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Startseite/Biophysik, Fluide und Geowissenschaften/Kohlenstoffkreislauf (vier Reservoirs)

Kohlenstoffkreislauf (vier Reservoirs)

Atmosphäre, durchmischte Ozeanschicht, tiefer Ozean und Land: lineare Austausche; Emissionen und Impulse in GtC — Lehrwert für den Luftanteil.

Austauschkoeffizienten (Jahr⁻¹)

0.042
0.035
0.0028
0.000077
0.017
0.00672

Der Fluss vom Pool i nach j ist kᵢⱼ·Cᵢ (Gt C/Jahr). Die Vorgaben sind auf den Anfangsbeständen etwa ausgeglichen, daher starten Nullemissionen nahe dem stationären Zustand; Ändern der Koeffizienten erzeugt bewusst Drift. Lehrparameter, keine IPCC-Kalibrierung.

Emissionen und Lauf

0 GtC/yr
1.2 ×

Gemessene Größen

Atmosphäre850 GtC
Durchmischter Ozean1020 GtC
Tiefer Ozean37100 GtC
Land (Biosphäre)2150 GtC
Gesamtbestand41120 GtC
Modellzeit0.0 Jahr
Kumulierte Emissionen0 GtC
Luftanteil ≈ ΔCa / kum. Emissionen—

IPCC-Berichte nutzen mehr Boxen und nichtlineare Carbonatchemie; hier die Intuition zu Relaxationszeiten, Aufteilung der Bestände und Bilanz der kumulierten Emissionen.

Diagramme

Im tiefen Ozean steckt viel Kohlenstoffmasse, der Umsatz ist aber langsam; nach einem Impuls bleibt ein Teil in der Luft, bis Mischung und Land nachziehen — Lehrwert für den Luftanteil.

Zum Modell

Der Kohlenstoffkreislauf in vier Reservoirs — Atmosphäre, durchmischte Ozeanschicht, tiefer Ozean und terrestrische Biosphäre — tauscht Masse über Flüsse erster Ordnung, proportional zum Bestand des Geberpools (Gt C/Jahr). Die Vorgabekoeffizienten sind auf den Anfangsbeständen etwa ausgeglichen, daher starten Nullemissionen nahe dem stationären Zustand; Schieber erzeugen bewusst Drift. Fossile Emissionen gelangen nur in das Atmosphärenreservoir; idealisierte Impulse können Sie zusätzlich setzen. Der größte Teil des emittierten Kohlenstoffs bleibt nicht dauerhaft in der Luft: Ozeanmischung und Landsenke tragen die Störung auf mehrjährigen und längeren Skalen in große Bestände. Die Parameter sind nicht an den beobachteten Luftanteil des IPCC angepasst: Ziel sind die lineare Kinetik des Boxmodells und die Bilanz der kumulierten Emissionen.

Für wen: Klima, Biogeochemie, Systemdynamik.

Wichtige Begriffe

  • kohlenstoffkreislauf
  • boxmodell
  • luftanteil
  • ozeanaufnahme
  • landsenke

So funktioniert es

Vier Reservoirs (Atmosphäre, durchmischte Ozeanschicht, tiefer Ozean, Land) tauschen über Flüsse erster Ordnung k·C. Die Vorgabekoeffizienten gleichen die Anfangsbestände fast aus; fossile Emissionen und Impulse gehen nur in die Atmosphäre. Integration nach Runge-Kutta 4. Ordnung. In den Grafiken die drei „schnellen“ Pools und getrennt der tiefe Ozean; der Luftanteil wird als ΔC_a / kumulierte Emissionen abgeschätzt.

Häufige Fragen

Warum steht der tiefe Ozean in einer eigenen Grafik?
Sein Bestand ist viel größer als die übrigen Pools; eine gemeinsame Y-Achse würde die Kurven von Atmosphäre und Land platt drücken.
Stimmt der Luftanteil mit Beobachtungen überein?
Nein. Lineare Kinetik und vier Reservoirs sind ein Lehrgerüst; echte Modelle haben nichtlineare Carbonatchemie, Raum und viele weitere Prozesse.