Die Ozeane als größter CO2-Speicher der Erde

Die Weltmeere spielen eine fundamentale Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf und sind von entscheidender Bedeutung für die Regulierung des Erdklimas. Als größtes Kohlenstoffreservoir unseres Planeten speichern die Ozeane etwa 50-mal mehr Kohlenstoff als die Atmosphäre und etwa 20-mal mehr als die terrestrische Biosphäre und Böden zusammen. Diese immense Speicherkapazität macht die Ozeane zu einem Schlüsselfaktor im Kampf gegen den Klimawandel.

Der marine Kohlenstoffkreislauf

Der marine Kohlenstoffkreislauf ist ein komplexes System aus physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen. Grundsätzlich lassen sich zwei hauptsächliche Mechanismen unterscheiden, durch die CO2 aus der Atmosphäre in die Ozeane gelangt: die physikalisch-chemische Pumpe und die biologische Pumpe.

Die physikalisch-chemische Pumpe

Die physikalisch-chemische Pumpe, auch Löslichkeitspumpe genannt, basiert auf der unterschiedlichen Löslichkeit von CO2 in Meerwasser bei verschiedenen Temperaturen. Wenn CO2 aus der Atmosphäre in Kontakt mit der Meeresoberfläche kommt, löst es sich im Wasser und reagiert mit den Wassermolekülen. Dabei entstehen Kohlensäure (H2CO3), Hydrogencarbonat (HCO3-) und Carbonat (CO32-). Diese chemischen Verbindungen ermöglichen es dem Ozean, erheblich mehr Kohlenstoff zu speichern als es durch simple physikalische Lösung möglich wäre.

In den kalten Polarregionen kann das Meerwasser besonders viel CO2 aufnehmen, da die Löslichkeit von Gasen mit sinkender Temperatur zunimmt. Wenn dieses CO2-reiche Oberflächenwasser durch thermohaline Zirkulation in die Tiefe sinkt, wird der Kohlenstoff effektiv vom Austausch mit der Atmosphäre isoliert.

Die biologische Pumpe

Die biologische Pumpe bezeichnet den durch marine Organismen vermittelten Transport von Kohlenstoff in die Tiefsee. Phytoplankton an der Meeresoberfläche bindet durch Photosynthese CO2 aus dem Wasser und wandelt es in organische Substanz um. Wenn diese Organismen absterben oder von anderen Meereslebewesen gefressen und ausgeschieden werden, sinken die kohlenstoffhaltigen Überreste in tiefere Wasserschichten.

Ein Teil des organischen Materials wird bereits während des Absinkens durch bakterielle Zersetzung wieder in CO2 umgewandelt, aber ein signifikanter Anteil erreicht den Meeresboden und wird dort als Sediment abgelagert. Dieser Prozess entzieht der Atmosphäre langfristig Kohlenstoff und ist damit ein wichtiger Mechanismus der natürlichen Kohlenstoffsenke.

Aktuelle Forschungsergebnisse zur Ozeanversauerung

Die zunehmende CO2-Konzentration in der Atmosphäre führt zu einer verstärkten Aufnahme von CO2 durch die Ozeane. Dies hat weitreichende Konsequenzen für die marine Chemie und Ökologie. Wenn sich CO2 im Meerwasser löst, bildet sich Kohlensäure, wodurch der pH-Wert des Wassers sinkt – ein Prozess, der als Ozeanversauerung bekannt ist.

Aktuelle Studien zeigen, dass der durchschnittliche pH-Wert der Ozeane seit Beginn der industriellen Revolution um etwa 0,1 Einheiten gesunken ist, was einer Zunahme der Wasserstoffionenkonzentration um etwa 30% entspricht. Diese Veränderung mag gering erscheinen, hat aber bereits messbare Auswirkungen auf marine Ökosysteme.

Auswirkungen auf marine Organismen

Besonders betroffen von der Ozeanversauerung sind kalzifizierende Organismen wie Korallen, Muscheln und bestimmte Planktonarten, die Calciumcarbonat (CaCO3) für ihre Schalen und Skelette benötigen. Die erhöhte Säurekonzentration erschwert die Bildung von CaCO3 und kann sogar zur Auflösung bereits bestehender Kalkstrukturen führen.

