​Als das zweithäufigste Treibhausgas in unserer Atmosphäre (nach Wasserdampf) ist Kohlendioxid (CO₂) zu einem entscheidenden Indikator für den Klimawandel geworden. Im Verlauf der 4,54 Milliarden Jahre währenden Geschichte der Erde schwankten die CO₂-Werte erheblich und trugen zu Verschiebungen der durchschnittlichen Temperaturen unseres Planeten bei.

Die Entwicklung von CO₂
Der wissenschaftliche Konsens beschreibt die Entwicklung unserer Atmosphäre derzeit in drei Stufen. Während der Entstehung der Erde enthielt unser Sonnensystem hohe Konzentrationen von Helium und Wasserstoff, die bei extrem hohen Temperaturen zirkulierten. Im Laufe der Zeit entwichen diese Moleküle ins All und eine neue Atmosphäre entstand durch vulkanische Emissionen. Später wurden bei Ausbrüchen Wasserdampf, CO₂ und Ammoniak (bestehend aus einem Stickstoff- und drei Wasserstoffatomen) freigesetzt, wodurch sich eine gasförmige Hülle über und Wasserreservoirs unter der Erde bildeten. Schließlich löste sich CO₂ langsam in den flachen Ozeanen auf und ermöglichte es Cyanobakterien, Sauerstoff produzierende Photosynthese durchzuführen.
Mit der Zeit akkumulierte sich der Sauerstoff, und die Zusammensetzung der Atmosphäre änderte sich so weit, dass die meisten Mikroorganismen, die zu dieser Zeit existierten, vor etwa 2,4 Milliarden Jahren ausstarben.

CO₂ und vergangene Klimaveränderungen
Zur Orientierung: Vor der industriellen Zeit lagen die CO₂-Werte bei etwa 280 Teilen pro Million (ppm), während wir uns heute fast 420 ppm nähern.

Der am weitesten zurückliegende Zeitraum, für den wir die CO₂-Werte geschätzt haben, liegt rund 500 Millionen Jahre zurück, im Ordovizium. Während dieser Zeit schwankte die atmosphärische CO₂-Konzentration zwischen erstaunlichen 3000 und 9000 ppm! Trotz dieser hohen Konzentration lag die durchschnittliche Temperatur nicht wesentlich höher als heute. Diejenigen, die mit dem Konzept eines überhitzten Hothouse-Erdszenarios vertraut sind, könnten sich fragen, warum es damals nicht eingetreten ist. Wesentliche Faktoren sind eine kühlere Sonne und unterschiedliche Umlaufbahnen des Planeten.

​Historische CO₂-Level Grafische Darstellung der CO₂-Level über die letzten 500 Millionen Jahre. Foster et al. – Abstieg in die Eiszeit.

CO₂-Level werden durch das Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffbindungen (Einlagerung in Sedimenten, Aufnahme durch Pflanzen) und Kohlenstoffemissionen (Zersetzung und vulkanische Aktivität) beeinflusst. Ungleichgewichte in diesem System führten zu einem Rückgang der CO₂-Level, was vor etwa 300 Millionen Jahren zu einer Eiszeit führte. Dies wurde von intensiver vulkanischer Aktivität gefolgt, die die CO₂-Konzentration auf etwa 1000 ppm verdoppelte. Anschließend sanken die CO₂-Level, bis sie während des Oligozän-Zeitalters vor 33 bis 23 Millionen Jahren die heute beobachteten Konzentrationen erreichten, als die Temperaturen immer noch 4 bis 6 Grad Celsius höher waren als heute. CO₂-Level haben die Geschichte geprägt und die vorherrschenden Klimatypen beeinflusst.

