Frage 7

Frage der Woche

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Es liegt was in der Luft
Kohlendioxid ist heute als Klimakiller in aller Munde. War man vor ca. 20 Jahren noch froh, wenn etwas rückstandslos zu CO2 und H2 O verbrannte, so weiß man heute, dass CO2 , das hauptsächlich durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe (Kohle und Öl) produziert wird, unser Klima immer weiter belastet. Das natürliche Gleichgewicht der Erde, bei dem CO2 immer wieder entsteht und "verschwindet", ist durch den Menschen empfindlich gestört. Wir heizen die Erde regelrecht auf - das bezweifelt inzwischen kaum einer mehr. CO2 ist das Treibhausgas Nr. 1. (Wie der Treibhauseffekt genau funktioniert, könnt ihr z.B. auf http://nachhaltigkeit.na.funpic.de/sites/begriffe/treibhauseffekt.htm nachlesen.) Da drängt sich natürlich die Frage auf: wie kann man das überschüssig produzierte CO2 wieder loswerden? Weil auch ohne menschliches Zutun auf der Erde immer wieder Kohlendioxid entsteht (z.B. durch Verrottung von Pflanzen, Atmung von Mensch und Tier oder Vulkane usw.), muss es auch einen natürlichen Prozess geben, der das CO2 wieder bindet. Pflanzen leisten in diesem Prozess die Arbeit: sie vollbringen die Leistung, alleine mit Hilfe von Lichtenergie Kohlendioxid in höhere organische Verbindungen umzuwandeln. Dies ist eine sehr vereinfachte Beschreibung eines sehr komplizierten Prozesses, der für alle Lebewesen auf der Erde lebenswichtig ist.
Frage 1 (Klassenstufe 7-11)
	Wie heißt dieser Prozess, bei dem das Kohlendioxid in höhere organische Produkte umgewandelt (und somit der Atmosphäre als Treibhausgas entzogen) wird?           Lösung: Bei dem Prozess handelt es sich um die Fotosynthese. Dabei wird aus Kohlendioxid und Wasser unter Energiezufuhr (aus Lichtenergie, die in der Pflanze in chemische Energie umgewandelt wird) Traubenzucker (Glucose) und Sauerstoff hergestellt. Die Fotosynthese genauer zu erklären, würde den Rahmen unseres Wettbewerbes allerdings deutlich sprengen. Wer sich näher informieren will, kann das z.B. auf dieser Website (http://www.u-helmich.de/bio/stw/reihe4/photosynthese.html) tun oder in jedem Biologie-Oberstufen-Lehrbuch (sehr gut z.B. "Linder Biologie")
Frage 2 (Klassenstufe 9-11)
	Der oben beschriebene Prozess ist allerdings nicht der einzige Weg, den das freie Kohlendioxid in der Natur nimmt, ein weiterer ist wesentlich weniger beachtet, aber nicht minder bedeutend: ein Großteil des CO2 wird vom Meer aufgenommen, es löst sich im Wasser der Ozeane. Von dort gelangt es in die Nahrungskette, indem es zum Beispiel von Algen aufgenommen und in Biomasse umgewandelt wird. Die Algen werden größtenteils von anderen Meereslebewesen gefressen oder sie sinken auf den Meeresboden - sie können aber auch anderweitig gezielt weiter verwendet werden. Aber auch dieses Gleichgewicht wurde durch den Menschen schon empfindlich gestört. Man schätzt, dass etwa ein Drittel des vom Menschen verursachten CO2 in den Wässern der Ozeane gelöst wurde, also in der Summe viel mehr Kohlendioxid ins Meer gelangte, als es natürlich der Fall gewesen wäre. Dies hat (unter anderem) zur Folge, dass unsere Meere versauern, mit negativen Auswirkungen auf einige Meeresorganismen. Ihnen bekommt der niedrigere pH-Wert des Wassers überhaupt nicht gut, da sie Kalk in ihre Körper einbauen (Muscheln, Korallen...).   Warum wird Wasser saurer, wenn sich CO2 darin löst? Gebt die Reaktionsgleichung an, die dafür verantwortlich ist. ___________ + _________ -> ___________ -> H+ + _________ Achtung: Bitte tiefgestellte Zahlen als normalen Text eingeben!       Lösung: CO2 + H2 O -> H2 CO3 -> H+ +HCO3 - (das Gleichgewicht der Reaktion liegt stark auf der linken Seite)
