-wo landet das CO² aus der Photosynthese?

Von dem Übergang zum Weltall bis zum Erdkern sind die einzelnen Schichten in Sphären Unterteilt, die sich durch unterschiedliche stoffliche oder materielle Eigenschaften auszeichen: Boden, Gestein, Wasser, Luft, Eis, u.a. und stehen in wechselseitiger Beziehung zueinander. Das heißt, sie beeinflussen sich gegenseitig.

Die Atmosphäre ist die gasförmige Hülle, die die Erde umgibt. Im alltagssprachlichen Gebrauch wird diese Sphäre häufig einfach als “Luft” bezeichnet. 

Die Troposphäre ist der Teilbereich der Atmosphäre, der der Erdoberfläche am nächsten ist. Darüber liegen Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre. Letztere bildet die Grenze zum Weltraum.

Der Bodenbereich fängt mit der Pedosphäre / Hydrosphäre und Kryosphäre, die oberste Schicht der Erdkruste an, dann folgen Lithosphäre, Astenosphäre, Mesosphäre und letztendlich der äußere und innere Kern der Erde.
Bekannt sind besonders die Erdatmosphäre sowie die Biosphäre und die Hydrosphäre. Manche Sphären überschneiden sich, durchdringen sich oder sind Teilbereiche einer größeren Sphäre.

Die Kryosphäre umfasst die schnee- und eisbedeckten Regionen. Dazu zählen Eisschilde, Gletscher, Meereis oder auch verschneite Gebiete.
Zur Hydrosphäre (Bereiche, die mit Wasser bedeckt sind) zählen beispielsweise Flüsse, Seen und Meere. Auch das Grund- und Porenwasser in Gesteinsschichten wird dazu gezählt.
Die Biosphäre bildet die Gesamtheit des von Leben besiedelten Teils der Erde.
Hier findet der CO² Kreislauf Hauptsächlich statt.
Die Stratosphäre in der sich die Ozonschicht befindet muss im Zusammenhang mit dem dort vorhanden CO2 einzeln betrachtet werden.

Wo landet das CO₂ aus der Photosynthese wirklich?

Atmosphäre: Der zentrale Austauschknotenpunkt
Die Atmosphäre enthält 875 Gigatonnen Kohlenstoff als CO₂ und fungiert als zentraler Austauschknotenpunkt zwischen allen anderen Sphären. Hier findet der direkte Austausch mit der Photosynthese über die Vegetation statt.

Biosphäre: Mehr als nur oberirdische Vegetation
Die Biosphäre umfasst nicht nur die 550 Gigatonnen Kohlenstoff in oberirdischer Vegetation in der Toposphäre. 3. 46% der gesamten terrestrischen Kohlenstofffixierung werden unterirdisch allokiert – das sind global 24,7 Gigatonnen pro Jahr.

Pedosphäre: Der aktive unterirdische Kohlenstoffspeicher
Die Pedosphäre wurde oft als Teil der Lithosphäre und allgemein als Erdkruste betrachtet. Sie speichert jedoch allein 1.600 Gigatonnen Kohlenstoff als organische Substanz und ist der größte terrestrische Kohlenstoffspeicher. Sie ist eine eigenständige, hochaktive Sphäre mit direkter Verbindung zur Atmosphäre.

Lithosphäre: Der Gigant unter den Speichern
Die Lithosphäre speichert über 66 Millionen Gigatonnen Kohlenstoff, hauptsächlich als Karbonatgesteine, sowie etwa 4.000 Gigatonnen als fossile Brennstoffe. Dieser Kohlenstoff ist für geologische Zeiträume “gefangen” und wird nur durch menschliche Aktivitäten (Verbrennung fossiler Brennstoffe) oder seltene geologische Ereignisse freigesetzt.

Hydrosphäre: Der maritime Puffer
Die Ozeane enthalten 38.000 Gigatonnen Kohlenstoff und tauschen jährlich etwa 70 Gigatonnen mit der Atmosphäre aus. Sie fungieren als wichtiger Puffer für atmosphärische CO₂-Schwankungen.

Der kritische Punkt: Kohlenstofftransfer von der Toposphäre in die Pedosphäre

Quantitative Kohlenstoffallokation
19% der gesamten photosynthetischen Produktion werden durch Rhizodeposition direkt in den Boden abgegeben. Das entspricht bei Weizen etwa 166 kg Kohlenstoff pro Hektar pro Saison. Diese Zahl zeigt die enorme Bedeutung des unterirdischen Kohlenstofftransfers.

