Neue Me­tho­de hilft glo­ba­len or­ga­ni­schen Koh­len­stoff­kreis­lauf verstehen

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Bei­trag zum Ver­ständ­nis des Kli­ma­wan­dels

Mit ei­ner neu­en Me­tho­de ha­ben For­schen­de aus den USA, Groß­bri­tan­ni­en und Bre­men (MARUM – Zen­trum für Ma­ri­ne Um­welt­wis­sen­schaf­ten) be­rech­net und am 04.01.2023 in Nature publiziert, mit wel­cher Ge­schwin­dig­keit or­ga­ni­scher Koh­len­stoff wäh­rend des Erd­zeit­al­ters Neo­gen in Mee­res­se­di­men­ten ge­bun­den wur­de. Sie ist ge­nau­er als der bis­lang üb­li­che Weg und kann da­her ei­nen wich­ti­gen Bei­trag zum Ver­ständ­nis des Kli­ma­wan­dels und zur Ein­däm­mung sei­ner Aus­wir­kun­gen leis­ten.

Meer – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Ozea­ne die­nen als Sen­ke für Koh­len­stoff. Das be­deu­tet, dass Koh­len­stoff aus der At­mo­sphä­re in den Ozea­nen ge­spei­chert wird. Da­bei wird je­doch un­ter­schie­den zwi­schen or­ga­ni­schem und an­or­ga­ni­schem Koh­len­stoff. Der in Mee­res­se­di­men­ten ge­bun­de­ne or­ga­ni­sche Koh­len­stoff ist gleich­zei­tig eine Sau­er­stoff­quel­le. Bis­lang war es üb­lich, die Mas­sen­bi­lanz zwi­schen an­or­ga­ni­schem und or­ga­ni­schem Koh­len­stoff zu er­mit­teln – al­ler­dings gilt die­se Me­tho­de als un­ge­nau. Ein Team aus den USA, Groß­bri­tan­ni­en und Deutsch­land hat nun ei­nen an­de­ren An­satz ent­wi­ckelt. Ihr Ziel war es, die Rate an Koh­len­stoff über ei­nen län­ge­ren Zeit­raum bes­ser be­stim­men zu kön­nen.

Dazu ha­ben die For­schen­den Da­ten von Tief­see­boh­run­gen an 81 welt­wei­ten Stand­or­ten ge­nutzt, um die Ge­schich­te der Ver­gra­bung von or­ga­ni­schem Koh­len­stoff wäh­rend des Neo­gens (vor etwa 23 bis 3 Mil­lio­nen Jah­ren) zu er­mit­teln. Die­ser An­satz er­mög­licht es,  die Va­ria­bi­li­tät über solch ei­nen lan­gen Zeit­raum bes­ser be­stim­men zu kön­nen.

„Un­se­re Er­geb­nis­se stüt­zen die Ver­mu­tung, dass die Koh­len­stoff­ra­ten im frü­hen Mio­zän und Plio­zän hoch und im mitt­le­ren Mio­zän nied­rig wa­ren“, er­klärt Er­st­au­to­rin Dr. Ziye Li vom MARUM – Zen­trum für Ma­ri­ne Um­welt­wis­sen­schaf­ten der Uni­ver­si­tät Bre­men. „Wir ha­ben die Mas­sen­ak­ku­mu­la­ti­ons­ra­te des or­ga­ni­schen Koh­len­stoffs di­rekt aus dem or­ga­ni­schen Koh­len­stoff­ge­halt der Mee­res­se­di­men­te be­rech­net. Mög­lich ist dies dank der stan­dar­di­sier­ten Mes­sun­gen, kom­bi­niert mit gut ab­ge­si­cher­ten Al­ter­s­mo­del­len von Bohr­stand­or­ten aus dem in­ter­na­tio­na­len Bohr­pro­gramm IODP und sei­nen Vor­gän­gern DSDP und ODP. Tra­di­tio­nell ba­sie­ren die Schät­zun­gen auf der Iso­to­pen­zu­sam­men­set­zung des Koh­len­stoffs, was un­ter an­de­rem eine Rei­he von An­nah­men über die Koh­len­stoff­quel­len und die wich­tigs­ten Flüs­se in­ner­halb des Koh­len­stoff­kreis­laufs er­for­dert“, sagt Li, die am MARUM in der Ar­beits­grup­pe Klimavariabilität der niedrigen Breiten ar­bei­tet.

„Un­se­re neu­en Er­geb­nis­se sind ganz an­ders – sie sind das Ge­gen­teil von dem, was die Iso­to­pen­be­rech­nun­gen ver­mu­ten las­sen“, sagt Mit­au­tor Ben­ja­min Mills von der Uni­ver­si­tät Leeds, ein Ex­per­te für die gän­gi­gen Iso­to­pen­me­tho­den. „Ich war wirk­lich über­rascht, wie falsch un­se­re bis­he­ri­gen Vor­stel­lun­gen sein könn­ten.“

Li und ihre Kol­leg:in­nen ge­hen da­von aus, dass die Koh­len­stoff-Bin­dung oder eher des­sen Aus­blei­ben zu­sam­men­hängt mit dem tem­pe­ra­tur­ab­hän­gi­gen bak­te­ri­el­len Ab­bau von or­ga­ni­schem Ma­te­ri­al wäh­rend der Warm­zeit im mitt­le­ren Mio­zän. So wür­de er­war­tet, dass die­ser Rück­kopp­lungs­me­cha­nis­mus auch wäh­rend an­de­rer Er­wär­mungs­in­ter­val­le in der Erd­ge­schich­te so­wie bei ei­ner künf­ti­gen Er­wär­mung des glo­ba­len Oze­ans zum Tra­gen kom­men könn­te. „Je wär­mer die Ozea­ne wer­den, des­to schwie­ri­ger ist es, or­ga­ni­schen Koh­len­stoff in ma­ri­nen Se­di­men­ten zu bin­den – die nied­rigs­ten Ra­ten der Koh­len­stoff­bin­dung tra­ten auf, als der Pla­net warm war“, sagt Co-Au­tor Yige Zhang von der Te­xas A&M Uni­ver­si­ty.

Die For­schungs­er­geb­nis­se des Teams le­gen nahe, dass die­ser at­mungs­ähn­li­che Pro­zess die Bin­dung von or­ga­ni­schem Koh­len­stoff dar­an hin­dert, die Koh­len­stoff­di­oxid-Emis­sio­nen in die At­mo­sphä­re zu ver­rin­gern. Wenn Bak­te­ri­en den or­ga­ni­schen Koh­len­stoff ver­ar­bei­ten, wird er in sei­ne ur­sprüng­li­che Form als CO2 zu­rück­ge­führt. Er­st­au­to­rin Ziye Li be­zeich­net die Ar­beit des Teams als den Be­ginn ei­ner po­ten­zi­ell be­deut­sa­men neu­en Me­tho­de zur Da­ten­ana­ly­se, die zum Ver­ständ­nis des Kli­ma­wan­dels und zur Ein­däm­mung sei­ner Aus­wir­kun­gen bei­tra­gen kann.

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