Wie CO2 unser Leben verändert
E-Book, Deutsch, 208 Seiten
ISBN: 978-3-8062-3729-0
Verlag: wbg Theiss in Wissenschaftliche Buchgesellschaft (wbg)
Format: EPUB
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)
Höchste Zeit also, Klarheit in das diffuse Bild um den gasförmigen Stoff zu bringen. Fundiert und verständlich zeigt Ewald Weber, was es mit dem unsichtbaren Molekül tatsächlich auf sich hat und macht klar, dass wir auf einen Abgrund zusteuern, wenn es nicht gelingt, den CO2-Ausstoß zu verringern. Er benennt klar die Auswirkungen auf uns und unsere Umwelt, zeigt aber auch, wo mögliche Lösungen liegen und wir der globalen Erwärmung entgegenwirken können. Erfahren Sie alles über den Stoff, der unsere Welt für immer verändert.
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1. WAS IST KOHLENDIOXID?
Wenn mich ein Kind fragen würde, wie Kohlendioxid aussieht, hätte ich gewisse Schwierigkeiten, es zu beschreiben. Ich könnte das Ventil einer Druckflasche mit CO2 öffnen, aber außer einem Zischen würden wir nichts vernehmen. Gase entziehen sich unserem direkten Zugriff. Ein Pulver oder eine Flüssigkeit kann ich betrachten, sie in die Hand nehmen, in ein Gefäß geben. Doch es ist nicht so einfach, Bekanntschaft mit dem postmodernen Corpus Delicti zu machen. Dennoch lohnt es, sich etwas näher mit diesem Stoff zu befassen, der so stark mit dem Klimawandel in Verbindung steht. Welche Eigenschaften hat er und wo kommt er überall vor? Wenn Chemiker eine bestimmte Substanz beschreiben, geben sie den Aufbau des Moleküls an, aber auch Farbe, Siedepunkt und Schmelzpunkt. Sie benennen, ob die Substanz brennt oder nicht, ob sie für den Menschen giftig ist und ob der Stoff in Wasser oder anderen Flüssigkeiten löslich ist oder nicht. Das sind gleichsam die biometrischen Daten des Stoffes. In diesem Kapitel möchte ich Sie näher vertraut machen mit dem Stoff „Kohlendioxid“, auf seine Eigenschaften eingehen. Ein paar ungewöhnliche Eigenarten sind der Grund für die Bedeutung des Gases. Ein Gas, das in aller Munde ist, nicht nur, weil wir es mit jedem Atemzug ausstoßen. Im Bundestag wird über Kohlendioxid gesprochen, viele möchten es am liebsten verbannen. Noch mehr Menschen ist es möglicherweise ziemlich einerlei. Ein Gas, das mit dem Leben so innig verbunden ist wie Sauerstoff oder Wasser. Mehr noch, ohne Kohlendioxid könnten wir nicht existieren. Steckbrief
Kohlendioxid ist ein farbloses und geruchloses Gas mit der chemischen Formel CO2. Zum Glück ist das verruchte Gas geruch- und farblos, denn was wäre, wenn aus den Auspuffrohren anfahrender Autos giftgrüne Wolken herausschössen? Oder wenn CO2 einen beißenden Geruch hätte? Wir könnten nicht leben. Doch der Stoff ist chemisch gesehen ziemlich langweilig. Es ist eine reaktionsträge Verbindung, die kaum mit anderen Stoffen chemisch reagiert. Es brennt nicht und ist eine sehr beständige Verbindung, die sich erst bei hohen Temperaturen zersetzt. Es braucht schon um die 2500 °C dazu. Die chemische Formel zeigt, dass ein Molekül des Gases aus einem Atom Kohlenstoff (Carbonium oder C) und zwei Atomen Sauerstoff (Oxygenium oder O) besteht. Chemiker sind sich einig, dass die drei Atomkugeln linear angeordnet sind, mit dem Kohlenstoff in der Mitte. Kohlendioxid besteht also aus winzigen Perlenketten mit jeweils drei Perlen. Ein Molekül ist dabei kein starres Gebilde, es kann zittern und sich ein wenig verbiegen. Dadurch vermag es Energie aufzunehmen, was für die Klimawirksamkeit des Gases von größter Bedeutung ist. Doch davon später. Ein ungewöhnlicher Stoff
