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Im Meeresboden wird herabsinkendes Plankton zersetzt und für Tausende von Jahren gebunden – und mit ihm auch Kohlendioxid.

Klimawandel

Kostbarer Meeresschnee

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Für den Klimaschutz spielen die Ozeane eine wichtige Rolle: Sie nehmen große Mengen CO2 auf. Doch diese Kohlenstoff-Pumpe droht schwächer zu werden.

Die Weltmeere sind die aktivsten Helfer der Menschen im Kampf gegen die Klimakrise. Kontinuierlich entfernen sie große Mengen Kohlendioxid aus der Luft, lassen so die Konzentration des Gases in der Atmosphäre langsamer steigen und dämpfen damit den globalen Temperaturanstieg. Klimaforscher sehen allerdings Anzeichen dafür, dass diese wichtige Funktion mit weiterer Erwärmung erlahmen könnte. Denkbar ist sogar, dass sie ganz zum Erliegen kommt. Die Folge: Der Klimawandel würde zusätzlich verstärkt.

Der Ozean ist die größte Kohlenstoff-Senke der Erde. Dort ist mehr als 50 Mal so viel CO2 gespeichert wie in der gesamten Atmosphäre und 20 Mal mehr als in der Biosphäre, also in Pflanzen und Böden. Zwischen Luft und Ozean findet ständig ein Kohlenstoff-Austausch statt, jährlich werden mehr als 90 Milliarden Tonnen umgewälzt – und zwar in beide Richtungen. Dabei ist dieser Austausch, der vor allem in der Ozean-Deckschicht in bis zu 100 Metern Tiefe stattfindet, regional sehr unterschiedlich. So gibt es Zonen mit warmem und aufsteigendem Wasser, in denen das Meer von Natur aus eine Quelle von Kohlenstoff ist, vor allem in den Tropen. Und andere Zonen, in denen kaltes und salzreiches Wasser absinkt, dort ist das Meer eine Senke. Hier geht es vor allem um die Ozeane in den höheren Breiten, etwa den Nordatlantik.

Doch der Mensch hat in dieses Gleichgewicht eingegriffen. Seitdem er die CO2-Konzentration in der Atmosphäre vor allem wegen des Verbrennens von Kohle, Erdöl und Erdgas sowie des Vernichtens von Wäldern erhöht, hat sich der Austausch verschoben. Pro Jahr werden heute rund 2,2 Milliarden Tonnen Kohlenstoff mehr vom Ozean aufgenommen als abgegeben. Seit Beginn der Industrialisierung um 1800 ist so nach Angaben des Geomar Helmholtz-Zentrums für Meeresforschung in Kiel rund ein Viertel des zusätzlich in die Atmosphäre emittierten CO2 in den Ozeanen eingelagert worden. Ohne dieses Phänomen wäre die globale Erwärmung, die derzeit rund 1,1 Grad gegenüber vorindustrieller Zeit beträgt, deutlich stärker.

Die Frage, wie viel menschengemachtes Kohlendioxid der Ozean aufnimmt und ob beziehungsweise wie sich das verändert, ist eine der wichtigsten Fragen, um verlässliche Klimaprognosen erstellen zu können. Die Wissenschaftler unterscheiden dabei zwei Wege, auf denen CO2 ins Meer gelangt: die physikalische Kohlenstoffpumpe und die biologische Kohlenstoffpumpe. Beide laufen Gefahr, wegen des Klimawandels geschwächt zu werden. Von Pumpe wird gesprochen, weil die Menge an Kohlenstoff mit der Wassertiefe zunimmt und der Transport – eben wie bei einer Pumpe – gegen dieses Gefälle erfolgen muss.

