Das Klimasystem ist extrem komplex und wird von einer Vielzahl Faktoren beeinflußt. Nachfolgend sind einige Zusammenhänge dargestellt (Sellers 1993)

Dabei spielen das absorbierte Sonnenlicht, die Temperatur, die emittierte IR-Strahlung, der latente Wärmefluß (latent heat flux durch Wasserdampf), die fühlbare Wärme und Meersströmung eine wichtige Rolle. Beim Faktor Strahlungsabsorption sind die IR-Strahlung absorbierenden Komponenten der Atmosphäre H₂O und CO₂ wichtig. Kohlenstoffdioxid ist ein Teil des Kohlenstoffzyklus, der kurz besprochen werden soll.

Nachfolgend ist der Kohlenstoffkreislauf des IPCC (UNEP) 1998 dargestellt. Dieser dient den meisten offiziellen Stellen als Grundlage. Er bildet jedoch nur einen Teil der Realität ab. Es fehlen folgende wesentliche Elemente:

C-Aufnahme/Abgabe der Bodenorganismen (ca. 55 Gt/Jahr) Vulkanische und nichtvulkanische Bodenausgasungen. (0,6 Gt C/Jahr; derzeit sind 24 der 550 aktiven Vulkane ca. 3% der Böden vermessen) effektive Größe unbekannt!!! Vulkanische Eruptionen ( 0,6 GT C/Jahr; derzeit sind 24 der 550 aktiven Vulkane vermessen) effektive Größe unbekannt!!! Gashydratvorkommen der Meeresböden (ca. 10 000 GT C); effektive Größe unbekannt!!! Auch bei allen anderen offiziellen C-Zyklen wie NASA, NOAA usw. fehlen die Bodenausgasungen und Gashydratlager.

Wegen dieser wesentlichen Mängel sind alle Schlußfolgerungen daraus spekulativ und Berechnungen nicht schlüssig.

Ein Schaubild mit allen Quellen findet man am Ende der Seite!

Kohlenstoff kommt anorganisch im Boden als Kohle, in verschiedenen Carbonaten (Salzen der Kohlensäure) z.B. als Kalziumcarbonat (Kalk), als im Wasser gelöstes Kalziumhydrogencarbonat und in der Atmosphäre als gasförmiges CO₂ und Methan vor. In organischer Form findet man C-Verbindungen als Erdgas oder Erdöl. Der Kohlenstoffzyklus stellt die Umwandlung in seine verschiedenen Formen dar.
Insgesamt kann man global 3 Teilzyklen feststellen:

1. Biosphäre/Atmosphären-Zyklus
2. Lithosphären/Platten-Zyklus
3. Gesteinszyklus

1. Biosphäre/Atmosphären-Zyklus
Die obige Abbildung zeigt das System bestehend aus Land, Organismen, Wasser und Atmosphäre in dem CO₂ und seine Umwandlung eine wichtige Rolle spielt.

Aktuell ist CO₂ in der Atmosphäre mit 0,037% vertreten. CO₂ wird von Organismen ausgeatmet und von Pflanzen (Land/wasser) zur Photosynthese (ca. 550 GT/Jahr) aufgenommen. Dieselbe Menge CO₂ ( ca. 550 GT/Jahr) wird durch die Zellatmung der Organismen zu Land und zu Wasser an die Atmosphäre abgegeben. Der Fehler beträgt dabei +- 37 GT CO2. Dies stellt als Photosynthese/Zellatmung eines der beiden wichtigen Teilgleichgewichte der Biospäre dar.
Das 2. wichtige Teilgleichgewicht ist das Lösungsgleichgewicht von CO₂ in den Ozeanen. Dieses wird von der physikalischen Löslichkeit von CO₂ im Zusammenhang mit dem Kalkgleichgewicht, also dem Zerfall und der Löslichkeit von CaCO₃ bestimmt.
Betrachtet man einfach die Grenzfläche Atmosphäre - Land/Wasser (71%) so kann man die beiden Gleichgewichte als Photosynthese/Zellatmung Land mit ca.420 GT/Jahr CO2-Austausch (= 130 GT C/Jahr) und der CO2-Austausch im Ozean (ca. 330 gT CO2/Jahr = 90 GT C/Jahr) darstellen.

