Chemische Eigenschaften CO2

Chemische
Eigenschaften CO2


Lithosphären-Plattenzyklus

Die Lithosphäre besteht aus relativ
festen Platten, die auf einer plastischen Astenosphäre
schwimmen. Die meisten Meere sind mit einer relativ dünnen
(0 – 75 km dick) “ozeanischen” Lithosphäre unterlegt,
während die Kontinente miteiner dickeren (75-250 km dick) “kontinentalen”
Lithosphäre unterschichtet sind. Auf den 12 gobalen Platten
befinden sich meist Ozeane und Kontinente. Die gesamte Lithosphäre
besteht aus zwei Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung.

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Die obere Schicht wird Kruste
genannt und besteht im Allgemeinen hauptsächlich aus Magnesium,
Eisen, Silizium und Sauerstoff (Basalt) in ozeanischen Bereichen
und meist aus Silizium, Sauerstoff,
Eisen und Kalzium in Festlandsbereichen. Das Kalzium im Festlandsbereich
ist wichtig für den Kohlenstoffzyklus. Die untere Schicht der
Lithosphäre besteht hauptsächlich aus Magnesium, Silizium
und Sauerstoff bis hin zur oberen Asthenosphäre. (siehe Abbildung
unten)

Der unter Teil der Asthenosphäre
ist plastischer und heißer als der obere Teil. Die Platten
der Kruste bewegen sich, was Kontinentalverschiebung genannt
wird und Sedimente, die sich darauf angesammelt haben werden
damit passiv mitbewegt.
Die Platten stoßen miteinander zusammen, reiben
aneinender oder schieben sich untereinander (= Subduktion),
wobei sie teils schmelzen. Bei den ozeanischen Platten, die untergeschoben
werden schmilzt das Sediment ebenfalls. Ein Teil der geschmolzenen
untergeschobenen Kruste samt Sedimente steigt in einem Lavakanal
auf und gelangt durch die darüberliegende Platte in Form einer
Vulkanexplosion an die Oberfläche (siehe z.B. St. Helena, USA).

Ozeanisches Sediment ist reich an Kalkstein,
woraus bei der Subduktion bei Wärme dauernd CO2 entsteht
durch:

CaCO3
+ SiO2 —-> CaSiO3+ CO2

Das entstehende CO2 tritt in der
Umgebung von Vulkanen durch das poröse Gestein ständig
direkt in die Atmosphäre aus, in geringerem Maße
auch bei Vulkanausbrüchen und in Mineralquellen.

Weiterhin entweicht es im Bereich von aufeinanderstoßenden
bzw. untereinander sich schiebenden Kontinentalplatten (=
Subduktion).
( = nichtvulkanische Bodenausgasung)

Diese Ausgasungen wurden erst in letzter
Zeit an einigen Stellen genauer gemessen. Dabei stellte sich
im Bereich von rund 24 Vulkanen und anderen nichtvulkanischen
Stellen heraus, daß dadurch bisher unterschätzt
riesige Mengen CO2 und Methan in die Atmosphäre gelangen
(> 600 MT).

subduk

Die Lava aus dieser geschmolzenen Subduktionsplatte
ist reich an CO2, Kalcium und Wasserdampf. Der
Wasserdampf und das CO2 (samt anderer Gase) machen diese Form des
Vulkanismus so explosiv. Wenn die Lava, Asche und das nicht eruptierte
Magma erstarrt entsteht dadurch neue Kruste, was die durch Erosion
verlorengegangene Erdkruste ersetzt. Durch das “Sea-floor-spreading
an den ozeanischen Rissen wird durch den Austritt von Asthenosphären-Material
die durch Subduktion verlorengegangene Kruste wieder ersetzt.
Dieser Zyklus der Platten samt Sediment wird Lithosphären/Plattenzyklus
genannt.

Eine solche Subduktion ist z.B.im Bereich
Italiens zu sehen.

Die Adria liegt in einer solche Subduktionszone.
Dabei schiebt sich seit dem Pliozän die Platte unter
der Adria in Richtung Westen unter Italien (mehrere 100 Km
tief).

