13.000 Fuß unter der Meeresoberfläche liegt eine saure Zone, und sie wird immer größer. Die Karbonatkompensationstiefe – die Zone, in der hoher Druck und niedrige Temperaturen so saure Bedingungen schaffen, dass sich Muscheln und Skelette auflösen – könnte bis zum Ende des Jahrhunderts die Hälfte der Weltmeere ausmachen. Gleichzeitig stellt der Rückgang des Sauerstoffgehalts im Wasser eine ernsthafte Bedrohung für die Natur und die Gesellschaft auf der Erde dar.
In den tiefsten Teilen des Ozeans, unterhalb von 4.000 Metern, schafft eine Kombination aus hohem Druck und kalten Temperaturen Bedingungen, die Kalziumkarbonat auflösen, das Material, aus dem Meerestiere ihre Schalen bauen, berichtet Livescience.
Diese Zone wird als Karbonatkompensationstiefe bezeichnet – und sie dehnt sich aus. Dies steht im Gegensatz zur viel diskutierten Versauerung der Oberflächengewässer der Ozeane, die auf die Aufnahme von Kohlendioxid durch die Ozeane zurückzuführen ist, das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht.
Doch diese beiden Phänomene hängen zusammen: Durch die Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration im Ozean sinkt dessen pH-Wert (er wird saurer) und die Tiefwasserzone, in der sich Calciumcarbonat löst, vergrößert sich vom Meeresboden aus.
Diese Karten zeigen Veränderungen in der Fläche des Ozeans, die in 17 verschiedenen Regionen ätzendem Bodenwasser ausgesetzt ist. Das vorindustrielle CCD ist dunkelblau, während die Bereiche oberhalb der Lysokline hellblau sind. Karte A zeigt die Gegenwart und Karte B zeigt den Anstieg der Lysokline um 300 Meter. Mark John Costello, Peter Townsend Harris, CC BY-SA
Die Übergangszone, in der Calciumcarbonat zunehmend chemisch instabil wird und sich aufzulösen beginnt, wird als Lysokline bezeichnet. Da der Meeresboden relativ flach ist, kann selbst ein Anstieg der Lysokline um wenige Meter schnell zu großen untersättigten (sauren) Gebieten führen.
Untersuchungen haben ergeben, dass sich diese Zone seit der vorindustriellen Zeit bereits um fast 100 Meter angehoben hat und in diesem Jahrhundert wahrscheinlich noch um mehrere hundert Meter ansteigen wird.
Millionen Quadratkilometer Meeresboden könnten sich möglicherweise rasch verändern, was dazu führen könnte, dass Kalksteinablagerungen chemisch instabil werden und sich auflösen.
Die Obergrenze der Lysoklin-Übergangszone wird als Kalzitsättigungstiefe bezeichnet. Oberhalb dieser Tiefe sind die Bodensedimente reich an Kalziumkarbonat und das Meerwasser ist damit übersättigt. Die Tiefe der Kalzitkompensation stellt ihre Untergrenze dar, unterhalb derer die Bodensedimente wenig oder keine Karbonatmineralien mehr enthalten.
Der Bereich unterhalb der Kalzitkompensationstiefe ist in den verschiedenen Sektoren der Ozeane sehr unterschiedlich. Es nimmt bereits etwa 41 % der Weltmeere ein. Seit der industriellen Revolution ist diese Zone in allen Teilen des Ozeans angestiegen, von nahezu Null im westlichen Indischen Ozean bis zu über 300 m im nordwestlichen Atlantik.
Der Karbonatgehalt der Bodensedimente nimmt innerhalb der Lysokline ab und erreicht unterhalb der Karbonatkompensationstiefe (CCD) Null. Oberhalb der Lysokline befindet sich die Kalzitsättigungstiefe (CSD), wo die Bodensedimente reich an Kalziumkarbonat sind. Mark John Costello, Peter Townsend Harris, CC BY-SA
Würde man die Kalzit-Kompensationstiefe um weitere 980 Fuß erhöhen, würde sich die Fläche des Meeresbodens darunter um 10% auf 51% der Weltmeere vergrößern.