Laborstudien und Feldforschungen haben gezeigt, dass:

• Die Wachstumsraten von Korallen um bis zu 40% reduziert sein können
• Pteropoden (Flügelschnecken) in versauerten Gewässern Schwierigkeiten haben, ihre Schalen zu bilden
• Larven von Muscheln und anderen Schalentieren besonders anfällig für niedrige pH-Werte sind

Bedeutung für den Klimawandel

Die Ozeane haben seit Beginn der industriellen Revolution etwa ein Drittel des anthropogenen CO2-Ausstoßes aufgenommen und damit die Erwärmung der Atmosphäre deutlich gebremst. Allerdings gibt es Anzeichen dafür, dass die Aufnahmekapazität der Ozeane an ihre Grenzen stößt.

Sättigungseffekte und Rückkopplungen

Mit steigender CO2-Konzentration in der Atmosphäre und zunehmender Erwärmung der Ozeane verringert sich deren Fähigkeit, weiteres CO2 aufzunehmen. Wärmeres Wasser kann weniger Gas lösen, und die chemischen Puffersysteme des Meerwassers werden zunehmend gesättigt. Dies könnte zu einer beschleunigten Akkumulation von CO2 in der Atmosphäre führen.

Zusätzlich können Veränderungen in der marinen Biosphäre die biologische Pumpe beeinträchtigen. Eine reduzierte Primärproduktion durch das Phytoplankton oder eine verstärkte bakterielle Zersetzung organischen Materials aufgrund höherer Wassertemperaturen könnten die Effizienz der biologischen CO2-Speicherung vermindern.

Forschungsansätze und Zukunftsperspektiven

Die wissenschaftliche Gemeinschaft arbeitet intensiv an der Verbesserung unseres Verständnisses der ozeanischen CO2-Speicherung und der Entwicklung von Strategien zum Schutz dieser wichtigen Ökosystemfunktion.

Monitoring und Modellierung

Moderne Forschungsansätze kombinieren:

• Satellitengestützte Fernerkundung zur Beobachtung von Oberflächenprozessen
• Autonome Messsysteme wie Argo-Bojen für Tiefenprofile
• Biogeochemische Sensornetzwerke zur kontinuierlichen Überwachung
• Hochauflösende Computermodelle zur Simulation zukünftiger Entwicklungen

Diese integrierten Ansätze ermöglichen ein besseres Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen im Ozean.

Handlungsoptionen und Empfehlungen

Um die CO2-Speicherfunktion der Ozeane zu erhalten und zu schützen, sind verschiedene Maßnahmen erforderlich:

1. Reduktion der globalen CO2-Emissionen zur Verlangsamung der Ozeanversauerung
2. Schutz mariner Ökosysteme vor zusätzlichen Stressfaktoren wie Überfischung und Verschmutzung
3. Etablierung und Ausweitung mariner Schutzgebiete
4. Verstärkte internationale Zusammenarbeit in der Meeresforschung und im Meeresschutz

Ausblick

Die Ozeane sind von fundamentaler Bedeutung für das globale Klimasystem und den Kohlenstoffkreislauf. Ihre Fähigkeit, CO2 zu speichern, hat bisher die Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels deutlich abgemildert. Allerdings zeigen sich zunehmend die Grenzen dieser natürlichen Pufferkapazität.

Die Forschung der letzten Jahrzehnte hat unser Verständnis der komplexen ozeanischen Prozesse erheblich erweitert, aber viele Fragen bleiben offen. Insbesondere die langfristigen Auswirkungen der Ozeanversauerung und die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Umweltveränderungen bedürfen weiterer Untersuchungen.

Es ist von entscheidender Bedeutung, die marine CO2-Speicherung durch geeignete Schutzmaßnahmen zu erhalten und zu unterstützen. Nur durch ein tiefgreifendes Verständnis der ozeanischen Prozesse und deren Berücksichtigung in klimapolitischen Entscheidungen kann eine nachhaltige Zukunft gestaltet werden.