Ein Kranzwasserschöpfer wird eingesetzt, um CO2 im Meerwasser zu bestimmen. Foto: Martin Visbeck/GEOMAR

Ein Kranzwasserschöpfer wird eingesetzt, um CO2 im Meerwasser zu bestimmen. Foto: Martin Visbeck/GEOMAR

Die Karte zeigt die Zunahme des menschgemachten CO2 (Säule bis 3000 Meter Tiefe) in den Weltmeeren zwischen 1994 und 2007. Gebiete mit einer hohen Zunahme sind gelb eingefärbt. (Grafik: aus Gruber et al., Science, 2019)

Die Karte zeigt die Zunahme des menschgemachten CO2 (Säule bis 3000 Meter Tiefe) in den Weltmeeren zwischen 1994 und 2007. Gebiete mit einer hohen Zunahme sind gelb eingefärbt. (Grafik: aus Gruber et al., Science, 2019)

Der Meereschemiker Dr. Toste Tanhua, Co-Autor der aktuellen Studie, während einer Expedition mit dem Forschungsschiff METEOR. Foto: Martin Visbeck/GEOMAR

Der Meereschemiker Dr. Toste Tanhua, Co-Autor der aktuellen Studie, während einer Expedition mit dem Forschungsschiff METEOR. Foto: Martin Visbeck/GEOMAR

15.03.2019

Der Ozean als Senke für menschgemachtes Kohlendioxid

Internationales Forschungsprojekt bestimmt die CO2-Aufnahme der Weltmeere zwischen 1994 und 2007

15.03.2019/Zürich, Kiel. Nicht alles Kohlendioxid (CO2), das beim Verbrennen von fossilen Energieträgern in die Luft gelangt, verbleibt in der Atmosphäre und trägt zur Erderwärmung bei. Der Ozean sowie die Ökosysteme auf dem Land nehmen beachtliche Mengen der menschgemachten CO2-Emissionen aus der Atmosphäre auf.
Bei den Meeren funktioniert diese CO2-Aufnahme in zwei Schritten: Zuerst löst sich das Kohlendioxid im Oberflächenwasser. Dann verfrachten Meeresströmungen und Mischungsprozesse das gelöste CO2 von der Oberfläche bis tief in die Ozeanbecken, wo es sich über die Zeit anreichert.

Diese marinen Umwälzpumpen sind die treibende Kraft hinter der sogenannten Kohlenstoffsenke im Ozean. Diese Senke ist wiederum für den atmosphärischen CO2-Haushalt bedeutend: Ohne sie wäre die CO2-Konzentration in der Atmosphäre deutlich höher und der menschgemachte Klimawandel entsprechend stärker.

Die Frage, wieviel des menschgemachten CO2 der Ozean genau aufnimmt, ist für die Klimaforschung daher zentral. Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung von Nicolas Gruber, Professor für Umweltphysik der ETH Zürich, und mit Beteiligung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel ist es nun gelungen, die Leistung des Ozeans als CO2-Senke über einen Zeitraum von dreizehn Jahren präzise zu bestimmen. Wie die Forschenden in der aktuellen Ausgabe der internationalen Fachzeitschrift Science berichten, nahmen die Weltmeere zwischen 1994 und 2007 insgesamt etwa 34 Giga-Tonnen (Milliarden Tonnen) von Menschen freigesetzten Kohlenstoff aus der Atmosphäre auf. Das entspricht rund 124 Gigatonnen Kohlendioxid und damit 31 Prozent der gesamten menschgemachten CO2-Emissionen in diesem Zeitraum.

Der prozentuale Anteil der CO2-Aufnahme unterscheidet sich dabei nicht von den vorherigen 200 Jahren seit der Industrialisierung, wohl aber die absolute Menge. So lange die atmosphärische Konzentration von CO2 ansteigt, entwickelt sich die Senkenleistung der Meere ungefähr proportional dazu. Je höher also der CO2-Gehalt in der Luft, desto mehr wird es vom Meer absorbiert – bis dieses irgendwann gesättigt 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 atmosphärischen CO2 zu erwarten ist“, erklärt Gruber.
Überhaupt bestätigen die neuen datengestützten Befunde verschiedene frühere Modellrechnungen. „Das ist eine wichtige Erkenntnis, die uns nun Gewissheit gibt, dass die unterschiedlichen Ansätze stimmen“, sagt Gruber.

Voraussetzung für diese Forschungsarbeit waren aufwändige Messungen der CO2-Konzentration und anderer chemischer und physikalischer Größen in den verschiedenen Meeren von der Oberfläche bis zum Meeresboden in teils bis zu sechs Kilometern Tiefe. In diesem international koordinierten Programm beteiligten sich ab 2003 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus sieben Nationen während mehr als eines Jahrzehnts.

Mehr als 50 Forschungsfahrten auf allen Weltmeeren trugen zu dem Datensatz bei. „Davon waren etwa 20 Expeditionen unter GEOMAR-Leitung. Hinzu kommen etliche Daten von autonomen Messgeräten und Langzeitobservatorien, die die Kieler Meeresforschung betreibt“, erklärt Dr. Toste Tanhua, Meereschemiker am GEOMAR und Co-Autor der Studie. Er ist außerdem Ko-Koordinator des internationalen Global Ocean Data Analysis Project Konsortiums. Dessen Daten-Produkt GLODAPv2 ist ebenfalls wichtiger Bestandteil der neuen Studie.

Die ozeanische Kohlenstoffsenke leistet für die Menschheit einen wertvollen Dienst: Sie bremst den Klimawandel. Doch das hat seinen Preis: Das im Meer gelöste CO2 macht das Wasser saurer. „Unsere Daten zeigen, dass die Versauerung teils bis über 3000 Meter tief ins Innere der Weltmeere reicht“, erklärt Gruber. Das kann schwere Folgen für viele Meereslebewesen haben. „Deshalb ist es wichtig, die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Meere genau zu kennen“, betont Toste Tanhua.

Originalarbeit:
Gruber, N.,  D. Clement, B. R. Carter, R. A. Feely, S. van Heuven, M. Hoppema, M. Ishii, R. M. Key, A. Kozyr, S. K. Lauvset, C. Lo Monaco, J. T. Mathis, A. Murata, A. Olsen, F. F. Perez, C. L. Sabine, T. Tanhua, and R. Wanninkhof (2019): The oceanic sink for anthropogenic CO2 from 1994 to 2007. Science, http://science.sciencemag.org/content/363/6432/1193