Elementzyklen

Elementzyklen beschreiben die Wanderung chemischer Elemente durch die verschiedenen Sphären der Erde – Geosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre und Biosphäre – über unterschiedlich lange Zeiträume. In diesen Zyklen bilden Reservoirs (Speicher) und Fluxen (Übertragungen) zentrale Größen. Reservoirs reichen von Gestein und Gesteinsmantel über Ozeane, Böden und Biomasse bis hin zur Luft und zu organischen Stoffen in Sedimenten. Fluxe umfassen Prozesse wie Verwitterung, Evapotranspiration, Photosynthese, Atmung, Mineralisation, Sedimentation, Transport durch Flüsse, Plattentektonik, Ausgasung von CO2 sowie biogeochemische Umwandlungen.

Zu den bekanntesten Elementzyklen gehören der Kohlenstoffzyklus, der Stickstoffzyklus, der Phosphorzyklus und der Schwefelzyklus; darüber hinaus spielen Wasserzyklus, Eisenzyklus und Calciumzyklus eine Rolle. Diese Zyklen sind eng miteinander verknüpft, weil Elemente in unterschiedlichen Formen von einem Reservoir zum anderen wandern und dabei chemische Zustände wechseln oder Mineralverbindungen bilden.

Die Systeme werden durch natürliche Prozesse sowie menschliche Aktivitäten getrieben. Wissenschaftler verwenden Konzepte wie Stoffbilanz, Residenzzeit und Turnover, um Flüsse zu quantifizieren und Dynamiken zu modellieren. Anthropogene Eingriffe – etwa Brennstoffverbrennung, Düngung oder Abbau von Gestein – können Gleichgewichte verschieben und Folgen für Klima, Nährstoffverfügbarkeit und Ökosysteme haben.

Elementzyklen sind zentral für das Verständnis von Umwelt, Klima und Ressourcenmanagement. Sie helfen, langfristige Trends zu erkennen, ökologische Funktionen abzuschätzen und Indikatoren für Nachhaltigkeit zu entwickeln.