Die Rhizodeposition im Detail:
Rhizodeposition umfasst verschiedene Formen des Kohlenstoffeintrags in die Pedosphäre:

• Wurzelexsudate: Aktiv ausgeschiedene Zucker, Aminosäuren und organische Säuren
• Wurzelumsatz: Abgestorbene Wurzelteile und -haare
• Schleimstoffe: Von Wurzelspitzen produzierte Polymere
• Volatile organische Verbindungen: Gasförmige Ausscheidungen

Der Verbleib des Rhizodepositions-Kohlenstoffs
Von den 19% der Photosynthese, die als Rhizodeposition in den Boden gelangen:

• 15% werden von Rhizosphären-Mikroorganismen zu CO₂ abgebaut
• 4% verbleiben im Boden als stabile organische Substanz
• 2,5% werden zu mikrobieller Biomasse

Warum die Pedosphäre nicht zur Lithosphäre gehört

Zeitskalen der Kohlenstoffspeicherung

Lithosphäre: Kohlenstoff verbleibt dort für Millionen bis Hunderte von Millionen Jahren.
Pedosphäre: Die Verweildauer variiert von 15 Jahren in den Tropen bis 255 Jahre in hohen Breiten, mit einem globalen Durchschnitt von 23 Jahren.

Austauschintensität:

Lithosphäre: Praktisch kein natürlicher Austausch auf klimarelevanten Zeitskalen.

Pedosphäre: Hochaktiver Austausch – jährlich entweichen 68 Gigatonnen CO₂ aus Böden, das ist etwa das 1,8-fache der fossilen Brennstoffemissionen

Die vollständige Kohlenstoffbilanz:

Globale Kohlenstoffflüsse zwischen den Sphären:

Austauschprozess	Jährlicher Fluss	Richtung
Photosynthese	120 Gt	Toposphäre → Pedosphäre
Pflanzenatmung	120 Gt	Vegetation (Toposphäre) → Atmosphäre (Toposphäre)
Rhizodeposition	50 Gt	Vegetation (Toposphäre) → Pedosphäre
Ozean-Austausch	70 Gt	Hydrosphäre ↔ Atmosphäre (Toposphäre)
Fossilverbrennung	37 Gt	Lithosphäre → Atmosphäre/Stratosphäre

Der entscheidende Transfer: Vegetation (Toposphäre) → Pedosphäre
Der Kohlenstofftransfer von der Vegetation (Toposphäre) in die Pedosphäre beträgt etwa 50 Gigatonnen pro Jahr.

Dieser Transfer erfolgt durch:

1. Strukturelle Wurzelbiomasse: 27% der Photosynthese
2. Rhizodeposition: 19% der Photosynthese
3. Mykorrhiza-vermittelter Transfer: Pilze transportieren zusätzliche Nährstoffe aus der Pflanze in den Boden (Pedosphäre)

Menschliche Störungen des Systems

Verluste aus der Pedosphäre
Seit Beginn der Landwirtschaft haben Böden weltweit 133 Gigatonnen Kohlenstoff verloren – das sind 8% der gesamten globalen Bodenkohlenstoffvorräte. Mechanische Bodenbearbeitung erhöht CO₂-Emissionen um 45-51% gegenüber Direktsaat.
Zusätzliche Emissionen aus der Lithosphäre
Die Verbrennung fossiler Brennstoffe setzt 37,4 Gigatonnen CO₂ pro Jahr frei, was dem 0,55-fachen der natürlichen Bodenatmung entspricht.

Fazit: die Pedosphäre als eigenständige, klimarelevante Sphäre

Die Pedosphäre ist nicht einfach ein Teil der Lithosphäre, sondern eine eigenständige Erdsphäre mit spezifischen Eigenschaften:

• Größter terrestrischer Kohlenstoffspeicher mit direkter Klimarelevanz
• Aktiver Austausch mit der Atmosphäre über biologische Prozesse
• Direkte Verbindung zur Biosphäre durch Rhizodeposition
• Schnelle Reaktion auf Klimaänderungen und Bewirtschaftung

Der Kohlenstoff aus der Photosynthese, der in die Wurzeln geht, landet zu einem erheblichen Teil (19% der gesamten Photosynthese) direkt in der Pedosphäre und wird dort aktiv umgesetzt. Diese Erkenntnis ist fundamental für das Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs und zeigt, warum die Pedosphäre als eigenständige Sphäre betrachtet werden muss.
Die vereinfachte Zuordnung der Pedosphäre zur Lithosphäre verschleiert diese entscheidenden Prozesse und führt zu falschen Schlussfolgerungen über Klimaschutzmaßnahmen. Nur durch das korrekte Verständnis der Pedosphäre als aktive, eigenständige Kohlenstoffsphäre können wir ihre Potenziale für den Klimaschutz vollständig nutzen.

 

Autor: Francesco del Orbe 🌍 Hüter der Erde