Frage 3 (Klassenstufe 11)
	Es ist also keine Frage - wir müssen uns darum bemühen, dass überschüssiges CO2 irgendwie möglichst langfristig aus unserer Atmosphäre verschwindet. Was können wir alle dafür tun? Am besten: CO2 überhaupt nicht erst entstehen lassen. Naturwissenschaftler und Ingenieure erarbeiten dazu umweltfreundliche Verfahren und Prozesse und auch neue Wege der CO2 -Entsorgung. Was kann man tun außer Bäume pflanzen? Hier spielt das Meer eine interessante Rolle. Eine Idee ist es, das CO2 einfach im Meer zu lagern. Wie wäre es mit einer Kohlendioxidhalde auf dem Meeresboden? Das klingt seltsam, aber aufgrund der herrschenden Druck- und Temperaturverhältnisse auf dem Meeresboden der Tiefsee ist dies bei einer Tiefe von mindestens 3.000 Metern zumindest theoretisch möglich. Zahlreiche Forschungsprojekte weltweit beschäftigen sich mit diesem Thema. (Warum die Idee in der Praxis nicht ganz so toll ist, verraten wir in der Antwort.) Unten seht ihr ein sogenanntes Phasendiagramm. Es beschreibt, in welchem Aggregatzustand sich ein Stoff (in unserem Fall CO2 ) bei unterschiedlichen Druck- und Temperaturverhältnissen befindet. Hier noch ein paar zusätzliche Informationen: - Der Atmosphärendruck auf Meereshöhe beträgt 1 Bar - 1 Bar ist außerdem in etwa der Druck, um den sich der hydrostatische Druck pro 10 Meter Wassertiefe erhöht. - Als Tiefsee bezeichnet man für gewöhnlich die völlig lichtlosen (aphotischen) Bereiche der Meere, die unterhalb einer Tiefe von 800 m liegen. Die Temperatur dort ist gleichbleibend niedrig, nämlich um 0°C.   Im Diagramm sind drei Punkte eingezeichnet. Einer der Punkte beschreibt die Verhältnisse, die am Meeresboden in gut 3.000 Metern Tiefe herrschen. a) Welcher Punkt ist das? b) Erklärt, warum es theoretisch möglich ist, dort CO2 zu lagern.       Lösung: Punkt B ist der Richtige. Zum einen entsprechen 273 Kelvin 0° Celsius (=Tiefseetemperatur). Zum anderen wurde oben gesagt, dass 10 m Wassersäule einer Druckerhöhung von 1 Bar entsprechen, also beträgt der Druck in 3.000 m Tiefe 300 Bar (bzw. 301 Bar, berücksichtigt man den Druck der Atmosphäre). Beachtet auch, dass die y-Achse logarithmisch und nicht etwa linear ist. Bei diesen Bedingungen ist CO2 flüssig und aufgrund der Dichteverhältnisse schwerer als Wasser, so dass sich am Meeresboden ein Kohlendioxidsee bildet. Damit wäre, nach Ansicht einiger Forscher, das CO2 relativ sicher "geparkt". Allerdings ist dabei folgendes zu bedenken: Die Bereiche unmittelbar um den See sind hochgradig lebensfeindlich für Meeresorganismen, diese Effekte sind noch sehr wenig untersucht. Außerdem gast das CO2 doch langsam aus und gelangt wieder an die Oberfläche, auch Meeresströmungen können Kohlendioxid wieder an die Oberfläche befördern. Von einer nachhaltigen Speicherung des "Treibhausgases" kann man aber nur sprechen, wenn es für wenigstens 10.000 Jahre aus der Atmosphäre entfernt wird. Denn kehrt es zu schnell in den Kreislauf zurück, war der Eingriff nicht besonders effektiv und wir packen nachfolgenden Generationen sogar noch etwas zu deren CO2 -Ausstoß obendrauf. Eine bessere Lösung wird derzeit in Norwegen erprobt und schon praktiziert: das CO2 wird nicht auf dem Meeresboden gelagert, sondern in das Gestein unter dem Meer gepresst, aus dem zuvor Öl gefördert wurde. Sicherheitsbedenken und die enorm hohen Kosten haben aber bisher einen Durchbruch der Technik verhindert.