Wie Ozeane Kohlendioxid aufnehmen

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Wie Ozeane Kohlendioxid aufnehmen

Das wichtigste Treibhausgas, abgesehen von Wasserdampf, ist Kohlendioxid (CO2). Sein Anteil in der Luft hat sich stets verändert, sei es auf Grund natürlicher Ursachen, sei es auf Grund des menschlichen Einwirkens. Viel von dem Kohlendioxid, das heute von uns Menschen produziert wird, bleibt nicht in der Atmosphäre, sondern wird in den Ozeanen oder auf dem Festland in Pflanzen und Boden gespeichert.



Der bei weitem größte Vorrat an Kohlenstoff auf der Erde liegt in den Sedimenten, sowohl an Land als auch in den Weltmeeren. Die weit verbreitetste Form ist Calciumcarbonat (CaCO3). Die zweitgrößte Lagerstätte stellen die Tiefenwasser der Ozeane dar, in denen Kohlenstoff vor allem als gelöstes Carbonat (CO32-) und Hydrogencarbonat (HCO3-) vorliegt. Wir nehmen an, dass etwa ein Drittel dessen, was der Mensch durch die Ausbeute fossiler Brennstoffe (Öl, Kohle, Gas, ..) an Kohlendioxid in die Atmosphäre entlässt, in den Ozeanen gespeichert wird. Dort tritt es in physikalische wie biologische Prozesse ein.

Physikalische Prozesse

Kohlendioxid löst sich leichter in kaltem Wasser, als in warmem Wasser. Zudem löst es sich in Seewasser leichter, als in reinem Wasser, da das Seewasser von Natur aus Carbonationen enthält.

Gleichung

Die Reaktion von Kohlendioxid mit Carbonat führt zur Bildung von Hydrogencarbonat. Auf Grund dieser Reaktion liegen nur 0,5% des anorganischen Kohlenstoffes im Seewasser als gasförmiges Kohlendioxid vor. Die hierdurch niedrig gehaltene Konzentration erlaubt weiterem Kohlendioxid aus der Luft, sich im Seewasser zu lösen. (Chemiker sprechen von dem Prinzip von Le Chatelier, bei dem ein Partner dem Gleichgewicht entzogen wird.) Verbliebe Wasser an der Oberfläche der Ozeane und heizte sich auf, während es um den Erdball fließt, so würde das Kohlendioxid wieder relativ rasch in die Atmosphäre entweichen. Sinkt es aber in die Tiefen des Ozeans, so kann das Kohlendioxid für mehr als 1000 Jahre gespeichert werden, bevor es an die Oberfläche zurückkehrt.

Kaltes Wasser sinkt in die Tiefe in den hohen Breitengraden der Ozeane, in den antarktischen Gebieten der südlichen Ozeane und in der Nordischen See und der Labradorsee im Nordatlantik. Diese Regionen sind daher die wichtigsten Regionen, in denen Kohlendioxid auf physikalischem Weg der Luft entzogen und in den Ozeantiefen gelagert wird.

Biologische Prozesse

Nicht nur durch physikalischen Transport, auch durch die Photosynthese von Phytoplankton wird Kohlendioxid aufgenommen und in pflanzliches Material überführt. Die Pflanzen des Festlandes und das Phytoplankton der Meere nehmen in etwa die gleiche Menge an Kohlendioxid auf. Marines Phytoplankton wächst jedoch wesentlich schneller als Landpflanzen. Der Hauptteil des so aufgenommenen CO2 geht wieder zurück in die Atmosphäre, sobald das Phytoplankton abstirbt oder gefressen wird. Ein gewisser Anteil jedoch geht in Form absinkender Partikel an die tiefe See verloren. Das Absinken solchen Pflanzenmaterials wird als biologische Pumpe bezeichnet, weil es dazu beiträgt, Kohlendioxid von der Atmosphäre in den tiefen Ozean zu 'pumpen'. Vor allem in den höheren Breiten findet dieser Prozess verstärkt statt, weil das dort lebende Phytoplankton groß genug ist, aus dem Oberflächenwasser heraus in die Tiefe zu sinken, wenn die Pflanze stirbt.

Funktion der biologischen Pumpe

1. Biologische Pumpe Phytoplankton
Die Darstellung gibt vereinfacht wieder, wie die biologische Pumpe funkioniert. Phytoplankton nimmt während der Photosynthese Kohlendioxid auf. Bakterien fressen das Phytoplankton und geben auf diesem Wege das Kohlendioxid und Nährstoffe an das Wasser zurück. Dieser Vorgang wird als 'Remineralisation' bezeichnet und wird in Einheit 2 der Basis-Texte behandelt. Remineralisation erfolgt vor allem im Oberflächenwasser. Das freigesetzte CO2 wird entweder erneut zur Photosynthese verwendet oder der Atmosphäre zurückgegeben. Stirbt das Phytoplankton und sinkt auf den Grund der Ozeane, so wird das durch Remineralisation freigesetzte Kohlendioxid für Jahrhunderte in der Tiefsee gespeichert und mildert die Auswirkungen der Erderwärmung.
Bild: Elmar Uherek

Computermodelle geben Anlass zu der Vermutung, dass ein menschlicher Eingriff die Arten von Phytoplankton in den Ozeanen ändern könnte. In dieser Weise könnten wir mitbestimmen, wie viel Kohlenstoff im tiefen Ozean gespeichert wird. Manche Phytoplanktonarten z.B. produzieren Skelette von Calciumcarbonat, vor allem die verbreitete Spezies Emiliania Huxleyi. Durch den Bau dieser Skelette wird Kohlendioxid freigesetzt und die Gesamtaufnahme aus der Atmosphäre in das Ozeanwasser vermindert.

Phytoplankton Emiliana Huxleyi

2. Elektronenmikroskopische Aufnahme des Phytoplankton Emiliana Huxleyi mit Skelett aus Calciumcarbonat.
Bildquelle: NOAA

Gleichung

Wir kennen bislang noch nicht alle Gründe, warum bestimmte Phytoplanktonarten in bestimmten Teilen der Ozeane verbreitet sind. Dies bedeutet, dass wir nicht vorhersagen können, ob zukünftige Eingriffe des Menschen möglicherweise die Menge an Calciumcarbonat erzeugendem Phytoplankton reduzieren können und, sollte dies geschehen, welche Einflüsse auf unser Klima hieraus resultieren.

About this page:

author: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
1. sci reviewer: Dr. Marie Jose Messias - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
2. sci. reviewer: Dr. Holger Brix - Institute of Geophysics and Planetary Physics, University of California, Los Angeles - USA.
Letzte Überarbeitung: Elmar Uherek - Max-Planck-Institut für Chemie Mainz, 2007-09-09

Last modified: Friday, 9 November 2018, 11:41 AM