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Vorwort
Manchmal ist das, was uns am nächsten und wichtigsten ist, genau das, worüber wir am wenigsten wissen. Was hat Bedeutung für das Leben, wie wir es kennen? Wasser? – Ja, zweifelsohne. Sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff und deren lebenspendende Allianz im Wassermolekül H2O sind da ernstzunehmende Kandidaten. Phosphor? – Ja, bestimmt auch Phosphor, ohne Phosphor keine DNA, keine Gene, kein Leben. Trotzdem ist es der Kohlenstoff, dem wir mit diesem Buch eine nicht autorisierte Biografie widmen wollen. Gute Gründe dafür gibt es genug. Der Kohlenstoff ist das zentrale Element des Lebens – die meisten Lebensprozesse in und um uns herum enthalten in irgendeiner Form Kohlenstoff. Bei Kohlenstoff in Reinform kann es sich ebenso gut um einen Bleistift wie um einen Diamanten handeln. Gleichzeitig ist Kohlenstoff auch der Ausgangspunkt für die meisten der aktuell so wichtigen Kunststoffe. Die Grenze zwischen Natur- und Kunststoffen ist dabei nicht so scharf, wie man meinen möchte.
In diesem Buch soll es aber in erster Linie aber um den Lebens- oder Kreislauf des Kohlenstoffs gehen, das große Gleichgewicht zwischen Photosynthese und Zellatmung, zwischen Aufbauen und Verbrennen. Kohlenstoff ist die erste Wahl unter den Atomen, wenn es um chemische Verbindungen geht, und eine der schicksalsträchtigsten Verbindungen, die Kohlenstoff eingeht, ist die Dreiecksverbindung mit zwei Sauerstoffatomen. CO2 ist das Gas des Lebens und des Todes. Um die Entwicklung des Klimas in Vergangenheit und Zukunft ergründen zu können, müssen wir den Ringelreihen des Kohlenstoffs und unseren Einfluss darauf verstehen. Die Zukunft des Planeten hängt von unserem Umgang mit dem Kohlenstoff ab. Darum ist dieser Einblick in seine Welt mehr als gerechtfertigt.
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Wo beginnt und wo endet ein Kreis? Es ist nicht leicht zu sagen, wo man am natürlichsten in den Kreislauf des Kohlenstoffs einsteigen kann. Überdies finden sich in diesem Kreislauf endlose Reihen weiterer kleiner und großer Wechselspiele. Ich gestehe gerne ein, dass ich es nicht leicht fand, den richtigen Einstieg in die Welt des Kohlenstoffs zu finden, ohne denselben Spuren gleich mehrmals zu folgen. Aber für welchen Pfad man sich auch entscheidet, sie alle führen letzten Endes zu der großen Frage nach der Rolle des Kohlenstoffs für die Zukunft der Erde. Teile dieses Textes werden in erster Linie naturwissenschaftlich interessierte Leser ansprechen. Es ist aber mehr als statthaft, diese Passagen zu überspringen. Den großen Überblick verlieren Sie deshalb trotzdem nicht.
Ein großer Dank geht an Henrik Svensen für die Durchsicht des Manuskripts und die kritischen Kommentare, sowie an den Verlag und Erik Møller Solheim, der mich während des gesamten Schreibprozesses unterstützt und beraten und mir immer wieder zu guten Ideen verholfen hat. Ebenso an Helge Vold für die Redaktion und Korrektur. Das Buch kam mit Unterstützung des Norwegischen Fachverbands für Autoren und Übersetzer NFF zustande und profitierte von dem staatlichen Forschungsprojekt Effects of Climate change on boreal lake ecosystems.
Oslo im Mai 2015
Dag O. Hessen
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Ich widme dieses Buch meinem Vater, dem besten Vater, den ich hätte haben können, und der von uns ging, als ich das Schlusswort schrieb.