Battle et al. (2000) bestimmten im Jahr 2000 die Aufnahmegeschwindigkeit der Biosphäre mit 1.4±0.8 Gt C /Jahr und die Rate der Ozeane mit 2.0±0.6 GT C /Jahr basierend auf Messungen zwischen 1991 and 1997. (Quelle: http://www.ocean.washington.edu/research/sil/anthroco2.htm)

Durch die Zivilisation werden jährlich ca. 22GT CO₂ emittiert. Dies sind ca. 4% des Gesamtgleichgewichts von ca. 550 GT CO₂/Jahr.

2. Lithosphären/Platten-Zyklus
Darunter versteht man die Verschiebung der Kontinentalplatten der Erdkruste. Neben Magnesium, Eisen und Silizium bestehen diese auch aus Kalzium, was für den Kohlenstoffzyklus wichtig ist. Da sich die Platten samt Sediment untereinander schieben und schmelzen kommen diese als Lava (CO₂, Kalzium, Wasserdampf) durch vulkanische Eruptionen und Bodenausgasungen an die Oberfläche bzw. in die Ozeane.

3. Gesteinszyklus
Durch die Kollision der Platten werden Gebirge gebildet. Durch Verwitterung gelangen bestandteile wie Sandkörner, Lehm und Kalkstein in die Flüsse und Meere. Dort sinken Sie an den Boden, bilden Sediment, das von den marinen wirbellosen Organismen aufgenommen wird und in deren Kalkschalen gespeichert wird, die beim Tod wieder Sediment bilden.

Aus der nachfolgenden Abbildung des Kohlenstoff-Kreislaufs können die teilweise geschätzten umgeschlagenen Mengen an CO₂ 1994 entnommen werden, wie sie offiziell angegeben werden. (Quelle: Dave Bice, Dept. of Geology, Carleton College, Northfield, MN 55057; verändert; 1Gt = 10⁹ To).

Damit sind die Ozeane die wichtigsten CO₂-Speicher der Erde!

CO₂ reagiert innerhalb ca. 1 Jahres zum Gleichgewicht. Die Vermischung im gesamten Ozean dauert allerdings ca. 1000 Jahre.( Quelle: http://www.geo.arizona.edu/geo4xx/geos478/GC2002.Ocean1.html) Im Seewasser steht CO2 im Gleichgewicht mit CO_3^2-, HCO₃-. Bei pH ~8, findet man an DIC ca. 1% CO₂, 89% HCO_3^-, and 10% CO₃^2-.

Die Methanemission beträgt übrigens pro Jahr ca. 0,9 GT.

In der öffentlichen Diskussion sind besonders der Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentration (2002= 0,037%). Die atmosphärische C-Konzentration wird durch 2 dynamische Teilgleichgewichte bestimmt (siehe IPCC-Schaubild oben):

CO₂(aq) CO₂(g) DH°=+22 J/Mol

Insgesamt findet also ein ständiger Austausch von ca. 210 GT C/Jahr zwischen Boden/Wasser und der Atmosphäre statt.

Dazu kommen die nichtvulkanischen und vulkanischen Bodenausgasungen und die Schlammvulkane die bisher weltweit kaum vermessen sind. Von den ca. 550 aktiven Vulkanen sind derzeit nur 24 und deren Umgebung vermessen worden. Bisherige Messungen zeigen einen C-Fluß im Gigatonnenbereich. Diese Menge wird sich durch weitere Messungen bald enorm erhöhen. Bie Bodenausgasungen und Schlammvulkane sind in den bisherigen C-Zyklen deutlich unterschätzt und deswegen als geologische C-Quelle ignoriert worden. Deshalb sind alle bisher veröffentlichten C-Flux-Modelle unvollständig und lassen keine eindeutigen Schlußfolgerungen zu.