​Einführung: In dem komplexen Geflecht des Lebens auf unserem Planeten gibt es wenige Prozesse von solch großer Bedeutung wie die Photosynthese. Im Zentrum steht ein gewöhnliches Gas: Kohlendioxid (CO₂). Durch die unglaubliche Kraft der Photosynthese nutzen Pflanzen, Algen und bestimmte Bakterien die Energie des Sonnenlichts und kombinieren sie mit Wasser und CO₂, um eine Vielzahl lebenserhaltender Reaktionen zu orchestrieren. Dieser Prozess treibt das Wachstum und die Vitalität dieser Organismen an und bildet das Fundament der gesamten Biosphäre, indem er Nahrung, Energie und Sauerstoff für unzählige Arten bereitstellt. Erforschen wir, warum die Photosynthese mit Kohlendioxid als Grundlage wahrhaftig als Motor des Lebens auf der Erde gilt.

Ankurbelung des Nahrungsnetzes: Die Photosynthese bildet das Fundament des Nahrungsnetzes und treibt die Produktion organischer Verbindungen voran, die das Leben erhalten. Durch die Photosynthese wandeln Pflanzen und Algen CO₂ in Glucose, eine Form von Zucker, um. Diese vitale Energiequelle dient als Baustein für Kohlenhydrate, Lipide, Proteine und andere organische Moleküle, die für das Wachstum und die Entwicklung aller lebenden Organismen unerlässlich sind. Vom kleinsten Insekt bis zum größten Raubtier ist jedes Glied der Nahrungskette direkt oder indirekt von der Fülle an Glucose abhängig, die von photosynthetischen Organismen produziert wird.

Belebung lebenswichtiger Prozesse: Die Photosynthese liefert Nahrung und erzeugt Energie für verschiedene Lebensprozesse. Durch die Synthese von Glucose produzieren photosynthetische Organismen chemische Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) und speichern sie. ATP ist eine universelle Energiequelle, die den Zellstoffwechsel, das Wachstum, die Reproduktion und die Bewegung von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen antreibt. Dieses energiereiches Molekül, angetrieben durch die Photosynthese, ermöglicht das effiziente Funktionieren der komplexen biologischen Mechanismen auf allen Ebenen der biologischen Hierarchie.

Sauerstoff: Ein Hauch des Lebens: Obwohl die Photosynthese sich um die Verwendung von Kohlendioxid dreht, liefert sie auch ein unverzichtbares Nebenprodukt: Sauerstoff. Durch die Spaltung von Wassermolekülen während der Photosynthese wird Sauerstoff als Abfallprodukt in die Atmosphäre freigesetzt. Dieser kostbare Sauerstoff, in beeindruckenden Mengen von photosynthetischen Organismen produziert, bildet die Luft, die wir atmen. Sauerstoff treibt die Zellatmung von Organismen an, ermöglicht die Energiegewinnung aus Nahrung und unterstützt das Überleben aerob lebender Organismen. Somit sorgt die Photosynthese für eine kontinuierliche Versorgung mit lebenserhaltendem Sauerstoff und erhält das delikate Gleichgewicht, das für das Bestehen vielfältiger Lebensformen erforderlich ist.

Kohlenstoffkreislauf-Verantwortung: Die Photosynthese spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Kohlenstoffkreislaufs der Erde, einem komplexen System, das das Gleichgewicht kohlenstoffbasierter Verbindungen in der Biosphäre aufrechterhält. Durch die Aufnahme von atmosphärischem CO₂ wirken photosynthetische Organismen als natürliche Kohlenstoffsenken und tragen zur Minderung des Treibhauseffekts und zur Regulierung des globalen Klimas bei. Durch diesen Prozess bindet die Photosynthese effektiv Kohlenstoff in Form von organischer Materie und reduziert die Konzentration von CO₂ in der Atmosphäre, um die Auswirkungen des Klimawandels zu mildern. Dieser essenzielle Dienst unterstreicht die Bedeutung der Photosynthese als eine kraftvolle Kraft für die Aufrechterhaltung eines stabilen und bewohnbaren Planeten.