Jeder anständige Stoff vermag die drei Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig einzunehmen, wenn die Bedingungen stimmen, also Temperatur und Druck. Wasser existiert auf unserem Planeten in allen drei Formen, was einmalig ist: gefrorenes Wasser in Gletschern und Eisschilden, flüssiges Wasser in den Ozeanen und Binnengewässern sowie Wasserdampf in der Luft. Bei normalem Luftdruck, wie er auf Meereshöhe gemessen wird, siedet Wasser bei 100 °C und wird bei 0 °C fest. Nimmt der Luftdruck ab, etwa in großer Höhe, siedet Wasser schon bei einer tieferen Temperatur. Bergsteiger, die am Mount Everest auf 6000 Meter Höhe ein Basislager aufschlagen und Tee kochen, brauchen das Wasser nicht auf 100 °C zu erhitzen, da kocht es bereits bei 80 °C. Selbstverständlich kann auch Kohlendioxid flüssig oder fest werden. Allerdings verhält es sich im Vergleich zu Wasser ziemlich merkwürdig. Bei normalem Luftdruck, also dem Luftdruck auf Meereshöhe, lässt es sich nicht verflüssigen, auch wenn es noch so stark abgekühlt wird! Bei einer Temperatur von -78,5 °C wird es plötzlich fest – es geht direkt vom gasförmigen in den festen Zustand über. Das Produkt ist als Trockeneis oder Kohlensäureschnee bekannt: ein dampfendes weißes Zeug – CO2 in seiner greifbarsten Form. Allerdings braucht es Handschuhe zum Anfassen, sonst droht die Gefahr einer Kaltverbrennung. Das gefrorene Kohlendioxid geht an der Wärme wieder direkt in den gasförmigen Zustand über, es sublimiert. Der Dampf, den man dabei sieht, stammt vom Wasser der Luft, das durch die Kälte kondensiert und sich als winzige Tröpfchen bemerkbar macht. Trockeneis ist gefrorenes Kohlendioxid. Nur in diesem Aggregatzustand ist es für uns sichtbar und anfassbar. Trockeneis findet viele technische Anwendungen. Bei Normaldruck liegt Kohlendioxid bei -78,5 °C in fester Form vor. Diese Temperatur ist im Vergleich nicht so tief. Sauerstoff etwa wird erst bei -183 °C flüssig und bei -219-°C fest. In der Antarktis fällt das Thermometer in den Wintermonaten durchaus auf -40 bis -60 °C – oder noch tiefer. Im September 1983 haben Polarforscher in der Antarktis die bisher tiefste Temperatur der Erde gemessen: -89,2 °C. Fällt da das Kohlendioxid meines Atems als Kohlensäureschnee aus? Ich frage Louise Sime vom „British Antarctic Survey“. Nein, meinte sie, das sei unwahrscheinlich. Der Luftdruck am Messort sei geringer als Normaldruck, es reiche also gerade nicht, um CO2 fest werden zu lassen. Die Antarktis geht ziemlich in die Höhe, der höchste Punkt ist der Mount Vinson mit 5140 Metern. Weite Teile des Eiskontinentes liegen auf etwa 3000 Meter. Zur Verflüssigung von CO2 ist Druck notwendig, bei Raumtemperatur braucht es 60 bar, also einen 60-fachen Atmosphärendruck. Es ist eine glückliche Fügung, dass auf unserem Planeten gerade die richtigen Bedingungen herrschen, sodass Wasser größtenteils in flüssigem Zustand, aber auch als Wasserdampf in der Atmosphäre vorliegt, und Kohlendioxid gasförmig ist. Anders wäre Leben nicht möglich. Im Wasser gelöst