Eine aktuelle Studie hat erstmals gezeigt, dass die Kalzitkompensationstiefe eine biologische Grenze mit unterschiedlichen Lebensräumen oberhalb und unterhalb davon darstellt. Im nordöstlichen Pazifik sind die häufigsten Meeresbodenorganismen oberhalb der Kalzitkompensationstiefe Weichkorallen, Schlangensterne, Muscheln, Meeresschnecken, Käferschnecken und Bryozoen, die alle über verkalkte Schalen oder Skelette verfügen.
Unterhalb der Kalzitkompensationstiefe sind Anemonen, Seegurken und Kraken jedoch zahlreicher. Dieser untersättigte (saurere) Lebensraum beschränkt das Leben bereits auf 141 Millionen Quadratkilometer Ozean und könnte sich auf weitere 35 Millionen Quadratkilometer ausdehnen, wenn die Kalzit-Kompensationstiefe um 300 Meter ansteigt.
Zusätzlich zur Ausdehnung der Kalzitkompensationstiefe verlieren Teile des Ozeans in niedrigeren Breitengraden Arten, da sich das Wasser zu stark erwärmt und der Sauerstoffgehalt abnimmt, was ebenfalls auf den Klimawandel zurückzuführen ist.
Dadurch wird der für Meeresarten am besten geeignete Lebensraum sowohl von unten (zunehmende Kalzitkompensationstiefe) als auch von oben (Erwärmung) eingeschränkt.
Die ausschließlichen Wirtschaftszonen einiger Länder werden stärker betroffen sein als andere. Im Allgemeinen verlieren Ozean- und Inselstaaten mehr, während Länder mit großen Kontinentalschelfen proportional weniger verlieren.
Die ausschließliche Wirtschaftszone Bermudas wird voraussichtlich am stärksten von einer Erhöhung der Kalzit-Kompensationstiefe um 980 Fuß über das derzeitige Niveau betroffen sein, wobei 68 % des Meeresbodens des Landes unter der Lysokline liegen werden. Im Gegensatz dazu werden voraussichtlich nur 6 % der US-amerikanischen und 0,39 % der russischen AWZ betroffen sein.
Aus globaler Sicht ist es bemerkenswert, dass bereits 41 Prozent der Tiefsee tatsächlich sauer sind und die Hälfte davon bis zum Ende des Jahrhunderts sauer werden könnte. Zudem wurde die erste Studie, die die Auswirkungen dieser Entwicklung auf das Leben im Meer aufzeigt, erst im vergangenen Jahr veröffentlicht.
Ein verringerter Sauerstoffgehalt im Wasser bedroht alle Lebewesen. Der sinkende Sauerstoffgehalt im Wasser stelle eine ernste Bedrohung für die Natur und die Gesellschaft auf der Erde dar, erklärte ein internationales Wissenschaftlerteam in einem Artikel für die Zeitschrift Nature Ecology & Evolution.
Wie RIA Novosti berichtet, sind Wissenschaftler der Ansicht, dass der Sauerstoffgehalt im Wasser eine der sogenannten planetaren Grenzen darstellt – globale Umweltindikatoren, die die Fähigkeit der Erde bestimmen, die Existenz der Menschheit zu ermöglichen. Der beobachtete Sauerstoffmangel in Süßwasser- und Meeresökosystemen stellt einen weiteren Prozess von entscheidender Bedeutung für die ökologischen und sozialen Systeme der Erde dar. Der schnelle und kontinuierliche Sauerstoffmangel in den Gewässern der Erde weist darauf hin, dass sich der Sauerstoffgehalt einem kritischen Schwellenwert nähert.
Laut Forschern der American University of Santa Cruz haben die Seen und Stauseen der Erde seit 1980 5 bzw. 18 Prozent ihres Sauerstoffs verloren. Die Meere wiederum haben seit 1960 zwei Prozent ihres Sauerstoffs verloren. Angesichts des enormen Volumens der Ozeane erscheint ein so geringer Verlust in absoluten Zahlen groß.