Nachhaltigkeit und ökologisches Gleichgewicht: Die Bedeutung der Photosynthese reicht über ihre unmittelbaren Auswirkungen auf einzelne Organismen hinaus. Durch die Förderung gesunder Ökosysteme und die Unterstützung der Artenvielfalt tragen photosynthetische Organismen zur Gesamtnachhaltigkeit und zum ökologischen Gleichgewicht unseres Planeten bei. Indem sie Lebensräume und Schutz bieten sowie Nahrung und Ressourcen zur Verfügung stellen, schaffen die zahlreichen photosynthetischen Lebensformen eine Grundlage, auf der ganze Ökosysteme gedeihen können. Durch die Pflege verschiedener Arten fördert die Photosynthese Resilienz und Anpassungsfähigkeit, die in Zeiten von Umweltveränderungen und Herausforderungen unverzichtbar sind.

Zusammenfassend ist die Photosynthese ein entscheidender Prozess, der die Verflechtung des Lebens auf der Erde antreibt. Sie produziert Glucose, die Energiequelle für alle Organismen, die das Nahrungsnetz aufrechterhält und Wachstum sowie Anpassung ermöglicht. Die Photosynthese setzt auch Sauerstoff frei, der aerobe Organismen und ihre Zellatmung unterstützt. Darüber hinaus regulieren photosynthetische Organismen den Kohlenstoffkreislauf, indem sie Kohlendioxid aufnehmen und dessen atmosphärische Konzentration reduzieren. Dieser Prozess trägt zum ökologischen Gleichgewicht und zur Minderung des Klimawandels bei. Die Photosynthese ist von zentraler Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Nachhaltigkeit von Ökosystemen, der Biodiversität und der Harmonie und stellt somit die Triebkraft des Lebens auf unserem Planeten dar.

Vorwort: Der Klimawandel ist das Hauptthema der globalen Diskussion und betrifft die gesamte Menschheit. Wie viel Schuld tragen wir und was kann getan werden? Laut der neuesten Forschung des Massachusetts Institute of Technology kann die Erde ihre eigene Temperatur regulieren und tut dies seit Millionen von Jahren. Die neueste Studie liefert Beweise dafür, dass die Erde ihre Temperatur reguliert und alle 100.000 Jahre anpasst.

Bedeutet das, dass vom Menschen gemachter Klimawandel ein Schwindel ist? Nicht unbedingt. Tragen Sie die Schuld? Absolut nicht. Es ist sicher zu sagen, dass die Menschheit in den letzten 10.000 Jahren einen erheblichen Schaden der Erde zugefügt haben.
Ist CO₂ (Kohlenstoffdioxid) ein Treibhausgas und daher ein Förderer des Klimawandels? Nein, CO₂ ist ein Lebensgas und notwendig für alle Leben auf diesem blauen Planeten. Studien belegen, dass ein Anstieg des CO₂-Spiegels einem Anstieg der Temperatur vorausgeht und nicht umgekehrt.

Ich schulde Ihnen eine Erklärung. Über Jahrtausende schwankte der CO₂-Gehalt. Derzeit beträgt der CO₂-Gehalt in der Atmosphäre 0,04%. Kurz vor der industriellen Revolution, vor etwa 200 Jahren, betrug der CO₂-Gehalt 0,028%. Das bedeutet einen Anstieg um etwa 0,012%. Im Vergleich dazu beträgt der Sauerstoffanteil etwa 20,9%. Vor 500 Millionen Jahren lag der CO₂-Gehalt bei 9% und die Erde war mindestens 25° Celsius wärmer als heute. Sie haben vielleicht vom "Runaway Hothouse Earth"-Szenario gehört und sich gefragt, warum es damals nicht passiert ist. Der Grund ist, dass die Sonne damals viel kühler war als heute.

