kommt in vielen Formen überall auf der Erde vor. Von den unzähligen verschiedenen Kohlenstoffverbindungen bezeichnet man die meisten als organische Verbindungen. Mengenmässig liegt aber der grösste Teil des Kohlenstoffs in Form von anorganischen Verbindungen vor, insbesondere von Karbonaten.
Millionen verschiedene chemische Formen des Kohlenstoffs sind wichtige Bestandteile von Gesteinen, Böden, Wasser, Luft und Lebewesen. Dabei sind nur etwa 100ʼ000 dieser Kohlenstoffverbindungen anorganisch; sie binden in Form von Gesteinen aber den grössten Anteil des Kohlenstoffs der Erde.
Der Speicher unter der Erde: Die Lithosphäre
In Gesteinen ist mit rund 1,85 Milliarden Gigatonnen mehr als 99,9% des Kohlenstoffs auf der Erde gespeichert. Der grösste Teil davon liegt als Karbonat vor, das heisst in Mineralen mit dem Karbonation (CO32-). Dieses bindet an Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg), wodurch Calcit bzw. Kalk (CaCO3) oder Dolomit (CaMg[CO3]2) entsteht.
Es gibt weitere anorganische Kohlenstoff-Minerale, wie Diamant und Graphit, die aus reinem Kohlenstoff bestehen. In Gesteinen ist auch viel fossiler organischer Kohlenstoff gespeichert. Dieser entsteht unter hohen Temperaturen und Drücken und über lange Zeit hinweg aus organischem Kohlenstoff, der von Lebewesen produziert wurde. Dazu gehören Kerogene (wasserunlösliche, komplexe Verbindungen), Gashydrate (feste Einschlussverbindungen, die Gase enthalten), Erdöl, Erdgas und Kohle.
In Luft und Wasser: Atmosphäre und Hydrosphäre
In der Atmosphäre sind 590 Gigatonnen Kohlenstoff gespeichert, am meisten davon als Kohlenstoffdioxid (CO2). Im Jahr 2019 sind dies etwas mehr als 0.04% der Luft. Weitere Kohlenstoffgase sind zum Beispiel Kohlenstoffmonoxid (CO) und Methan (CH4).
Im Wasser und im Eis ist Kohlenstoff sowohl anorganisch als gelöstes Karbonat oder Bikarbonat (HCO3-) als auch in organischen Verbindungen vorhanden. Die Tiefen der Ozeane sind mit 37ʼ000 Gigatonnen die grössten Kohlenstoffspeicher neben den Gesteinen.
Grosse Vielfalt in Lebewesen und im Boden: Biosphäre und Pedosphäre
Zum Kohlenstoff von Lebewesen gehören mehrere Millionen von verschiedenen organischen Verbindungen, aber auch anorganische Kohlenstoffverbindungen wie der Kalk in Muschelschalen oder Korallen. Die Gesamtheit des organischen und anorganischen Kohlenstoffs von Lebewesen wird als Biomasse zusammengefasst.
Böden speichern unterschiedliche Mengen an anorganischem Kohlenstoff, was vor allem von ihrem Ausgangsgestein abhängig ist. Wenn ein Boden auf einem Kalkstein entstanden ist, so enthält er natürlich viel mehr Karbonate als ein Boden, der sich auf einem kohlenstoffarmen Vulkangestein gebildet hat.
Bei den organischen Verbindungen im Boden unterscheidet man zwischen frisch abgestorbenem, unzersetztem Material (Detritus), und teilweise zersetztem organischem Material (Humus). In Mooren, wo durch fehlenden Sauerstoff organisches Material erhalten bleibt, entsteht Torf, der einen sehr hohen organischen Anteil hat. Permafrostböden, also dauerhaft gefrorene Böden, speichern ebenfalls viel organischen Kohlenstoff, der durch die Temperaturen unter dem Gefrierpunkt weitestgehend nicht abgebaut wird. Auch grosse Mengen an Methan (CH4) sind hier gespeichert.
Das Element Kohlenstoff geht zahlreiche chemische Verbindungen ein, die auf der Erde in unterschiedlichen Formen vorliegen und fortlaufend umgewandelt werden. Dies nennt man den globalen Kohlenstoffkreislauf.
Kohlenstoff kommt in vielen Formen überall auf der Erde vor. Von den unzähligen verschiedenen Kohlenstoffverbindungen bezeichnet man die meisten als organische Verbindungen. Mengenmässig liegt aber der grösste Teil des Kohlenstoffs in Form von anorganischen Verbindungen vor, insbesondere von Karbonaten.
Kohlenstoff ist für das Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung. Er ist unverzichtbarer Baustein aller Lebewesen und eingebunden in einen globalen Kreislauf von organischen und anorganischen Verbindungen.