Andere Substanzflüsse sind minimal oder können noch nicht quantifiziert werden

Dynamische Gleichgewichte bestehen aus einer Hin- und Rückreaktion, die laufend ablaufen, werden über das Massenwirkungsgesetz berechnet und besitzen eine Gleichgewichtskonstante. Die aktuellen Konzentrationen in Luft und Wasser geben den derzeitigen Gleichgewichtszustand an. Dies ist Grundwissen der Chemie seit ca. 150 Jahren.
Gleichgewichte können grundsätzlich durch 4 Faktoren beeinflußt werden und gehorchen dem Prinzip von LeChatelier:

1. Temperatur
   Temperaturänderungen verändern die Reaktionsgeschwindigkeit und damit die Gleichgewichtskonstante. Dadurch läuft z.B die Hinreaktion schneller ab und das Gleichgewicht wird verschoben, es entsteht mehr Produkt.
2. Druck (hier nicht relevant, da 1 bar konstant an der Erdoberfläche)
   Da chemische Reaktionen auch ein bestimmtes Reaktionsvolumen benötigen, bewirkt eine Veränderung des Drucks ebenfalls eine Verschiebung in die eine oder andere Richtung.
3. Konzentrationsänderungen
   Entnimmt man z.B. Produkte einer dynamischen Reaktion aus dem Reaktionsansatz so regiert das Gleichgewicht, so daß Produkt nachgebildet wird.
4. Katalysatoren ( hier nicht relevant)
   verändern ebenfalls die Reaktionsgeschwindigkeit einer Reaktion.

In unserem Fall sind die Photosynthese und Dissimilation (Zellatmung) der Organismen stark temperaturabhängig. Typischerweise laufen die biochemischen Reaktionen (durch Enzyme) zwischen 20° und 40° C am besten ab. Eine Temperaturerhöhung um 10° verdoppelt die Reaktionsgeschwindigkeit (RGT-Regel).

Störung des Gleichgewichts durch Temperaturänderung
Die Temperaturkurven der letzten 100 Millionen Jahre zeigt das Bild oben, klein rechts oben die Veränderung in den letzten 150 000 Jahren. Betrachtet man also einen längeren Zeitraum, wird klar, daß die Temperatur sich immer verändert hat, eine Änderung der Gleichgewichtslage hat also immer stattgefunden. In den letzten 20 000 Jahren stieg die Temperatur um ca. 10° C, demnach hat sich die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt. Da die Lösung von CO₂ in Wasser endotherm ist, muß demnach CO2 aus dem Wasser ausgasen. Und da die Photosynthese ebenfalls endotherm ist, läuft sie bevorzugt ab. Genau dies stellt man heute fest.

Betrachtet man einen kleinen Zeitraum, z.B. die letzten 150 Jahre oder sogar nur 1 Tag so kann man ebenfalls zwanglos feststellen, daß das Gleichgewicht immer gestört wird. Z.B. nachts ist es kalt, am Tag erwärmt sich die Erde um ca. 15°C.

Störung des Gleichgewichts durch Konzentrationsänderung
Im globalen Gesamtgleichgewicht werden durch 2 Vorgänge die Konzentrationen des Gleichgewichts verändert:

1. Vulkanische Eruptionen (CO2, H2O, SO2) und diffuse Ausgasungen des Bodens ( Größe unbekannt; ? 50GT)
2. Anthropogene Emissionen durch Verbrennung fossiler Treibstoffe, Waldrohdung usw. (ca. 5,5 GT C/J)

Grundsätzlich führen beide C-Emissionen in die Atmsophäre nach LeChatelier zu einer Beschleunigung der Rückreaktion also der Steigerung der Photosynthese und einer verstärkten Lösung im Wasser.

Die Emissionen der Vulkane, die meist mit 0,6 GT C/Jahr angegeben wird entsprechen kaum der Realität, da bis heute erst 24 von ca. 550 aktiven Vulkanen vermessen sind und die Bodenausgasungen um die Vulkane kaum berücksichtigt sind. Hinzu kommen die nichtvulkanischen Ausgasungen, die noch höher sind. Allein die gemessenen Bodenausgasungen in Süditalien von Neapel bis Sizilien betragen in Form von CO₂ ca. 0,4 x 10⁸ Tonnen/Jahr. Quelle: http://www.geosc.psu.edu/~jrogie/pubs/AGU1996.html (Stand 2002) und http://aslo.org/disccrs/200209-2.html.