Im Apennin Richtung Süditalien gast
entsprechend eine enorme Menge CO2 aus. ( sieh nichtvulkanische
Bodenausgasungen C-Zyklus)

 

Die Bewegung der 12 großen tektonischen
Platten der Lithosphäre ist in der Abbildung unten zu
sehen:

italysub

platemo

Sowohl die Kollision der Platten, die zu Gebirgen
führt und die Subduktion der Platten trägt zur Neubildung
der Kontinentalplatten oberhalb des Meersspiegels bei. Durch die
Erosion der Kontinentalplatten wird das Krsutenmateriel durch Flüsse
wieder in die Ozeane transportiert.

Durch die Erosion werden Gesteine zu Böden
und deren Bestandteile können gelöst werden. Sandkörner
und Lehm bzw. Kalkstein sind bezüglich des Kohlenstoffzyklus
die wichtigsten Produkte der Erosion. Das Kalziumcarbonat
ist aus im Wasser gelösten CO2 der Atmosphäre und dem
Calziumsilikat (wichtiger Gesteinsbestandteil) entstanden.

Zusammen mit verrottenden Pflanzen gelangt dieses
Material an den Merresgrund und wird als Sediment abgelagert. Wirbellose
Tiere bauen das CaCO3 in ihre Schalen ein, die bei deren
Tod wieder Teil des Sediments werden.

Durch den Lithosphären/Plattenzyklus werden
diese Sedimente den Kontinentalplatten untergeschoben, bzw. bilden
Gebirge. Im Ergebnis taucht das Material auf jeden Fall wieder an
der Oberfläche auf.


Kalkgleichgewicht

Ein Sonderfall der Lösungsverwitterung
ist die Kohlensäureverwitterung. Bei dieser spielt das
in Wasser gelöste Kohlendioxid (abhängig von Temperatur
und CO2 – Partialdruck) die entscheidende Rolle (3).


CaCO3 + CO2 + H2O —->Ca2+
+ 2 HCO3

Dieses Gas bildet in Gegenwart
von Wasser Kohlensäure, welche weitaus besser in der
Lage ist vor allem Kalkgesteine, Löß und Dolomit
unter Bildung von Kalziumhydrogencarbonat zu zersetzen als
dies das Wasser allein könnte. Die entsprechenden reaktionsgleichungen
sind unten aufgeführt.

image021

ein
Kalksteinbruch bei Paderborn

CO2 + H2O
—-> H2CO2 —-> H+ + HCO3
—-> 2 H+ + CO32-

H2CO3
+ CaCO3 —-> Ca(HCO3)2 = Kalziumbicarbonat

bzw. H+ + HCO3
+ CaCO3 —-> Ca2+ + 2 HCO3

 

 

Das Kalziumhydrogencarbonat ist – im Gegensatz
zum CaCO3 – im Wasser gut löslich.

Bei niedrigen Temperaturen wächst
die Wirkung, da dann das Wasser mehr CO2 lösen
kann, also mehr Kohlensäure vorhanden ist und daher
mehr

Hydrogencarbonat kann sich im Wasser jedoch
nur halten, wenn daneben freies CO2
(durch Dissoziation) vorhanden ist. Entweicht freies CO2
(z. B. bei Temperaturerhöhung), dann fällt Kalk
aus.

Das Lösungsgleichgewicht zwischen
H2O (CO2) und CaCO3 stellt
sich beim Entweichen von CO2 langsam ein. Bei
höheren Temperaturen ist wenig CO2 gelöst.
Hier findet jedoch ein schnelles Einstellen des Lösungsgleichgewichts
statt, da die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur
steigt.

Links die Iberger Tropfsteinhöhle,
Harz (2)

image022

 

Der Kohlenstoffkreislauf aus geolo-gischer
Sicht sieht dann in etwa so aus, wie rechts abgebildet:

Dabei ist Corg das Abbauprodukt
der Kohlenhydrate aus der Photosynthese.

  1. Asthenosphäre (Erdmantel)
  2. Lithosphäre (Erdkruste)
  3. Kontinentalkruste – meist Granit
  4. ozeanische Kruste (meist Basalt)
  5. Sediment in den ozeanischen Becken
  6. Eruptionsgestein (Lava)
  7. Ozean


_ccycle

Quellen:

(1) http://www.geodienst.de/kalkstein.htm
(2) http://www.oberharz.de/Tou/iberg_hoehle01.html
(3) http://www.geographie.uni-halle.de/geooeko/harres/verwitterung/verwitterung.html
(4) Fachbücher der Chemie und Geologie

 

Mehr zur Chemie
von CO2 im Kohlenstoffzyklus (Menü C-Zyklus)

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