Die World Ocean Review ist ein 240-Seiten-Zustandsbericht über die Weltmeere. Erarbeitet wurde er vom Kieler Exzellenzklaster Ozeane der Zukunft, redigiert von der Mare-Redaktion:
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Hier gibt es in losen Folgen eine eingedampfte Version (persönliche Auswahl mit Seitenblicken):
1.1: der Unterschied zwischen Wetter und Klima
1.2: die großen Meeresströmungen
1.3: Wasser – H2O
Kapitel 2 der WOR beschäftigt sich mit der Chemie der Meere. Zitate sind immer kursiv gesetzt. Am Ende des Artikels gibt es eine kleine Zusammenstellung der wichtigsten Begriffe und Fakten.
Kapitel 2.1
Wie der Klimawandel die Chemie der Meere verändert
Dieser Abschnitt wird von den Wörtchen könnte, vielleicht und vermutlich beherrscht. Grund dafür sind Weite und Tiefe der Ozeane und das lange Desinteresse der Wissenschaft, in ihre Geheimnisse abzutauchen. Lange dachte man einfach: da unten ist sowieso nix los außer toter Materie, die von oben herabsinkt.
Spätestens mit Entdeckung der Schwarzen und Weißen Raucher (1977) hat sich das endlich geändert. Rund um die heißen Tiefsee-Quellen wimmelt es nur so von Leben, dessen Energie nicht vom Licht der Sonne gespeist wird, sondern von gelösten Mineralstoffen aus der Erdkruste. Sehenswert dazu die liebevoll gestaltete Website (Flash) www.die-tiefsee.de
Es ist bisher unmöglich, genügend Messdaten in Ozeanen zu sammeln, um alle Prozesse genau zu verstehen und detaillierte Prognosen abgeben zu können. Die Versuche stützen sich vor allem auf zwei Verfahren:
Die Atmosphäre-Ozean-Flussmethode ermittelt die Partialdruck-Differenz zwischen Athmosphäre und Ozeanoberfläche. Der Partialdruck ist derjenige Druck, den ein Gas wie etwa CO2 in einem Gasgemisch wie der Luft zum Gesamtdruck beiträgt. Je mehr von diesem Gas vorhanden ist, desto höher ist sein Partialdruck. Stehen zwei Volumina, zum Beispiel die Atmosphäre und die oberflächennahen Schichten des Ozeans, miteinander in Verbindung, kann ein Gasaustausch stattfinden. Eine etwaige Partialdruckdifferenz führt dazu, dass es zu einem Nettoaustausch von CO2 kommt. Das Gas strömt dabei vom Bereich mit dem höheren Partialdruck in den Bereich des niedrigen Drucks. Da der Kohlendioxid-Anteil in der Luft höher als im Meereswasser ist, nehmen die Ozeane permanent CO2 auf – dazu gleich mehr.
Die zweite Methode versucht mithilfe geochemischer oder statistischer Verfahren zu berechnen, wie viel CO2 im Ozean aus natürlichen und wie viel aus anthropogenen (menschlichen) Quellen stammt – obgleich beide in chemischer Hinsicht (weitgehend) identisch und im Grunde nicht zu unterscheiden sind. Tatsächlich stehen heutzutage mehrere Verfahren zur Verfügung, die eine solche Differenzierung doch zulassen.
Objekt wissenschaftlicher Untersuchungsbegierde ist vor allem:
Kohlenstoff – DAS Element des Lebens
Kohlenstoff ist äußerst wandlungsfähig. Pflanzen nehmen CO2 – ein Molekül bestehend aus einem Kohlenstoffatom (C) und zwei Sauerstoffatomen (O) – aus der Athmosphäre auf, verwandeln es in Ernergie (Zucker und Stärke) und nutzen Kohlenstoff als Grundbaustein für ihre Biomasse. Tiere (der Mensch gehört zu den Trockennasenaffen) fressen den pflanzlichen Kohlenstoff und bilden daraus ihre Körper. Dieser Um- und Einbau vollzieht sich in Minuten (Algen und Bakterien) bis Jahrzehnten. In Ozeanen bleibt CO2 in weit größeren Mengen für Jahrhunderte gespeichert. Der überwiegende Anteil ist im Gestein unseres Planeten (Lithosphäre) gar für Millionen Jahre gebunden (z.B. in Kalkstein).