Viele Gase können sich in Wasser auflösen, so wie Salz. Das klingt merkwürdig, denn wenn Sie in einem Schwimmbecken abtauchen und ausatmen, steigen die Luftblasen nach oben, statt sich aufzulösen und dabei immer kleiner zu werden, um dann ganz zu verschwinden. Aber nehmen Sie mal eine Sektflasche zur Hand und stellen Sie sie auf den Tisch. Die Flüssigkeit darin enthält gelöstes Kohlendioxid, aber Sie sehen keine Gasblasen im Sekt. Erst wenn durch das Öffnen Druck abgelassen wird, vereinen sich die gelösten Moleküle des CO2 zu kleinen Bläschen, die aufsteigen und weitere Moleküle mit sich reißen, zu immer größeren Bläschen werden, um dann in einer schäumenden Fontäne aus der Flasche hervorzuschießen. Der Lösevorgang und die Menge an gelöstem Gas sind also druckabhängig, ebenso spielt die Temperatur eine Rolle. Es mag paradox klingen, aber in kaltem Wasser löst sich mehr Kohlendioxid als in warmem Wasser. Auch Sauerstoff löst sich in Wasser. Nur wegen der Löslichkeit der beiden Gase in Wasser ist Leben in den Meeren und den Gewässern auf dem Land möglich! Andernfalls gäbe es keine Algen in den Meeren und untergetauchte Wasserpflanzen in den Seen, die CO2 aufnehmen und die Nahrungsgrundlage für Tiere bilden. Wenn Sie eine Schale mit einem Liter reinen Wassers auf den Tisch stellen und nach einer Woche die Konzentrationen messen, würden Sie in etwa folgende Werte erhalten: Sauerstoff 9 Prozent und Kohlendioxid 0,5 Prozent. Diese Überlegungen zeigen, dass die Lebewesen der Gewässer und Meere mit einer geringen Sauerstoffkonzentration auskommen müssen. Da haben wir Landtiere es einfacher, denn Luft besteht zu 21 Prozent aus Sauerstoff. Weil sich in kaltem Wasser mehr löst als in warmem Wasser, sind tropische Meere sauerstoffärmer als die kalten Gewässer etwa des Nordatlantik. Das hat einen großen Einfluss auf das Leben in den Meeren und ist der Grund dafür, dass die kalten Gewässer in Polnähe so überaus voller Leben sind, was die Wale sehr genau wissen. Auch das Kohlendioxid ist in kaltem Wasser besser löslich als in warmem Wasser. Kohlensaures Wasser und CO2 als Landschaftsgestalter
Ein kleiner Teil des gelösten CO2 geht eine chemische Reaktion mit dem Wasser ein und wird zu Kohlensäure. Oft wird das Gas „Kohlendioxid“ selbst als Kohlensäure bezeichnet, was aber nicht korrekt ist. Erst in Verbindung mit Wasser wird es zu einer Säure. Die Kohlensäure ist instabil und zerfällt sehr leicht wieder. Nun besteht ein Gleichgewicht zwischen dem Anteil an Kohlendioxid, das gelöst ist, und dem Anteil, der mit dem Wasser reagiert. Dieses Gleichgewicht ist temperaturabhängig, weil sich je nach Temperatur viel oder wenig Kohlendioxid im Wasser löst. Bei Zimmertemperatur beträgt der Anteil an Kohlensäure im Wasser nur etwa 0,2 Prozent. In der Natur kommt ihr eine ganz besondere Bedeutung zu, denn kohlensaures Wasser vermag Kalkstein aufzulösen. Sämtliche Karsterscheinungen – von Tropfsteinhöhlen bis zu Sinklöchern und Karrenfeldern – gehen auf die Kohlensäureverwitterung von...