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TEIL 1
Kohlenstoff in allem
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Eine persönliche Verbindung zu Kohlenstoff
Um mich herum fallen schwere Tropfen von den Bäumen. Auf die Wasseroberfläche gleich nebenan prasselt der Regen, und auch auf der Plane, die zwischen den Bäumen aufgespannt ist, tanzt das Wasser. Unter der Plane sitzen drei Personen über ihre Mikroskope gebeugt, neben sich Pipetten, kleine Plastikbehälter, Filtrationsmaterialien und anderes Laborzubehör. Um uns herum ist es nebelig, es ist mitten in der Nacht, sodass wir unsere Arbeiten im Licht der Stirnlampen durchführen. Die Proben werden in kleinen Plastikflaschen gesammelt, die mit einer zähen, durchsichtigen Flüssigkeit aus einer Metallkanne aufgefüllt werden. Dann werden die Behälter verschlossen, beschriftet und in einer Halterung fixiert. Alle vier Stunden rudern zwei von uns in einem wackeligen, kleinen Boot auf den See hinaus und nehmen verschiedene Proben aus sechs an einem Rahmen verankerten Ballons. Jeder Ballon enthält ein paar Tausend Liter Wasser. Wir rudern zurück, treten unter die Plane und arbeiten weiter …
Gegen Morgen hört der Regen auf. Ich setze mich müde ans Ufer und sehe die Sonnenstrahlen durch den Nebel brechen, der sich über dem Wasser lichtet. Zwei Libellen fliegen über die Seerosen am Ufer. Um den See herum steht der Wald dicht und grün. Mit einem Mal glaube ich, den Atem der Natur zu spüren. Ein und aus. Überall ist Leben. Überall ist Kohlenstoff. Alles außer dem Wasserspiegel und dem Himmel besteht aus Nuancen von Grün; Milliarden von Chloroplasten. Kohlenstoff in Form von CO2 dringt in einem nicht enden wollenden Zyklus durch die Spaltöffnungen der Blätter und Nadeln, bevor es zu den Chloroplasten transportiert wird. Dort findet alsbald die wichtigste chemische Reaktion der Welt statt, bei der das Gas auf wundersame Weise in organischen Page 16Kohlenstoff in Form von Kohlenhydraten wie Zucker, Stärke oder Zellulose verwandelt wird, und bei der – quasi als Bonus – auch noch der Sauerstoff freigesetzt wird, von dem die andere Hälfte des Lebens abhängig ist. Der Kohlenstoff, den die Pflanzen binden, ist damit für alle Zeit Teil des Ökosystems.
Kohlenstoff ist so etwas wie die Kartoffel der Chemie, man findet ihn in fast allen Molekülen und Bestandteilen des Körpers, und dies in den unglaublichsten Varianten. In all seiner Gewöhnlichkeit ist Kohlenstoff trotzdem unentbehrlich. Ich unternehme meine Versuche in großen Ballons im Wasser, all meine Laborgeräte bestehen aus Kohlenstoffpolymeren: Pipetten, Behälter, Halterungen, die Plane über unseren Köpfen, ja sogar unsere Kleider. Gibt es irgendetwas um mich herum, das nicht aus Kohlenstoff besteht? Und dann der Kohlenstoff, der für das kurze Gastspiel meines Lebens in mir ist. Zuvor war er bereits für Milliarden von Jahren in Pflanzen, Bakterien, Tieren, Mineralien, und auch in den Milliarden von Jahren, die nach mir kommen, wird der Kohlenstoff weiter seinen Weg gehen. Ewiges Leben wird für uns immer eine Utopie bleiben, aber als Teil des immerwährenden Kohlenstoffkreislaufs haben wir wenigstens einen kleinen Anteil an der Ewigkeit.
Der Gedanke an den Kreislauf des Kohlenstoffs – und an mich als Bruchteil davon – gibt mir dort am Seeufer das Gefühl, dazuzugehören. Eine ganz neue Perspektive. Carl von Linné meinte, dass wir, also die Menschen, hier auf Erden platziert seien, um die göttliche Schöpfung zu deuten.1 Ganz unbescheiden sah er sich selbst an erster Page 17Stelle, was die Deutung und das Verständnis der göttlich gestalteten Natur anging. Wir drei, die wir hier an diesem See arbeiten, haben weniger hohe Ziele, auch wenn sich die Fragestellung im Nachhinein als wichtiger herausstellen sollte, als wir es damals ahnten: Wir sind hier, um mehr über den endlosen Kreislauf des Kohlenstoffs zu verstehen.
Den sechs großen Ballons im Wasser sind winzige Mengen einer speziellen Form von Kohlenstoff hinzugefügt worden, und zwar das radioaktive Isotop 14C, das im Gegensatz zum normalen Kohlenstoff (12C) sechs Protonen und acht Neutronen enthält. Durch den Zusatz von 14CO2 können wir verfolgen, wie der Kohlenstoff von den Algen, Bakterien und dem tierischem Plankton aufgenommen, umgesetzt und schließlich wieder ausgeschieden wird. Der radioaktive Kohlenstoff in unseren Proben gibt Elektronen ab, die ein winziges Lichtsignal senden, wenn sie von der zähflüssigen Lösung eingefangen werden. Diese Signale können über einen Szintillationszähler aufgefangen werden. Das Projekt ist Teil meiner Doktorarbeit, die dazu beitragen soll, unser Verständnis ein bisschen zu erweitern. Die Nacht unter der Plane, die Proben, Analysen und statistischen Auswertungen wurden zu einem zentralen