Quelltext der Seite Carbonat-Silicat-Zyklus

Mit '''Carbonat-Silikat-Zyklus''', alternativ auch '''anorganischer [[Kohlenstoffzyklus]]''' genannt, bezeichnet man in der [[Chemie]] die [[Geochemie|geochemische]], zyklische Umwandlung von freiem [[Kohlenstoffdioxid]] und [[Silikat|Silikaten]] zu [[Carbonat|Carbonaten]] und [[Siliciumdioxid]] (und umgekehrt) unter dem Einfluss von [[Kohlensäure]] bzw. [[Kieselsäure]]. Der Carbonat-Silikat-Zyklus reguliert auf längere Zeiträume betrachtet den [[Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre|Gehalt der Atmosphäre an Kohlenstoffdioxid]]. Dies liegt daran, dass Kohlenstoffdioxid über den [[Treibhauseffekt]] die Temperatur der Erde insgesamt erhöht, diese erhöhte Temperatur aber die [[Verwitterung]] silikat-reicher Gesteine beschleunigt, die durch Ausfällung von [[Kalkstein]] den Gehalt an Kohlenstoffdioxid wieder vermindert ([[negative Rückkopplung]]). Durch den Zyklus wird der gesamte Gehalt der [[Erdatmosphäre|Atmosphäre]] an Kohlenstoffdioxid etwa alle 500.000 Jahre einmal ausgetauscht und alle zwischenzeitlich möglicherweise entstandenen Abweichungen vom Gleichgewichtszustand dabei ausgeglichen.

Dieser Zyklus ist für die [[Petrologie]] genauso bedeutend wie für die [[Geoökologie]].

== Der Zyklus ==
Der Zyklus beginnt mit atmosphärischem Kohlenstoffdioxid und Regenwasser, die zusammen Kohlensäure bilden:

<math>\mathrm{ CO_2\ + \ H_2O\ \rightarrow \ H_2CO_3\ }</math>

Das kohlensäurehaltige Regenwasser erodiert silicatische Gesteine, indem es daraus Calcium-Silicat-Minerale (Verbindungen aus [[Calcium]], [[Silicium]] und [[Sauerstoff]]) auflöst, wodurch die freigesetzten Calcium- und Hydrogencarbonat-Ionen in das Grundwasser gelangen. Als Beispiel dient die Gleichung der Umsetzung des [[Feldspat]]s [[Anorthit]] durch Kohlensäure unter Bildung von [[Kaolinit]]:

<math>\mathrm{ 2\;H_2CO_3\ + Ca[Al_2Si_2O_8]\ + H_2O\ \rightarrow\ Al_2[(OH)_4|Si_2O_5]\ + Ca^{2+}\ + 2\;HCO_3^-\ }</math>

Die [[Ion]]en werden über Fließgewässer ins Meer transportiert. Im Meer verwenden verschiedene Lebewesen, [[Plankton|planktonische]] und [[sessile Tiere]], die Calcium-, Hydrogencarbonat- und Carbonat-Ionen zum Aufbau von [[Endoskelett|Innen-]] oder [[Exoskelett|Außenskeletten]] aus Calciumcarbonat (CaCO<sub>3</sub>); alternativ kann Calciumcarbonat auch anorganisch ausgefällt werden, dies findet aber auf der Erde nur unter besonderen Bedingungen statt. (Auch im Wasser gelöstes Siliciumdioxid wird von anderen Organismen wie [[Kieselalgen]] und [[Radiolarien]] in Skelette eingebaut und mit diesen sedimentiert.) Nach ihrem Absterben werden die meisten durch Absinken unter die [[Calcit- und Aragonit-Kompensationstiefe|Kompensationstiefe]] wieder aufgelöst, aber ein Teil bleibt erhalten und bildet am Meeresboden [[Sedimente und Sedimentgesteine|Carbonatsedimente]]. Im Laufe der Jahrtausende wird dieser Meeresboden infolge der [[Plattentektonik]] von den mittelozeanischen Rücken zu den [[Subduktion]]szonen an den Kontinentalrändern transportiert. Dort wandert er zusammen mit der absinkenden ozeanischen Platte ins Erdinnere. Bei hohem Druck und hohen Temperaturen reagiert das Calciumcarbonat mit dem [[Siliciumdioxid]] (Carbonatmetamorphismus) und es bilden sich unter der Abspaltung von Kohlenstoffdioxid erneut Silicatminerale. Als Beispiel dient die Gleichung der Umsetzung von [[Calcit]] (Calciumcarbonat) mit Siliciumdioxid zu [[Wollastonit]] und [[Kohlenstoffdioxid]]:

<math>\mathrm{ 3\;CaCO_3\ + 3\;SiO_2\ \rightarrow\ Ca_3[Si_3O_9]\ + 3\;CO_2\ }</math>

(Das einfache Calciumsilicat Wollastonit wurde hier nur zur Erläuterung eingesetzt, tatsächlich können auf gleichem Wege beliebige andere Silicate mit komplizierter Zusammensetzung entstehen, was aber die Summengleichungen verkomplizieren würde.) Das Kohlenstoffdioxid gelangt schließlich durch [[Vulkanismus]], entweder über den untermeerischen Vulkanismus der mittelozeanischen Rücken oder über kontinentalen Vulkanismus, wieder als Kohlenstoffdioxidgas in die Atmosphäre, womit der Kreislauf geschlossen ist.

== Quellen ==
* {{Literatur
   |Autor=James F. Kasting, David Catling
   |Titel=Evolution of a Habitable Planet
   |Sammelwerk=[[Annual Review of Astronomy and Astrophysics]]
   |Band=41
   |Nummer=1
   |Datum=2003-09
   |Seiten=429–463
   |Online=http://cips.berkeley.edu/events/planets-life-seminar/kasting.pdf
   |Format=PDF
   |KBytes=
   |DOI=10.1146/annurev.astro.41.071601.170049}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Robert A. Berner]], Antonio C. Lasaga, [[Robert M. Garrels]]
   |Titel=The carbonate-silicate geochemical cycle and its effect on atmospheric carbon dioxide over the past 100 million years
   |Sammelwerk=[[American Journal of Science]]
   |Band=283
   |Nummer=7
   |Datum=1983-09
   |Seiten=641–683
   |Kommentar=sogenanntes BLAG-Modell
   |Online=http://shadow.eas.gatech.edu/~jean/paleo/Berner_1983.pdf
   |Format=PDF
   |KBytes=
   |DOI=10.2475/ajs.283.7.641}}

== Siehe auch ==
* [[Kreislauf der Gesteine]]
* [[Wasserkreislauf]]
* [[Silikatverwitterung]]
* [[Silikatgestein]], [[Verkieselung]]

[[Kategorie:Geochemie]]
[[Kategorie:Astrobiologie]]