Fossile Brennstoffe
Erdöl besteht bis zu 87% aus Kohlenstoff. Erste Erdöleinschlüsse wurden in 3,2 Milliarden Jahre altem Gestein entdeckt. In seiner Nähe kommt oft auch Erdgas vor, dessen Entstehungsprozesse ähnlich verlaufen.
Kohle besteht zu 70% aus Kohlenstoff. Steinkohle bildete sich vor allem aus der Pflanzenwelt des Karbon vor 280 bis 345 Millionen Jahren. Braunkohle ist mit 2,5 bis 65 Millionen Jahren entschieden jünger.
CO2 von Menschenhand
Heute wissen wir, dass sich die CO2-Konzentration in der Atmosphäre in den knapp 12 000 Jahren zwischen der letzten Eiszeit und dem Beginn der industriellen Revolution Anfang des 19. Jahrhunderts nur sehr geringfügig verändert hat. Eine solche vergleichsweise stabile CO2-Konzentration deutet darauf hin, dass sich der vorindustrielle Kohlenstoffkreislauf weitgehend im Gleichgewicht mit der Atmosphäre befand.
Dieses Gleichgewicht wird durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe drastisch gestört. Vom Anfang des 19. Jahrhunderts bis zum Ende des 20. Jahrhunderts hat der Mensch rund 400 Gigatonnen (400 Milliarden Tonnen) Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid freigesetzt.
Der Ozean als Senke für anthropogenes CO2
Sobald CO2 aus der Atmosphäre ins Wasser übergeht, reagiert es chemisch mit den Wassermolekülen zu Kohlensäure, wird also sozusagen direkt weiterverarbeitet. Fachleute bezeichnen eine solche Aufnahme von CO2 auch als Senke.
Sollte sich in Zukunft ein neues Kohlenstoff-Gleichgewicht zwischen Atmosphäre und Weltozean einstellen, dann wird das ozeanische Reservoir (…) bis zu 95% des anthropogenen CO2 aus der Atmosphäre aufgenommen haben. Bis dahin wird es allerdings Jahrtausende brauchen. Wegen der trägen Durmischung des Ozeanwassers hinkt die Aufnahme dem menschlichen Ausstoß weit hinterher. Im Referenzjahr 2000 betrug die Senke 1,4 Gigatonnen Kohlenstoff. Der Mensch jagt jährlich aber mehr als 8 Gigatonnen Kohlenstoff in die Luft.
Versauerung der Ozeane
Die verstärkte Aufnahme von Kohlendioxid ins Meer führt zur Versauerung der Ozeane, oder chemisch ausgedrückt: einer Abnahme des pH-Werts. Das könnte gravierende Auswirkungen auf marine Organismen und Ökosysteme haben. Besonders betroffen wären hier kalkbildende Organismen, weil ein saureres Milieu die Kalkproduktion erschwert. In Laborexperimenten konnte man zeigen, dass diese Versauerung Korallen und andere Lebewesen beeinträchtigt. Derzeit wird das Thema Ozeanversauerung weltweit in großen Forschungsprogrammen bearbeitet. Endgültige Aussagen über Rückkopplungseffekte zwischen Klima und Versauerung kann man daher noch nicht machen.
Ähnliches gilt für den Einfluss der Ozeanerwärmung. Auch hier gibt es viele Hinweise auf erhebliche Rückkopplungseffekte, aber zu wenig solide Erkenntnisse, um belastbare quantitative Aussagen zu machen.
Wie ich eingangs schon sagte: das Kapitel Chemie der Meere wird von den Wörtchen könnte, vielleicht und vermutlich beherrscht ..
So weit für heute. In Kürze ergänze ich hier noch mit einer kleinen Zusammenstellung der wichtigsten Begriffe und Fakten.
Weiter geht es dann mit den Folgen der Ozeanversauerung.
