Marine Senke f¨¹r menschgemachtes CO₂ bestimmt

Nicht alles Kohlendioxid (CO₂), das beim Verbrennen von fossilen Energietr?gern in die Luft gelangt, verbleibt in der Atmosph?re und tr?gt zur Erderw?rmung bei. Die Weltmeere sowie die ?kosysteme auf dem Land nehmen n?mlich beachtliche Mengen der menschgemachten CO?-Emissionen aus der Atmosph?re auf.

Meere nehmen CO₂ in zwei Schritten auf: Zuerst l?st sich das CO₂ im Oberfl?chenwasser. Dann wird es von marinen Umw?lzpumpen verteilt. Meeresstr?mungen und Mischungsprozesse verfrachten das gel?ste CO₂ von der Oberfl?che bis tief in die Ozeanbecken, wo es sich ¨¹ber die Zeit anreichert.

Kohlenstoffspeicher im Ozean

Die marinen Umw?lzpumpen sind die treibende Kraft hinter der sogenannten Kohlenstoffsenke im Ozean. Diese Senke ist wiederum f¨¹r den atmosph?rischen CO₂-Haushalt bedeutend: Ohne sie w?re die CO₂-Konzentration in der Atmosph?re deutlich h?her und der menschgemachte Klimawandel entsprechend st?rker.

Die Frage, wie viel des menschgemachten CO₂ der Ozean genau aufnimmt, ist f¨¹r die Klimaforschung zentral. Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter Leitung von Nicolas Gruber, Professor f¨¹r Umweltphysik der ETH Z¨¹rich, ist es nun gelungen, die Senkenleistung des Ozeans in einem Zeitraum von dreizehn Jahren pr?zise zu bestimmen. Wie die Forschenden in der aktuellen Ausgabe von Science berichten, nahmen die Weltmeere zwischen 1994 und 2007 insgesamt etwa 34 Giga-Tonnen (Milliarden Tonnen) menschgemachten Kohlenstoff aus der Atmosph?re auf. Das entspricht rund 31 Prozent der gesamten menschgemachten CO₂-Emissionen in diesem Zeitraum.

Marine Senkenleistung intakt

Der prozentuale Anteil der CO₂-Aufnahme unterscheidet sich dabei nicht von den vorherigen rund 200 Jahren seit der Industrialisierung, wohl aber die absolute Menge: Denn solange die atmosph?rische Konzentration von CO₂ ansteigt, entwickelt sich die Senkenleistung der Meere ungef?hr proportional dazu ¨C je h?her also der CO₂-Gehalt in der Luft, desto mehr wird es vom Meer absorbiert ¨C bis dieses irgendwann ges?ttigt ist.

Dies scheint aber noch nicht der Fall zu sein: ?Der globale Ozean hat im untersuchten Zeitraum weiterhin menschgemachtes CO₂ aufgenommen, und zwar mit einer Rate, wie sie aufgrund des Anstiegs des atmosph?rischen CO₂ zu erwarten ist?, erkl?rt Gruber.

?berhaupt best?tigen die neuen datengest¨¹tzten Befunde verschiedene fr¨¹here Sch?tzungen der marinen Senkenleistung anhand von Modellen. ?Das ist eine wichtige Erkenntnis, die uns nun Gewissheit gibt, dass die unterschiedlichen Ans?tze stimmen?, sagt Gruber. Die Resultate erlaubten zudem R¨¹ckschl¨¹sse auf die CO₂-Senkenleistung der Land-?kosysteme, die generell schwieriger zu erfassen sei.

Regional unterschiedliche Aufnahmerate

W?hrend die Resultate insgesamt auf eine anhaltend starke Speicherfunktion der Meere im globalen Kohlenstoffhaushalt hindeuten, stellten die Forschenden erhebliche Unterschiede in der Speicherrate verschiedener Meeresregionen fest.

