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Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie

Kohlendioxid (CO2)

Kohlendioxid stellt keinen Schadstoff im herkömmlichen Sinne mit toxischen Eigenschaften dar. Als zentrales Stoffwechselprodukt von Mensch, Tier und Pflanzen ist es für das Leben auf der Erde unverzichtbar und in atmosphärischer Luft enthalten. Die Zunahme der CO2-Konzentration hat aber negative Folgen, denn sie trägt wesentlich zur beobachteten globalen Erwärmung der Erdoberfläche, dem so genannten Treibhauseffekt, bei. In Hessen wird CO2 seit 1995 an der Umweltbeobachtungs- und Klimafolgenforschungsstation Linden gemessen und seit Ende 2001 außerdem an der Messstation Wasserkuppe (Biosphärenreservat Rhön).

Kohlendioxid ist ein farb- und geruchloses, unbrennbares Gas. Unter -78,5° C liegt es in fester Form (als Trockeneis) vor. CO2 ist gut wasserlöslich; etwa 0,1 % des gelösten Kohlendioxids reagiert mit Wasser zu Kohlensäure. Aus diesem Grund weist Regenwasser einen natürlichen pH-Wert von etwa 5,6 auf.

Für Kohlendioxid gibt es natürliche und anthropogene Quellen. Der Hauptteil des in der Atmosphäre vorhandenen Kohlendioxids geht auf natürliche Prozesse zurück. Die wesentliche anthropogene CO2-Quelle resultiert aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Energieerzeugung. Die Emissionen stammen dabei ungefähr zu gleichen Teilen von der Industrie, der Gebäudeheizung und dem Kfz-Verkehr.

Kohlendioxid stellt die Schlüsselverbindung im komplexen Kohlenstoffkreislauf der Natur dar. Von den verschiedenen Quellen und Senken sollen hier nur einige beispielhaft genannt werden. CO2 wird u. a. freigesetzt von Vulkanen und Mineralquellen, bei mikrobiellen Prozessen in Humusböden sowie bei der Atmung. Aus der Atmosphäre entfernt wird es auf physikalischem Wege z. B. durch das Lösen im Ozeanwasser sowie durch biologische Prozesse, indem es von Grünpflanzen gebunden wird (bei der Photosynthese wird CO2 zusammen mit Wasser mit Hilfe der Sonnenenergie in Kohlenhydrate überführt). Es besitzt nicht - wie viele andere Schadgase - Senken durch chemische Prozesse in der Atmosphäre. Da CO2 in zahlreiche biologische, physikalische und geologische Kreisläufe eingebunden ist, die in stark unterschiedlichen Zeitskalen ablaufen, kann für seine atmosphärische Lebensdauer kein bestimmter Wert angegeben werden.

In der Umwelt hat CO2 in den dort üblicherweise vorkommenden geringen Konzentrationen keine negativen Wirkungen auf Menschen, Tiere, Pflanzen und Sachgüter; daher ist auch kein Grenz- oder Richtwert zur Bewertung von Immissionskonzentrationen vorhanden. Eine Zunahme des CO2-Gehalts in der Atmosphäre führt bei Pflanzen in der Regel zu einem verstärkten Biomassewachstum und einer verbesserten Wassernutzungseffizienz. Daneben haben steigende CO2-Werte aber auch unerwünschte Folgewirkungen: die Verschiebung im Spektrum von Pflanzenarten sowie insbesondere den anthropogenen Treibhauseffekt, auf den im Folgenden eingegangen wird. 

Zunächst wird der natürliche Treibhauseffekt kurz beschrieben: Die auf die Erde fallende Sonnenstrahlung wird dort fast vollständig absorbiert und als Wärmestrahlung wieder in die Atmosphäre abgestrahlt. Bestimmte klimawirksame Spurengase haben die Fähigkeit, Teile dieser Wärmestrahlung zu absorbieren, was eine Aufwärmung der Erdoberfläche bewirkt. Durch diesen Mechanismus wird die mittlere Temperatur der Erdoberfläche von (den theoretisch zu erwartenden) ca. -18 °C auf +15 °C angehoben. Die wichtigsten natürlichen Treibhausgase sind Wasserdampf, Kohlendioxid und stratosphärisches Ozon (der natürliche Treibhauseffekt geht zu zwei Dritteln auf Wasserdampf, zu einem Viertel auf Kohlendioxid und zu einem Zehntel auf andere Spurengase zurück).

Daneben gibt es den anthropogenen Treibhauseffekt (oft auch verkürzt nur als Treibhauseffekt bezeichnet), mit dem ein weiterer Temperaturanstieg aufgrund der Konzentrationszunahme bestimmter klimawirksamer Spurengase gemeint ist. Bedingt durch deren umfangreiche Freisetzung wird der natürliche Treibhauseffekt zusätzlich verstärkt, was eine Klimaänderung zur Folge hat. Für den anthropogenen Treibhauseffekt sind im Wesentlichen Kohlendioxid (zu etwa 60 %), Methan, Distickstoffoxid und Halogenkohlenwasserstoffe verantwortlich. Das Kyoto-Protokoll von 1997 hat zum Ziel, die Emissionen der wichtigsten anthropogenen Treibhausgase einzuschränken.

Die Erhöhung der mittleren Oberflächentemperatur von 0,6 ° im 20. Jahrhundert ist weitgehend auf die gestiegenen atmosphärischen Konzentrationen der genannten Gase zurückzuführen, wie wissenschaftlich nachgewiesen wurde. Nach offiziellen Prognosen wird die mittlere Temperatur bis zum Jahr 2100 um 1,4 ° bis 5,8 ° ansteigen. Dies klingt nach nicht viel, jedoch unterschieden sich die bisher heißesten und kältesten Phasen der Erdgeschichte nach heutiger Kenntnis jeweils nur um +5 bzw. -5 ° von der jetzigen Durchschnittstemperatur. Der Klimawandel beinhaltet u. a. einen Anstieg der Meeresspiegel, die Verschiebung von Niederschlagszonen, die Zunahme extremer Wetterereignisse (wie Stürme und Überschwemmungen) und die Bedrohung der Artenvielfalt.

Die CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre haben sich in den vergangenen 160 000 Jahren im Bereich von ca. 200 bis 270 ppm bewegt. Seit Beginn der Industrialisierung hat der Verbrauch fossiler Brennstoffe enorm zugenommen mit der Folge, dass seitdem der CO2-Gehalt stark angestiegen ist: In den letzten 250 Jahren hat er sich von ca. 280 ppm auf heute fast 380 ppm erhöht (Anmerkung: 1 ppm CO2 entspricht 1,83 mg/m3 CO2 bei 20 °C).

Ab 1958 wurde die atmosphärische CO2-Konzentration in emissionsfernen Dauermessungen auf Hawaii ermittelt. Das Ergebnis dieser Messungen zeigt die Graphik links oben, in der die Zunahme der CO2-Werte deutlich zu sehen ist. Die regelmäßigen Schwankungen innerhalb der Kurve stellen den Jahresgang dar, der durch die jahreszeitlichen Unterschiede in der Vegetationsaktivität zustande kommt.

 

Gemessene Kohlendioxid-Konzentrationen: