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Kalk- und Kohlenstoffkreislauf
Der
Kalk- und Kohlenstoffkreislauf
Um die Vorgänge
und Kreisläufe besser verstehen zu können, müssen wir jedoch
zuerst einmal bei einem Gas beginnen, das uns alltäglich begegnet:
Kohlenstoffdioxid (CO2) ist ein Gas, welches in der Luft nur
in einem geringen Anteil vorkommt (0,036%), aber trotzdem für die
Lebensvorgänge auf der Erde bedeutend ist. Es besteht in seinem chemischen
Grundaufbau aus Kohlenstoff- (C) und Sauerstoffatomen (O). Es ist das Gas,
das die Pflanzen in der Photosynthese benötigen und die Tiere als
Verbrennungsprodukt wieder ausatmen. Das Kohlenstoffdioxid ermöglicht
aufgrund des natürlichen Treibhauseffekts die Erwärmung der Erdatmosphäre
und schafft somit ein Klima, das für die Lebewesen günstig ist.
Die Uratmosphäre
enthielt ca. 16% dieses Gases. Im Präkambrium nahmen die Algen im
Meer große Mengen Kohlenstoffdioxid auf, um damit Sauerstoff und
Stärke - als organischer Nährstoff zu produzieren. Nach dem Absterben
der Algen lagerten sich die in der Stärke enthaltenen Kohlenstoffatome
am Meeresgrund in sogenannten Kerogenen ab und bildeten dort Sedimente.
Trotzdem nahm der Kohlenstoffdioxid-Gehalt während dieser Zeitepoche
kaum ab, da durch die vulkanischen Aktivitäten sehr viel Kohlenstoffdioxid
nachproduziert wurde. Der von den Algen hergestellte Sauerstoff wurde von
gelösten Eisensalzen, die sich aufgrund von vielen Eisenmeteoriten-Einschlägen
im Meer befanden, sofort wieder aufgebraucht. So bildeten sich die Eisenerzlagerstätten.
Quelle: vereinfacht
nach Klopries/Beckmann, Chem. Ind. 2/90
Beim Wechsel zum Kambrium,
vor ca. 600 Millionen Jahren, als die sauren Eisensalze im Meer aufgebraucht
waren, änderte sich die Situation grundgelegend. Die ersten Meeresorganismen
bauten Körperschalen aus Kalk (chem. Calciumcarbonat CaCO3),
was den Aufbau von mächtigen Kalksedimenten zur Folge hatte. Die Kalkgebirge
wie die Schwäbische Alb oder der Schweizerische Jura zeugen noch heute
davon. Die Meeresorganismen bauten im Laufe der Zeit den größten
Anteil des atmosphärischen Kohlenstoffdioxidanteils ab, so dass die
Kohlenstoffatome im Kalk der Sedimente und Gebirge chemisch gebunden wurden.
Gleichzeitig nahm der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre zu und die Grundlagen
für die "modernen" Lebensformen waren geschaffen. Heute ist in den
kalkhaltigen Sedimenten und Gebirgen der größte Anteil an Kohlenstoffatomen
gespeichert.
Abbildung: Versteinerter
Ammonit auf Kalkstein
Die Kohlenstoffatome,
bzw. das Kohlenstoffdioxid befinden sich in einem ständigen Kreislauf
zwischen den Lebewesen und dem mineralischen Kalk. Das Kohlenstoffdioxid
löst sich gerne im Wasser, deshalb enthält das Regen- oder das
Grundwasser immer gelöstes Kohlendioxid, bzw. Kohlensäure:
1. Schritt: Kohlendioxid
+ Wasser 
Kohlensäure
Fließt das kohlensäurehaltige
Wasser über Kalkstein, wird der Kalk durch die Säure zu wasserlöslichem
Calciumhydrogencarbonat
zersetzt:
2. Schritt: Kohlensäure
+ Calciumcarbonat
Calciumhydrogencarbonat
Das calciumhydrogencarbonathaltige
Wasser (hartes Wasser) wird über das Grundwasser weggeschwemmt. Überall
dort, wo Wasser verdunstet oder erhitzt wird, wandelt sich das Calciumhydrogencarbonat
wieder zu Kalk und Kohlendioxid um. Dabei werden die ersten beiden Schritte
umgedreht:
3. Schritt: Calciumhydrogencarbonat
Calciumcarbonat + Kohlendioxid + Wasser
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Stalagmiten
in den Beatushöhlen/Schweiz
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Dieser Vorgang findet in
der Natur vor allem in Tropfsteinhöhlen statt. Das am Tropfstein
herunterfließende Wasser verdunstet langsam und bildet Kalk (Stalaktiten).
Die Meerestiere (Korallen, Schnecken und Muscheln) bauen mit Hilfe des
harten Wassers ihre Kalkgehäuse und geben dabei Kohlendioxid und das
Wasser an die Umgebung ab. Damit schließt sich der Kohlenstoffdioxidkreislauf:
