Vom Treibhaus zum Eishaus

Anhand von bio-geochemischen Modellrechnungen lässt sich zeigen, warum sich in der Vergangenheit parallel zur Entstehung des antarktischen Eises der globale Kohlenstoffkreislauf dramatisch veränderte.

Der Beginn der Vereisung der Antarktis vor 34 Millionen Jahren gilt als eine der größten klimatischen Veränderungen der Erdgeschichte. Dieses Ereignis ging einher mit tief greifenden langfristigen Veränderungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs; der Gehalt an Kohlendioxid in der Atmosphäre sank dramatisch. Wissenschaftler des GKSS-Forschungszentrums Geesthacht um Agostino Merico entdeckten nun gemeinsam mit Kollegen vom National Oceanography Centre in Southampton (UK) anhand von Modellrechnungen jetzt einen entsprechenden Zusammenhang:

Während der Bildung des antarktischen Eisschilds sank der Meeresspiegel, da große Mengen von Wasser im Eis gebunden wurden. Die Senkung des Meeresspiegels legte Gesteine des Kontinentalschelfs frei, die Kalziumcarbonat (Kalk) enthielten. Kalziumcarbonat ist Baumaterial vieler Meeresorganismen, wie etwa Korallen, Muscheln oder einiger Einzellern wie Coccolithophoren und Foraminiferen. Die Bildung von Kalk durch diese Organismen trägt zur Reduzierung des Treibhausgases Kohlendioxid im Meerwasser und in der Atmosphäre bei und spielt deshalb im Klimahaushalt sowie in der Chemie des Meeres eine tragende Rolle.

Erhebliche Mengen von Kalzium- und Karbonationen wurden über Regen- und Flusswasser aus den freigelegten Gesteinen ausgewaschen und reicherten sich im Meerwasser an. Diese Prozesse bewirkten, dass sich die so genannte Calcit-Kompensationstiefe (engl. Calcite Compensation Depth – CCD) in tiefere Wasserschichten verlagerte. Der Begriff „Calcit-Kompensationstiefe“ bezeichnet eine Wassertiefe, in der sich der Eintrag von Kalziumcarbonat und deren Auflösung im Gleichgewicht befindet.

Verschiebt sich die CCD in die Tiefe, wird Kohlenstoff verstärkt in Sedimenten am Meeresgrundes einlagert und der atmosphärische Anteil an Kohlendioxid nimmt ab. Zusätzlich wirkt dieser Prozess der Versauerung des Meeres entgegen.

Abb.: Wenn erhebliche Mengen von Kalzium- und Karbonationen über Regen- und Flusswasser sich im Meerwasser anreichern, verlagert sich die so genannte Calcit-Kompensationstiefe (engl. Calcite Compensation Depth – CCD) in tiefere Wasserschichten und beeinflusst so den Kohlenstoffkreislauf. (Grafik: Agostino Merico /GKSS-Forschungszentrum Geesthacht)

Aus den Arbeiten des Helmholtz-Forschers Agostino Merico aus Geesthacht und seinen Kollegen lassen sich auch Szenarien für die Zukunft entwickeln. „Ein klimabedingter Meeresspiegelanstieg könnte bewirken, dass die von uns modellierten und veröffentlichten Prozesse entgegengesetzt laufen. Eine entsprechende Heraufsetzung der CCD durch die Neubildung von karbonathaltigen Riffen hängt allerdings von der Überlebensfähigkeit der kalzifizierenden Organismen während der Versauerung der Meere ab“, erläutert Agostino Merico.

Der sinkende pH-Wert setzt die natürliche Karbonatsättigung des Meerwassers herab – es wird sauer. Steinkorallen oder andere Organismen, die Skelette oder Schalen aus Kalziumkarbonat produzieren, könnten langsamer wachsen und zerbrechlicher werden.

Quelle: GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Agostino Merico, Toby Tyrrell1 & Paul A. Wilson, Eocene/Oligocene ocean de-acidification linked to Antarctic glaciation by sea-level fall, Nature 452, 979 (2008).
  http://dx.doi.org/10.1038/nature06853
• GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH:
  http://www.gkss.de
• GKSS-Forschungszentrum Geesthacht, Institut für Küstenforschung:
  http://www.gkss.de/pages.php?page=k_index.html&language=d&version=g