Experimente:
Versuch: Versuche um Kohlenstoffdioxid und Wasser

Schon im Präkambrium wurde die Erde vom Treibhauseffekt bedroht
Vor 1 bis 2 Milliarden Jahren bestand die Erdatmosphäre nur aus Stickstoff, Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid. Da war die gerade entstandene Erde noch richtig heiß. (Bei vulkanischen Ausbrüchen kann der Anteil von CO₂ an den ausgestoßenen Gasen auch heute noch 50 % und mehr betragen!) Die CO₂-Konzentration war 200- bis 1000-mal so hoch wie heute! Unter diesen Bedingungen hätten wir auf der Erde fast Verhältnisse wie auf der Venus: Eine Atmosphäre ohne Sauerstoff und 500 °C heiß.
Wo ist das CO₂ der Frühzeit geblieben? Lösen in den Meeren reicht nicht aus. Denn die Meere binden durch Lösung nur etwa das Sechzigfache der heutigen atmosphärischen Konzentration.

Woher die Kalksedimente stammen
Die Geologie hilft weiter: Seit dieser Zeit finden wir ungeheure (viele Kilometer mächtige) Sedimentablagerungen aus Kalk CaCO₃ und Mischcarbonaten wie Dolomit CaCO₃ · MgCO₃ (aus dem das Gebirge der Dolomiten besteht) oder Eisenspat FeCO₃. Aber auch Schwermetalle wie Zink oder Kupfer bilden Carbonate. Hat das alles etwas mit dem fehlenden CO₂ zu tun?
Im Meer, das damals eine gesättigte HCO₃^--Lösung war, leben Algen (genau: Blaualgen). Sie waren mit die ersten höheren Lebewesen überhaupt. Wir wissen: Sie binden CO₂ im Verlauf der Fotosynthese.
Was passiert aber, wenn aus einer gesättigten HCO₃^--Lösung CO₂ entfernt wird (-> Versuch)? Es bilden sich Carbonat-Ionen.

2 HCO₃^- ———> CO₃^2- + CO₂ (fixiert) + H₂O

Das Carbonat-Ion reagiert mit den weitverbreiteten Calcium-Ionen zu Kalkstein:

Ca²⁺ + CO₃^2- ———> CaCO₃

Daneben entstehen auch Magnesium- und Eisen(II)-carbonat. Wir sehen, dass bei der Fixierung von einem Molekül CO₂ durch Wasserpflanzen immer ein zweites Molekül CO₂ als Kalkstein, Dolomit oder Eisen(II)-carbonat ausgefällt wird.
Da dies direkt in der Nachbarschaft der Algen passierte, haben diese rasch gelernt, sich einen eigenen Lebensraum aus dem Kalk zu schaffen; es bildeten sich richtige Riffe aus kissenartigen Kalkalgen-Kolonien, die typisch für Formationen der Erdfrühzeit wie dem Kambrium sind. Man kann die runden, kissenartigen Schichtgesteine im eiszeitlichen Geschiebe aus Skandinavien finden. (Rezent gibt es diese Kalkalgenkolonien heute noch an vereinzelten Stellen vor Westaustralien; man nennt sie auch heute noch Stromatolithen.)

Bild 2: Fossiler Stromatolith aus dem Ordovicium.
Aufgelesener Stein vom Ostseestrand (Durchmesser 12 cm)
(Foto: Blume)

Diese Vorgänge der "doppelten CO₂-Fixierung" beobachtet man auch bei der Bildung von Kalktuff z. B. in der Schwäbischen Alb oder in Italien. Hier fällt der Kalk bei Kontakt mit fotosynthetisierenden Landpflanzen aus, deren Blätter und Halme sich daher im Tuff als Abdrücke wiederfinden lassen. Die erkennt man deutlich auf dem folgenden Bild, das Steine eines klassisch-römischen Bauwerks in Side/Anatolien zeigt.

Bild 3: Biogenes Tuffgestein als Baumaterial (Anatolien/Türkei) (Foto: Blume)

Bild 4: Fische im Roten Meer (Foto: Rosi Raimund)

Hinzu kamen später noch andere, Kalk und Dolomit einbauende Tierformen wie die Kreide bildenden "Kreidetierchen", aber vor allem die Korallen und vielen Schalentiere wie Tintenfische (Ammoniten, Belemniten, Nautileen), Schnecken und vor allem die Unmengen an Muscheln und Armfüßer (Brachiopoden).

Bild 5: Links: Ammonit aus England (Dactylioceras) Rechts: Hexakoralle (Eifeldevon) (Fotos: Blume)

Zu den Fossilien und ihrer Chemie haben wir eine besondere Webseitengruppe.

Fossile Brennstoffe als weitere CO₂-Senken
Denkt man daran, dass dazu noch sich eine ungeheure Menge an Biomasse in fossile Rohstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas sowie Kerogen als Vorstufe von Erdöl und Erdgas (-> Ölschiefer) umgewandelt hat, kann man wirklich feststellen: Das CO₂ der Frühzeit wurde "im Felsen versiegelt" (so der Titel eines ZDF-Films).

Die moderne Atmosphäre wurde von Pflanzen geschaffen
Mit dem Wachstum der Algen bildete sich vor etwa 500 Millionen Jahren die Atmosphäre um, die bis dahin vulkanischen Ursprungs war. So, wie sie heute ist, wurde sie von den Pflanzen geschaffen.
Denn: Bei der Entnahme von CO₂ aus dem Meerwasser stellte sich rasch ein Defizit ein, das durch erneute Lösung von atmosphärischem CO₂ ausgeglichen wurde. Damit reduzierte sich im Verlaufe dieser doppelten CO₂-Fixierung auch der CO₂-Gehalt der Atmosphäre. Es wurde sozusagen CO₂ gegen Sauerstoff ausgetauscht. Der Treibhauseffekt fand nicht statt.

Heute produzieren wir mehr CO₂ als fixiert wird
Heute ist das CO₂ nicht mehr im Felsen versiegelt. Beim Nutzen der Kohle oder des Erdöls als fossile Brennstoffe, als Reduktionsmittel der Metallurgie oder zu anderen chemischen Zwecken wird das Gas wieder freigesetzt. Hinzu kommt die ungehemmte Nutzung der Carbonatsedimente etwa zur Baustoffgewinnung oder bei der Abgasreinigung (Entschwefelung der Abgase von Kraftwerken nach dem Kalksteinverfahren), wobei auch hier das fixierte/gebundene CO₂ der Erdfrühzeit freigesetzt wird.
Dazu vergiften wir die Meere und holzen die Wälder ab und zerstören weltweit Pflanzenwuchsregionen. Dadurch steigt die Konzentration vom CO₂ weit über den über Jahrmillionen hinweg eingependelten Gleichgewichtswert. Das Gas reichert sich zunehmend in der Atmosphäre an.

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Literatur