Z. B. im Yellowstone Park mit seinen vielen heißen Quellen steigen aus dem Boden 0,3 x 108 Tonnen CO2/Jahr aus. (Quelle: http://www.nps.gov/yell/publications/pdfs/iar99/pdfs/geology.pdf)

Am Horseshoe Lake, Mammoth Mountain USA wurden so hohe Ausgasungen gemessen, daß die Bäume rund um den See eingingen. (http://quake.wr.usgs.gov/prepare/factsheets/CO2/)

Die Ausgasungen ( 2,3 Mt/Jahr) am Kratersee Lake Nyos, Kamerun, Afrika töteten 1986 mehr als 1700 Menschen. Ein künstliches Ausgasungsprojekt der UNESCO schaffte Abhilfe (siehe unten rechts). (http://perso.wanadoo.fr/mhalb/nyos/)

Allein in Mittel und Süditalien gasen ca. 1/3 der bisher gemessenen CO₂-Mengen aus dem Boden. Manche emittieren 100% CO₂, ca. 200 Tonnen /Tag und sind tödlich. (Quelle: http://www.psu.edu/ur/NEWS/SCIENCETECH/italy.html)

Bodenausgasungen zwischen Florenz und Neapel (Italien)

Es sind also nach Festellung der unter- und oberirdischen Bodenausgasungen und der vulkanischen Aktivität wesetntlich höhere Emissionen zu erwarten als zur Zeit angegeben. Deshalb ist dies DER wirksame Faktor zur Störung neben der Temperatur. Eine Tabelle aller derzeitigen gemessenen Ausgasungen ist hier ersichtlich.

Schlammvulkan in Taiwan

(Quelle: http://www.coa.gov.tw/external/preserve/preserve/english/nat_res/wushangting.htm) und
http://volcanoes.usgs.gov/Products/Pglossary/MudVolcano.html

Die Ausgasungen der Schlammvulkane sind bisher ebenfalls nur teilweise gemessen worden und werden aufgrund der bisherigen Messungen (2002) auf global 15 - 20 Megatonnen /Jahr Gas(CH₄ und CO₂), jeweils überirdisch und submarin hochgerechnet. (Quelle: http://www.milkov.homestead.com/files/Milkov_et_al_2003.pdf) Diese Mengen sind bisher auch weit unterschätzt worden.

Nachfolgend die Gegenüberstellung der natürlichen und menschlichen globalen C-Emissionen/Jahr ohne die vulkanischen und nichtvulkanischen Bodenausgasungen da nur zu ca. 5% vermessen::

Die antropogenen Emissionen belaufen sich derzeit auf ca. 22 GT CO2/Jahr. oder ca. 5,5 GT C/Jahr. Diese Menge ist im Bereich des statistischen Fehlers der Schätzungen des Gesamtgleichgewichts von 210 GT C/Jahr und ca. 3%. Eine solch kleine Menge kann das Gesamtgleichgewicht nicht stören, da die Gleichgewichte ohne Umschlagspunkte verschoben werden (Löslichkeit, Photosynthese) und die Bodenausgasungen wesentlich höher sind.

Nachfolgend der um die allgemein ignorierten und unbekannten C-Quellen ergänzte C-Kreislauf der NASA:

Weiterführende Quellen:

C-Zyklus: http://www.geo.arizona.edu/geo4xx/geos478/GC2002.Ocean1.html und http://www.ocean.washington.edu/research/sil/anthroco2.htm Mammoth Mountain USA: http://quake.wr.usgs.gov/prepare/factsheets/CO2/ Kratersee Lake Nyos, Kamerun: http://perso.wanadoo.fr/mhalb/nyos/ Liste aller Bodenausgasungen : http://131.128.30.145/ja/CO2CH4Etiope.pdf Bodenausgasungen in Italien: http://www.psu.edu/ur/NEWS/SCIENCETECH/italy.html Yellowstone Park : http://www.nps.gov/yell/publications/pdfs/iar99/pdfs/geology.pdf): Geschichte: http://www.colby.edu/sci.tech/st215/3.3view/sld010.htm