​Vor etwa 23 Millionen Jahren kühlte die Erde ab, und der CO₂-Gehalt sank dramatisch auf etwa 1% CO₂ und etwa 10° Celsius wärmer. Der Grund ist unbekannt. Höhere CO₂-Level bedeuteten jedoch viel größere Bäume. Und größere Bäume bedeuten, dass sie das Lebensgas CO₂ zur Produktion von Sauerstoff nutzen. Zu dieser Zeit betrug der Sauerstoffgehalt etwa 6% mehr als heute. Dies erklärt größere Tiere wie Dinosaurier und Bäume, die über 1000 Fuß (ca. 305 m) hoch waren. Höhere Sauerstoffwerte bedeuteten auch größere Gehirne und wenn Menschen zu dieser Zeit gelebt hätten, hätte dies intelligentere Menschen bedeutet. Dies war der Beginn einer neuen, lang anhaltenden kleinen Eiszeit, und heute befindet sich die Welt immer noch in dieser Phase. Vor etwa 1.000.000 Jahren stieg und fiel die Temperatur dieses Planeten fast alle 100.000 Jahre. Wenn wir dies mit der heutigen Temperatur vergleichen, war das Klima mindestens 5° bis 8° Celsius wärmer.

Menschen können nicht beeinflussen wie heiß die Sonne ist. Wir können auch nicht die Polverschiebungen der Erde, vulkanische Aktivitäten oder andere Aktivitäten beeinflussen.

Die Erde ist ein großes lebendes Organismus. Zwischen 20.000 und 50.000 Jahren ist ein weiterer massiver, unerklärlicher Rückgang von CO₂ und Temperatur aufgetreten. Der CO₂-Gehalt sank gefährlich niedrig. Es gab weniger Sauerstoffproduktion und große Tiere sind alle ausgestorben oder geschrumpft, genau wie Elefanten vor einigen tausend Jahren viermal größer waren.

Und vor 10.000 Jahren begann die Menschheit den Temperaturrückgang durch Abholzung von Wäldern zu beschleunigen. Vor 10.000 Jahren hatte der Planet über 57% Wald und 42% wilde Grasländer und Sträucher. Vor 5.000 Jahren begann die Menschheit, Getreide anzubauen. Zu dieser Zeit hatte die Menschheit bereits 2% der Welt entwaldet. Und im Jahr 1700 pflanzte die Menschheit 3% Getreide und 6% Weidegras für Vieh. Bis 1900 haben wir eine weitere massive Anzahl von Wäldern abgeholzt und die Welt nur noch mit 48% Wäldern, 8% Getreide, 16% Weide und nur noch 27% wilden Grasländern und Sträuchern zurückgelassen. Schnell voraus bis heute und wir haben rund 37% Wälder, 15% Getreide, 31% Weideland, 14% wilde Grasland und Sträucher und 1% wurde durch städtische und bebaute Flächen verbaut. Das bedeutet, dass die Menschheit ein Drittel aller Wälder auf diesem Planeten zerstört und das neue Land für Landwirtschaft und Lebensräume umgewidmet hat.

Dies bedeutete, dass weniger CO₂ von Bäumen aufgenommen wurde und obwohl Grasland und Sträucher auch CO₂ verbrauchen, ist die Menge viel geringer als die Menge, die eine Birke, Nadel oder irgendein anderer Baum aufnimmt und Sauerstoff produziert. Daher erklärt sich auch der Rückgang des Sauerstoffgehalts.
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Was ist mit dem überschüssigen CO₂ passiert? Massive Mengen an CO₂ wurden von Algen in Flüssen, Seen und Ozeanen absorbiert. Die Algen banden das CO₂, sanken auf den Meeresboden und die tektonischen Platten transportierten dieses lebenswichtige Gas in die Magmaschichten der Erde. Eine These besagt, dass, wenn die Menschheit die industrielle Revolution nicht begonnen hätte, die CO₂-Level unter das nachhaltige Niveau gesunken wären, das für das Leben förderlich ist, und alles Leben vor etwa 100 Jahren geendet hätte.