Infobox: Klima-Kippelemente

Die Serie: Das Klima kann sichabrupt ändern. Wenn bestimmte Kipppunkte überschritten werden – wenn etwa der Amazonas-Regenwald austrocknet oder die Permafrostböden tauen –, kann es zu Kettenreaktionen kommen. Die Erderwärmung könnte sich dann unkontrollierbar verstärken. Doch noch können wir bei den meisten Kippelementen verhindern, dass sie ausgelöst werden. Wie – das stellt die FR in dieser Serie vor. Mehr Informationen zur Serie finden Sie auf: fr.de/kipppunkte

Mehrere Faktoren können die physikalische Pumpe schwächen: die Erwärmung des Meerwassers von oben, wodurch die Schichtung der Wasserschichten stabiler wird; das Abschwächen der natürlichen Umwälzbewegung in den Ozeanen, also etwa des Golfstroms, sowie die zunehmende Ozeanversauerung, die dazu führt, dass das CO2 im Wasser schlechter löslich ist. Bislang allerdings funktioniert diese Pumpe unverändert, wie eine Studie eines internationalen Forscherteams unter Leitung von Experten der ETH Zürich aus dem vergangenen Jahr zeigte.

In der Untersuchung gelang es, die Aufnahmeleistung des Meeres für einen Zeitraum von 13 Jahren genau zu bestimmen – die Periode zwischen 1994 und 2007. Es zeigte sich, dass der Ozean netto 26 Prozent des vom Menschen verursachten CO2 aufnahm: prozentual genauso viel wie in den 200 Jahren zuvor, mengenmäßig jedoch viel mehr als früher. Denn je höher der Gehalt von CO2 in der Luft ist, desto stärker wird es vom Meer absorbiert – bis dieses irgendwann gesättigt ist.

Allerdings gab es große Unterschiede zwischen verschiedenen Meeresgebieten. So nahm der Nordatlantik in den 13 Jahren rund 20 Prozent CO2 weniger auf, als er eigentlich sollte. Das habe wahrscheinlich am Schwächeln der nordatlantischen Umwälzpumpe – also des Golfstroms und seiner Verlängerung, des Nordatlantikstroms – Ende der 1990er Jahre gelegen, erläutert ETH-Professor Nicolas Gruber. Ausgeglichen wurde das allerdings durch eine höhere CO2-Aufnahme im Südatlantik – unter dem Strich also ein Nullsummenspiel.

Die biologische Kohlenstoffpumpe funktioniert so: Organismen im Meer wie Kieselalgen, Grünalgen oder Cyanobakterien – das sogenannte Phytoplankton – nehmen CO2 aus den oberen Wasserschichten auf und wandeln es mittels Fotosynthese in Biomasse um. Sterben sie, sinken sie in die Tiefsee ab und werden dort mineralisiert und so für Hunderte bis Tausende von Jahren gebunden. Wissenschaftler nennen die toten Organismen und Kotkügelchen, die von oben herabrieseln, Meeresschnee. Höhere Wassertemperaturen könnten diese Pumpe jedoch schwächen.

Einen Hinweis darauf erbrachte zum Beispiel eine britisch-deutsche Studie aus dem Jahr 2015, für die Daten aus verschiedenen Bereichen des Nordatlantiks ausgewertet wurden – vom subpolaren bis zum subtropischen Bereich. „Wir haben herausgefunden, dass bei steigender Temperatur die Re-Mineralisierung schneller vonstattengeht“, erläutert der Geomar-Wissenschaftler und Co-Autor der Studie Eric Achterberg. Dadurch werde die Eindringtiefe des organischen Materials und somit der Transfer von Kohlenstoff in den tiefen Ozean reduziert. „Das setzt letztendlich die CO2-Aufnahme des Ozeans herab.“ Die Abhängigkeit des biologischen Kohlendioxid-Puffers von der Temperatur sei auf jeden Fall kein gutes Zeichen, so Achterberg weiter. Wenn künftig weniger CO2 vom Ozean aufgenommen werde, verbleibe mehr davon in der Atmosphäre, und die Erwärmung gehe schneller.

Wie genau sich die biologische Pumpe in Zukunft verändern wird, ist allerdings noch unsicher. „Wir kennen eine Vielzahl von Mechanismen, die die biologische Pumpe verändern, beginnen aber gerade erst, deren Ineinanderwirken zu verstehen“, sagt Geomar-Professor Andreas Oschlies. Bisher habe man keinen Hinweis auf signifikante Änderungen der marinen Kohlenstoffaufnahme über den biologischen Weg. „Aber wir wissen, dass die atmosphärischen CO2-Konzentrationen ohne eine funktionierende marine Biologie etwa doppelt so hoch wären. Die marinen Ökosysteme zu schützen hat also auch eine direkte Klimarelevanz.“

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