Abitur Niedersachsen Chemie 2025 · GK · Versauerung der Meere

Kohlenstoffdioxid und die „Versauerung“ der Meere

In den letzten Jahrzehnten wurde von den Meeren vermehrt Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre aufgenommen. Dadurch sinkt der pH-Wert des Meerwassers. Diesen Prozess bezeichnet man als „Ozeanversauerung“. Für Organismen, die ihre Schalen und Skelette aus Kalk aufbauen, wie z. B. Muscheln, Schnecken oder Korallen, stellt diese „Ozeanversauerung“ eine Gefährdung dar.

Material 1: Ein Modellexperiment zur „Ozeanversauerung“ [1]

In einer Broschüre des Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung in Kiel wird ein Modell-Experiment zur Veranschaulichung der „Ozeanversauerung“ beschrieben. Beobachtungen aus dem Versuch lassen sich zu den Prozessen in Verbindung bringen, die zwischen den obersten Wasserschichten der Meere und der Atmosphäre ablaufen.

Das Modell-Experiment läuft wie in der Abbildung dargestellt ab:

1

Erklären Sie die im Modellexperiment genannten Farbveränderungen des Indikators unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen (M 1).

Kohlenstoffdioxid und die „Versauerung“ der Meere

In den letzten Jahrzehnten wurde von den Meeren vermehrt Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre aufgenommen. Dadurch sinkt der pH-Wert des Meerwassers. Diesen Prozess bezeichnet man als „Ozeanversauerung“. Für Organismen, die ihre Schalen und Skelette aus Kalk aufbauen, wie z. B. Muscheln, Schnecken oder Korallen, stellt diese „Ozeanversauerung“ eine Gefährdung dar.

Material 2: Die Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid in Wasser [2]

Die Ozeane sind die „blauen“ Lungen unseres Planeten. In ihnen lösen sich jährlich mehr als 25 Prozent des weltweit frei gesetzten Kohlenstoffdioxids.

2

Beschreiben Sie das in Material 2 dargestellte Diagramm.

Begründen Sie das stärkere Absinken des pH-Wertes der Meere im Bereich der Arktis und Antarktis im Vergleich zu anderen Meeresregionen.

Erläutern Sie den Einfluss der sich erwärmenden Meere auf die Erderwärmung.

Kohlenstoffdioxid und die „Versauerung“ der Meere

In den letzten Jahrzehnten wurde von den Meeren vermehrt Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre aufgenommen. Dadurch sinkt der pH-Wert des Meerwassers. Diesen Prozess bezeichnet man als „Ozeanversauerung“. Für Organismen, die ihre Schalen und Skelette aus Kalk aufbauen, wie z. B. Muscheln, Schnecken oder Korallen, stellt diese „Ozeanversauerung“ eine Gefährdung dar.

Material 3: Der Begriff „Versauerung“

Mit einem durchschnittlichen pH-Wert von derzeit 8,1 ist Meerwasser leicht basisch. Bis zum Jahr 2100 wird der pH-Wert der Ozeane bei unverminderten Kohlenstoffdioxid-Emissionen voraussichtlich auf einen Wert von 7,7 sinken.

In manchen Artikeln findet man dazu nicht selten fachwissenschaftlich zweifelhafte Aussagen wie „Das Meerwasser wird also um etwa 150 Prozent saurer werden…“.

3

Beurteilen Sie unter Berücksichtigung der Oxonium-Ionen-Konzentrationen den umgangssprachlichen Ausdruck „Das Meerwasser wird also um etwa 150 Prozent saurer werden…“ (M 3).

Formulieren Sie dazu eine fachwissenschaftlich korrekte Aussage.

Kohlenstoffdioxid und die „Versauerung“ der Meere

In den letzten Jahrzehnten wurde von den Meeren vermehrt Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre aufgenommen. Dadurch sinkt der pH-Wert des Meerwassers. Diesen Prozess bezeichnet man als „Ozeanversauerung“. Für Organismen, die ihre Schalen und Skelette aus Kalk aufbauen, wie z. B. Muscheln, Schnecken oder Korallen, stellt diese „Ozeanversauerung“ eine Gefährdung dar.

Material 4: Carbonat-Hydrogencarbonat-Gleichgewicht

Der überwiegende Anteil kohlenstoffhaltiger Verbindungen im Ozean liegt in Form von Hydrogencarbonaten und Carbonaten vor. Die Anionen dieser Verbindungen stehen mit dem gelösten Kohlenstoffdioxid und Wasser in einem chemischen Gleichgewicht, das man vereinfachend gemäß folgender Reaktionsgleichung beschreibt:

$$2\,\mathrm{HCO_3^-} \rightleftharpoons \mathrm{H_2O} + \mathrm{CO_2} + \mathrm{CO_3^{2-}}$$

Im Meer lebende Organismen, wie Muscheln, Schnecken, Tintenfische, aber auch bestimmte Korallen, nutzen die im Meerwasser vorhandenen Carbonat-Ionen zum Aufbau ihrer Schalen und Skelette.

4

Geben Sie das Prinzip von Le Chatelier an.

Erläutern Sie unter Anwendung dieses Prinzips die Auswirkungen einer Erhöhung der Konzentration an gelöstem Kohlenstoffdioxid im Meerwasser auf die genannten Meeresorganismen (M 4).

Kohlenstoffdioxid und die „Versauerung“ der Meere

In den letzten Jahrzehnten wurde von den Meeren vermehrt Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre aufgenommen. Dadurch sinkt der pH-Wert des Meerwassers. Diesen Prozess bezeichnet man als „Ozeanversauerung“. Für Organismen, die ihre Schalen und Skelette aus Kalk aufbauen, wie z. B. Muscheln, Schnecken oder Korallen, stellt diese „Ozeanversauerung“ eine Gefährdung dar.

Material 5: Ein Experiment zur Bestimmung des Calciumcarbonat-Gehalts einer Muschelschale

Muschelschalen bestehen überwiegend aus Calciumcarbonat ($\text{CaCO}_3$), das mit einer organischen Substanz verkittet ist.

In einem einfachen Schulexperiment soll der Gehalt an Calciumcarbonat in Muscheln aus der Nordsee bestimmt werden. Dazu wird folgender Versuch durchgeführt:

Die Schalen einiger Muscheln werden fein zermahlen und anschließend werden $2{,}5\text{ g}$ des Muschelschalenpulvers abgewogen.

Nach Zugabe von $48{,}0\text{ mL}$ Salzsäure der Konzentration $c = 1{,}0\,\frac{\text{mol}}{\text{L}}$ hat das enthaltene Calciumcarbonat vollständig reagiert, da keine Gasentwicklung von freiwerdendem Kohlenstoffdioxid mehr zu beobachten ist.

Die Reaktion läuft gemäß folgender Reaktionsgleichung ab:

$$\text{CaCO}_3 + 2\,\text{H}_3\text{O}^+ \rightarrow 3\,\text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 + \text{Ca}^{2+}$$

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Berechnen Sie den prozentualen Massenanteil an Calciumcarbonat in den untersuchten Muschelschalen (M 5).

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