So hat der Nordatlantik zwischen 1994 und 2007 rund 20 Prozent weniger CO₂ aufgenommen als er eigentlich sollte. ?Das liegt wahrscheinlich an der schw?chelnden nordatlantischen Umw?lzpumpe Ende der 90er Jahre, die ihrerseits durch Klimaschwankungen verursacht wurde?, erkl?rt Gruber. Die niedrigere Senkenleistung im Nordatlantik ging derweil mit einer deutlich h?heren Aufnahme im S¨¹datlantik einher, so dass sich die gesamtatlantische Zunahme von menschgemachten CO₂ insgesamt wie erwartet entwickelte.

?hnliche Schwankungen dokumentierten die Forschenden auch im S¨¹dpolarmeer, im Pazifik und im Indischen Ozean. ?Die Ozeansenke reagiert somit keineswegs nur auf die Zunahme des atmosph?rischen CO₂ ¨C die Sensitivit?t bez¨¹glich klimatischen Schwankungen zeigt uns, dass hier auch gr?ssere R¨¹ckkoppelungen mit dem Klimasystem m?glich sind?, betont Gruber.

Bilanz dank zwei Bestandsaufnahmen

Voraussetzung f¨¹r diese Forschungsarbeit waren aufw?ndige Messungen der CO₂-Konzentration und anderer chemischer und physikalischer Gr?ssen in den verschiedenen Meeren von der Oberfl?che bis zum Meeresboden in teils bis zu 6 km Tiefe. In diesem international koordinierten Programm beteiligten sich ab 2003 Wissenschaftler von sieben Nationen w?hrend mehr als eines Jahrzehnts. Insgesamt t?tigten sie ¨¹ber 50 Forschungsfahrten durch die Weltmeere.

F¨¹r die Analyse der Daten verwendeten die Forschenden eine statistische Methode, die Gruber und sein ehemaliger Doktorand Dominic Clement eigens entwickelt hatten: Sie erlaubt es, in der Gesamtkonzentration an gel?stem CO₂ den gesuchten menschgemachten Anteil vom nat¨¹rlichen CO₂ zu unterscheiden. Als nat¨¹rliches CO₂ wird der Kohlenstoffanteil bezeichnet, der im Ozeansystem schon zu vorindustriellen Zeiten existierte.

Bereits um die Jahrtausendwende war Gruber an einer ?hnlichen Studie beteiligt, welche anhand fr¨¹herer CO₂-Messungen in den Meeren deren Aufnahme von menschgemachtem CO₂ seit Beginn der Industrialisierung um 1800 bis 1994 absch?tzte ¨C auf 118 Giga-Tonnen Kohlenstoff. Diese Analyse bis 1994 hat das aktuelle Forscherteam um Gruber nun bis zum Jahr 2007 erweitert. Die beiden Bestandsaufnahmen von 1994 und 2007 machten es erstmals m?glich, die Zunahme der ozeanischen Konzentration von menschgemachtem CO₂ in dieser Periode zu bestimmen und die Senkenleistung zu ¨¹berpr¨¹fen.

Steigender CO₂-Gehalt versauert Meereshabitate

Die ozeanische Kohlenstoffsenke leistet f¨¹r die Menschheit einen wertvollen Dienst ¨C doch auch der hat seinen Preis: Das im Meer gel?ste CO₂ macht das Wasser saurer. ?Unsere Daten zeigen, dass die Versauerung teils bis ¨¹ber 3000 Meter tief ins Innere der Weltmeere reicht?, bedenkt Gruber.

Das kann schwere Folgen f¨¹r viele Meereslebewesen haben: Einerseits l?st sich Kalk im anges?uerten Milieu spontan auf, was etwa Muscheln oder Korallen gef?hrdet, die Schalen oder Skelette aus Kalziumkarbonat bilden. Andererseits kann die ver?nderte Ozeanchemie physiologische Prozesse wie die Atmung von Fischen beeintr?chtigen. ?Nicht zuletzt um solche Vorg?nge zu verstehen, ist eine genaue Dokumentation des menschlichen Einflusses in den Meeren so wichtig?, ist Gruber ¨¹berzeugt.