Das planetare System von Prozessen, durch das Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre, Biosphäre und Technosphäre bewegt wird und seine chemische Form (z. B. CO2, CH4, organischer Kohlenstoff, Karbonatminerale) durch physikalische, chemische und biologische Umwandlungen ändert.

Prinzip

Kohlenstoff ist insgesamt erhalten, wird jedoch durch Flüsse, die von Photosynthese, Atmung, Zersetzung, Lösung, Verwitterung, Verlagerung, vulkanischen und anthropogenen Emissionen gesteuert werden, zwischen Reservoirs umverteilt; Ungleichgewichte der Flussraten verändern Reservoirgrößen und atmosphärische Konzentrationen.

Demonstration

Beispiel an Land: Pflanzen fixieren atmosphärisches CO2 durch Photosynthese in Biomasse; mikrobielle Zersetzung setzt Kohlenstoff als CO2 oder CH4 wieder frei; ein Teil wird in Böden und Sedimenten vergraben und kann über geologische Zeiträume Kohle, Öl oder Karbonatgestein bilden.

Fehlanwendung

Den Kohlenstoffkreislauf als einheitliches, ausschließlich schnelles System zu behandeln und langsame geologische Flüsse (Verwitterung, Sedimentation, tektonisches Entgasen) zu ignorieren führt zur Unterschätzung langfristiger Speicherung und klimatischer Rückkopplungen.

Konsequenz

Die korrekte Berücksichtigung von Kohlenstoffflüssen zwischen Reservoirs ermöglicht die Vorhersage atmosphärischer CO2-Verläufe, die Quantifizierung anthropogener Emissionen gegenüber Senken und die Entwicklung von Minderungsmaßnahmen wie Aufforstung, CO2-Abscheidung oder Bodenmanagement.

Umkehrung

Invertiert man das Konzept, entstünde ein System mit statischen Kohlenstoffreservoirs und vernachlässigbaren Flüssen; das würde keine biologische Atmung, keine Zersetzung und keine Bildung fossiler Brennstoffe bedeuten — im Widerspruch zu Beobachtungen.

Abgrenzung

Der Umfang umfasst biotische und abiotische Umwandlungen von Kohlenstoff auf Skalen von lokalen Ökosystemen bis zu globalen geochemischen Kreisläufen; ausgenommen sind Prozesse ohne Kohlenstoffübertrag (z. B. reine Energieflüsse) und disziplinspezifische Detailmodelle, sofern sie nicht an Reservoirflüsse gekoppelt sind.

Semantische Spannung

Es besteht ein Spannungsfeld zwischen Betonung des 'schnellen' biologischen Kreislaufs (Monate–Jahrhunderte) und des 'langsamen' geologischen Kreislaufs (Tausende–Millionen Jahre); wissenschaftliche und politische Diskussionen basieren oft auf der gewählten Zeitskala.

Synthese

Der Kohlenstoffkreislauf ist das integrierte Netzwerk von Reservoirs und Flüssen, das die chemischen Formen und die Verteilung von Kohlenstoff in Erdsystemen steuert und Biologie, Chemie und Geologie zur Kontrolle der atmosphärischen Zusammensetzung und des Klimas verbindet.