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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 des Kreislaufs:
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:
