Das Erdklima verbirgt Regulationsmechanismen, die für Überraschungen sorgen könnten. Forscher haben gerade einen wenig bekannten Prozess im Kohlenstoffkreislauf entdeckt, der eine globale Erwärmung in extreme Abkühlung verwandeln kann.
Die Verwitterung von Gesteinen stellt einen der wichtigsten natürlichen Klimaregulatoren dar. Wenn Regen auf silikatische Gesteine wie Granit fällt, löst er allmählich deren Oberfläche auf und bindet Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Dieses mit CO₂ und Mineralien angereicherte Wasser fließt dann in die Ozeane, wo der Kohlenstoff an der Bildung von Muschelschalen und Korallenriffen beteiligt ist. Diese Strukturen lagern den Kohlenstoff über Millionen von Jahren am Meeresboden ein und tragen so zur Abkühlung des Planeten bei.
Wissenschaftler der
UC Riverside haben ein entscheidendes fehlendes Element in dieser traditionellen Sichtweise identifiziert. Ihre Arbeit zeigt, dass eine signifikante Erwärmung das Verhalten der Ozeane verändert: Die Zunahme der Niederschläge bringt mehr Nährstoffe wie Phosphor mit sich, die das Planktonwachstum fördern. Diese Mikroorganismen absorbieren dann massiv CO₂ durch Photosynthese, und nach ihrem Tod sedimentieren ihre Überreste am Meeresboden und nehmen den Kohlenstoff mit sich.
Dieser Prozess löst eine sich selbst verstärkende Rückkopplungsschleife aus. Diese Vermehrung beschleunigt die Sauerstoffreduzierung und die Kohlenstoffablagerung, was einen kumulativen Effekt erzeugt, der das Klima in eine extreme Abkühlung kippen lassen kann.
Computermodelle zeigen, dass dieses System nicht nur sanft die Temperaturen stabilisiert, sondern dazu neigt, das Phänomen in die entgegengesetzte Richtung zu verstärken. Andy Ridgwell, Geologe und Mitautor der in
Science veröffentlichten Studie, vergleicht dieses Phänomen mit einem Thermostat, der zu effizient funktionieren würde und das Haus weit unter die gewünschte Temperatur abkühlt. Diese Überaktivität würde die extremen Vereisungen der geologischen Vergangenheit erklären, bei denen der Planet fast vollständig mit Eis bedeckt war.
Die derzeitige Situation unterscheidet sich jedoch von den alten Bedingungen. Die höhere Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre dämpft diese Rückkopplungsschleife teilweise, als ob der Thermostat besser im Verhältnis zum Klimaanlagensystem positioniert wäre. Obwohl eine zukünftige Abkühlung erwartet wird, wird sie wahrscheinlich weniger abrupt sein als während der vergangenen Eiszeiten. Die Forscher betonen, dass dieser natürliche Mechanismus uns nicht vor den unmittelbaren Folgen der aktuellen globalen Erwärmung schützen wird.
Computersimulation, die die Entwicklung des Erdklimas über eine Million Jahre nach einem plötzlichen Ausstoß von Kohlendioxid in die Atmosphäre zeigt.
Quelle: Andy Ridgwell/UCR Die Verwitterung silikatischer Gesteine
Dieser langsame, aber stetige geologische Prozess spielt eine grundlegende Rolle bei der Regulierung des Erdklimas über Jahrtausende hinweg. Silikatische Gesteine wie Granit oder Basalt reagieren chemisch mit leicht saurem Regenwasser, das zuvor atmosphärisches Kohlendioxid aufgenommen hat.
Diese Reaktion erzeugt Bicarbonat- und Silikationen, die von Flüssen in die Ozeane transportiert werden. Im marinen Milieu beteiligen sich diese Verbindungen an der Bildung von Calciumcarbonaten, die die Skelette von Meeresorganismen wie Korallen, Weichtieren und kalkbildendem Plankton bilden.
Die Effizienz dieses Prozesses hängt von mehreren Umweltfaktoren ab. Die Temperatur beeinflusst direkt die Geschwindigkeit der chemischen Reaktionen: Ein wärmeres Klima beschleunigt die Verwitterung, während die Vegetationsbedeckung und die biologische Aktivität des Bodens die Gesteine entweder schützen oder im Gegenteil deren Abbau durch die Produktion organischer Säuren fördern können.
Dieser natürliche Mechanismus hat es ermöglicht, über Millionen von Jahren relativ stabile Klimabedingungen aufrechtzuerhalten und den durch vulkanische Aktivität und andere natürliche CO₂-Quellen verursachten Treibhauseffekt teilweise auszugleichen.
Die biologische Pumpe der Ozeane
Die Ozeane stellen dank der kombinierten Wirkung von pflanzlichem Plankton und Meeresströmungen den wichtigsten aktiven Kohlenstoffspeicher unseres Planeten dar. Das Phytoplankton, das aus mikroskopisch kleinen Algen besteht, absorbiert das in Oberflächenwasser gelöste Kohlendioxid durch den Prozess der Photosynthese, ähnlich wie Landpflanzen.
Wenn diese Organismen sterben oder von Zooplankton verzehrt werden, sedimentiert ein Teil der produzierten organischen Materie in die Tiefen der Ozeane. Dieser "marine Schnee" transportiert den Kohlenstoff in die Tiefenschichten, wo er für Jahrhunderte oder sogar Jahrtausende von der Atmosphäre isoliert bleiben kann.
Die Effizienz dieser biologischen Pumpe hängt eng mit der Verfügbarkeit von Nährstoffen wie Stickstoff, Phosphor und Eisen zusammen. Diese essentiellen Elemente, die von Flüssen oder Tiefenwasseraufstiegen eingebracht werden, begrenzen oft das Phytoplanktonwachstum in weiten Meeresregionen.
Die aktuellen Klimaveränderungen stören dieses empfindliche System. Die Erwärmung der Oberflächengewässer verringert deren Vermischung mit nährstoffreichem Tiefenwasser, während die Versauerung der Ozeane die Fähigkeit bestimmter Organismen beeinträchtigt, ihre Kalkschalen zu bilden.
Quelle: Science