Treibhausgas aus Tiefenwasser

Was nun immer mehr zu einer Bedrohung für Mensch und Umwelt wird, hat die menschliche Zivilisation in der Vergan­genheit wahr­scheinlich erst möglich gemacht. Denn schon vor dem massiven Anstieg des atmo­sphärischen CO₂-Gehalts durch menschliche Emissionen, erhöhte sich die CO₂-Konzen­tration in der Atmosphäre leicht. Die Zunahme spielte möglicher­weise eine entscheidende Rolle bei der Stabi­lisierung des Klimas im Holozän und damit auch für die Entwicklung der menschlichen Zivi­lisation. Woher das Treib­hausgas kam, hat nun ein inter­nationales Team unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemie und der Univer­sität Princeton untersucht. Demnach könnte das CO₂ in die Atmosphäre gelangt sein, weil im Südpolar­meer mehr Tiefen­wasser aufstieg.

Die menschliche Zivi­lisation wäre ohne Hilfe des Klimas wahr­scheinlich nicht da, wo sie heute steht: Seit dem Ende der letzten Eiszeit vor circa 11.000 Jahren hat sie sich rasant entwickelt und ausgebreitet. Das dürfte nicht zuletzt deshalb möglich gewesen sein, weil dieses Zeitalter, auch Holozän genannt, einer der seltenen warmen Zeitab­schnitte der letzten Millionen Jahre war. Das Klima während des Holozän war unge­wöhnlich stabil – ohne die für andere Warmzeiten typische größere Abkühlung.

Im Gegensatz zu anderen Warm­zeiten, in denen die CO₂-Konzen­trationen stabil blieben oder gar abnahmen, stieg der CO₂-Gehalt der Atmo­sphäre im Holozän um etwa 20 parts per million (ppm) an – von 260 ppm im frühen auf 280 ppm im späten Holozän. Zum Vergleich: Seit Beginn der Industria­lisierung vor etwa 150 Jahren ist die CO₂-Konzen­tration in der Atmosphäre als Folge der Verbrennung fossiler Brennstoffe von 280 auf mehr als 400 ppm angestiegen. In diesem Zusammen­hang mag der Anstieg von 20 ppm im Holozän klein erscheinen. Wissen­schaftler glauben jedoch, dass er eine Schlüssel­rolle spielte, um eine Abkühlung zu verhindern und somit die Entwicklung komplexer mensch­licher Kulturen zu erleich­tern.

Wie ein Team von Wissen­schaftlern des Max-Planck-Instituts für Chemie und der Princeton University nun heraus­gefunden hat, könnte die CO₂-Konzen­tration in der Atmosphäre während des Holozän ange­stiegen sein, weil große Mengen nährstoff- und CO₂-reichen Wassers aus dem tiefen Ozean an die Oberfläche des Südpolar­meeres aufstiegen und das Treibhausgas in die Luft entwich. Zu diesem Ergebnis gelangten die Forscher, indem sie Fossilien­proben aus verschiedenen Regionen des Südpolar­meers unter­suchten.

Dabei analy­sierten sie das Verhältnis von Stickstoff­isotopen orga­nischer Spuren­stoffe in den Schalen von Kiesel­algen und Fora­miniferen sowie von Tiefsee­korallen. Aus diesen Daten rekon­struierten die Wissen­schaftler, wie sich die Nährstoff­konzentrationen in den Oberflächen­gewässern des Südpolar­meers während der letzten 10.000 Jahren entwickelten. „Die Methode, mit der wir die Fossilien analysiert haben, ist einzigartig und bietet eine neue Möglichkeit, vergangene Verän­derungen in den Ozeanen zu untersuchen“, sagt Anja Studer vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz.

Warum das CO₂-reiche Wasser seit der letzten Eiszeit an die Oberfläche trans­portiert wurde, ist noch unklar. Die Forscher vermuten jedoch, dass die wahr­scheinlichste Ursache eine Veränderung der westlichen Winde der südlichen Hemi­sphäre ist. Diese Bewegung der Luft und damit des Wassers hat sich auf die biolo­gische Pumpe des Ozeans ausgewirkt. Bei diesem Prozess wird der Atmo­sphäre Kohlen­dioxid entzogen und im tiefen Ozean gespeichert, weil Phyto­plankton das Treib­hausgas aufnimmt und nach seinem Tod von der Meeres­oberfläche absinkt. Aufgrund des erhöhten Auftriebs im Südpolar­meer wurde diese biologische Pumpe während des Holozän schwächer, wodurch mehr CO₂ aus dem tiefen Ozean in die Atmo­sphäre gelangte.

Die Studien­ergebnisse können bei Vorher­sagen helfen, wie sich der Tiefenwasser­aufstieg im Südpolar­meer künftig verändern wird. So ließe sich besser prognos­tizieren, wie sich der atmosphärische CO₂-Gehalt und damit das globale Klima entwickeln wird. Eine Möglichkeit wäre dabei besonders alarmierend. Der Klimawandel durch menschen­gemachte Treibhaus­gase könnte den Transport CO₂-reichen Wassers an die Meeres­oberfläche nämlich ankurbeln. Damit würde zusätz­liches Treib­hausgas in die Atmo­sphäre gelangen und die Erder­wärmung noch verstärken.

MPIC / JOL