CO2

Das CO2-Gas stellt in der Atmosphäre die wichtigste Komponente im globalen Kohlenstoffkreislauf dar. Ein Bestandteil dieses Kreislaufs ist der gespeicherte Kohlenstoff im Erdsystem – in den Ozeanen in Bodensedimenten, an Land in der Lithosphäre und den Pflanzen. Die Permafrostböden und fossilen Brennstoffe in der Form von Erdöl, Erdgas und Kohle speichern eine riesige Menge Kohlenstoff. Zwischen diesen Reservoiren kommt es zu Austauschflüssen. Die Zeiten und Mechanismen des Kohlenstoffaustausches – Freisetzung, Aufnahme und Bindung – sind extrem unterschiedlich und reichen von Jahren bis zu Jahrtausenden. Kohlenstoff, der im Boden und in den Pflanzen gebunden ist, braucht zum Austausch (Wachstum/ Zerfall) Jahrzehnte bis Jahrhunderte. Die riesigen Kohlenstoffmengen die durch Verwitterung, Erosion oder Sedimentbildung am Ozeanboden abgelagert werden benötigen Zeiträume von 10.000 Jahren und mehr. Das CO2 der Luft wird durch Gasaustausch mit dem Oberflächenwasser der Ozeane gelöst und bindet sich im Wasser als Kohlensäure (H2CO3), das teilweise chemische Bindungen in Form von Karbonaten eingeht. In Lebewesen wird Kohlenstoff in Form organischer Verbindungen gebunden. Ein Teil des Kohlenstoffs findet sich in abgestorbener organischer Substanz in Böden oder im Permafrost.
Kohlenstoffdioxid wird durch Pflanzen mit Hilfe der Photosynthese aus der Atmosphäre aufgenommen, in Pflanzengewebe und Wachstum umgewandelt und nach dem Absterben der Pflanzen über Zerfall und Zersetzung wieder dem Kreislauf zugeführt. Die Photosynthese erfolgt nur während der Vegetationszeit. Die Landmasse der nördlichen Hemisphäre liefert daher einen charakteristischen sägezahnförmigen CO2-Verlauf im Jahresrhythmus.