Kohlenstoffkreislauf-Simulator: Boxmodell globaler Kohlenstoffreservoirs

simulation intermediate ~15 min
Simulation wird geladen...

Formel

\frac{dC_{\text{atm}}}{dt} = E - k_{\text{ocean}} \cdot (C_{\text{atm}} - C_{\text{eq}}) - k_{\text{land}} \cdot (C_{\text{atm}} - C_{\text{eq}})
\text{Airborne fraction} = \frac{\Delta C_{\text{atm}}}{\sum E}
\Delta T \approx 3 \cdot \frac{\ln(C/C_0)}{\ln 2} \text{ °C}
C_{\text{atm}} = C_0 + AF \cdot \sum E \cdot \frac{1}{2.124}
Der globale Kohlenstoffkreislauf bestimmt, wie viel unserer CO₂-Emissionen in der Atmosphäre verbleiben und wie viel von natürlichen Senken absorbiert wird. Das Verständnis dieses Kreislaufs ist essenziell für die Projektion zukünftiger Erwärmung und die Festlegung von Emissionsreduktionszielen. Dieser Simulator implementiert ein Boxmodell mit vier Reservoirs: Atmosphäre, Ozean, Landbiosphäre und fossile Brennstoffe. Kohlenstoff fließt zwischen den Reservoirs mit Raten, die durch physikalische und biologische Prozesse bestimmt werden. Die Schlüsselgleichung lautet dC_atm/dt = Emissionen - Ozeanaufnahme - Landaufnahme, wobei die Ozeanaufnahme proportional zur Differenz zwischen atmosphärischem CO₂ und einem vorindustriellen Gleichgewicht ist. Der Luftanteil — der Anteil der Emissionen, der in der Atmosphäre verbleibt — ist eine der wichtigsten Zahlen der Klimawissenschaft. Beobachtungen zeigen, dass er seit Jahrzehnten bemerkenswert stabil bei ~44 % liegt, was bedeutet, dass natürliche Senken proportional zu den Emissionen mitgewachsen sind. Klimamodelle deuten jedoch darauf hin, dass dies möglicherweise nicht anhält: Wenn der Ozean sich erwärmt und seine Oberflächenschicht mit CO₂ gesättigt wird, schwächt sich die Ozeansenke ab. Landsenken sind durch Dürre, Feuer und Entwaldung bedroht. Hansen et al. (1988) verwendeten frühe Versionen dieses Kohlenstoffkreislauf-Rahmenwerks in der wegweisenden Arbeit, die den Klimawandel durch eine Aussage vor dem US-Kongress in die öffentliche Aufmerksamkeit brachte. Ihre Projektionen für das Wachstum des atmosphärischen CO₂ haben sich als bemerkenswert genau erwiesen. Entwaldung wirkt sowohl als Quelle (Freisetzung gespeicherten Kohlenstoffs) als auch als Senkenreduzierer (Entfernung photosynthetischer Kapazität). Tropische Wälder enthalten etwa 250 GtC in Biomasse — vergleichbar mit Jahrzehnten fossiler Emissionen. Ihre Erhaltung ist sowohl ein Klima- als auch ein Biodiversitäts-Imperativ.

Häufige Fragen

Was ist der Kohlenstoffkreislauf?

Der Kohlenstoffkreislauf ist der biogeochemische Prozess, bei dem Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Ozeanen, Landbiosphäre und geologischen Reservoirs zirkuliert. Im natürlichen Kreislauf sind diese Flüsse annähernd im Gleichgewicht. Menschliche Verbrennung fossiler Brennstoffe und Entwaldung fügen ~11 GtC/Jahr zusätzlichen Kohlenstoff hinzu, stören das Gleichgewicht und lassen atmosphärisches CO₂ akkumulieren.

Was ist der Luftanteil?

Der Luftanteil (Airborne Fraction) ist der Anteil des emittierten CO₂, der in der Atmosphäre verbleibt, anstatt von Ozean- oder Landsenken absorbiert zu werden. Er lag in den letzten sechs Jahrzehnten im Durchschnitt bei etwa 44 %. Die verbleibenden 56 % teilen sich ungefähr gleichmäßig auf Ozean- und Landaufnahme auf.

Warum kann der Ozean nicht all unsere CO₂-Emissionen absorbieren?

Die CO₂-Aufnahme des Ozeans wird durch die Rate der Oberflächentiefen-Durchmischung begrenzt (der «Revelle-Pufferfaktor»). Der Oberflächenozean gleicht sich relativ schnell mit der Atmosphäre aus, aber die Durchmischung mit dem Tiefenozean dauert Jahrhunderte. Wenn der Oberflächenozean mehr CO₂ absorbiert, sinkt seine Kapazität zur Aufnahme von zusätzlichem CO₂ aufgrund der Karbonatchemie.

Wie lange bleibt CO₂ in der Atmosphäre?

Einzelne CO₂-Moleküle zirkulieren schnell in und aus der Atmosphäre (~5 Jahre), aber die Störung durch Emissionen hält viel länger an. Etwa 50 % eines CO₂-Pulses werden innerhalb von 30 Jahren absorbiert, 70 % innerhalb weniger Jahrhunderte, aber die verbleibenden 20–25 % bleiben Tausende bis Zehntausende von Jahren bestehen.

Quellen

Weitere Simulationen: Klimawissenschaft

simulation

Treibhauseffekt-Simulator
simulation

Eis-Albedo-Rückkopplungs-Simulator
simulation

Meeresspiegelanstieg-Simulator
View source on GitHub