Eine dünne, kühle Oberflächenschicht erhöht die Kohlenstoffaufnahme des Ozeans. Eine neue, teilweise von der Europäischen Weltraumorganisation finanzierte Studie zeigt, dass die kühle „Ozeanhaut“ es den Ozeanen ermöglicht, mehr atmosphärisches Kohlendioxid aufzunehmen als bisher angenommen. Diese Ergebnisse könnten die globalen Kohlenstoffschätzungen verbessern und zu wirksameren Maßnahmen zur Emissionsreduzierung führen.
Die Weltmeere absorbieren etwa ein Viertel der durch menschliche Aktivitäten verursachten Kohlenstoffemissionen, was für die Verlangsamung des Klimawandels von entscheidender Bedeutung ist. Dieser Vorteil hat allerdings auch seinen Preis: Da die Ozeane mehr Kohlenstoff aufnehmen, versauert ihr Wasser, was die Gesundheit der Meeresökosysteme gefährdet.
Um die Kohlenstoffbilanz präzise einschätzen und fundierte Klimaschutzmaßnahmen ergreifen zu können, ist es von entscheidender Bedeutung, unser Verständnis der komplexen Prozesse zu verbessern, die den Kohlenstofffluss zwischen Meer und Luft steuern, und die Schätzungen darüber zu verfeinern, wie viel Kohlenstoff die globalen Ozeane aufnehmen.
Forschungsschiff RSS Discovery. ESA
Wissenschaftler gingen davon aus, dass der Meeresteppich – eine 0,01 mm dicke Schicht Oberflächenwasser, dünner als ein menschliches Haar, die normalerweise etwas kühler ist als das darunterliegende Wasser – die Menge an Kohlendioxid erhöhen sollte, die aus der Atmosphäre aufgenommen wird.
Dies liegt daran, dass kälteres Wasser Kohlendioxid effizienter absorbiert. Die Gaskonzentration zwischen dieser dünnen Deckschicht und dem Wasser in einer Tiefe von etwa 2 mm steuert den Gasaustausch zwischen der Atmosphäre und dem Ozean.
Bisher wurden derartige groß angelegte Messungen auf See jedoch nicht durchgeführt. In einer teilweise von der ESA finanzierten Studie werteten Wissenschaftler der University of Exeter (Großbritannien), des Plymouth Marine Laboratory und der University of Southampton Messungen vor Ort aus, die von Schiffen während ihrer Atlantiküberquerung durchgeführt wurden.
Eine Reihe von Sensoren an Bord des Forschungsschiffs RSS Discovery. ESA
Die Messungen wurden mithilfe von Strömungssystemen durchgeführt, die winzige Unterschiede im Kohlendioxidgehalt der Luft, die sich zur und von der Meeresoberfläche bewegt, sowie präzise Messwerte der Temperatur des extrem dünnen Meeresfilms erfassten.
Neue, auf diesen Messungen basierende Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht wurden, bestätigen, dass die Oberflächentemperaturen der Ozeane die Kohlenstoffaufnahme erhöhen.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Ozean aufgrund seiner kühlen Oberfläche jedes Jahr etwa 7 % mehr Kohlendioxid absorbiert als bisher angenommen. Dies mag nicht viel erscheinen, doch wenn man die Gesamtmenge an Kohlenstoff, die der Amazonas-Regenwald während eines Jahres aufnimmt, zusammenrechnet, entspricht diese zusätzliche Kohlenstoffaufnahme dem Eineinhalbfachen des Kohlenstoffs, der durch das Waldwachstum des Amazonas-Regenwalds gebunden wird.
Derzeit wird bei globalen Schätzungen der Kohlendioxidflüsse zwischen der Atmosphäre und dem Ozean die Bedeutung der Oberflächentemperaturunterschiede im Allgemeinen ignoriert.
Wissenschaftler trotzen im Namen der Wissenschaft stürmischen Meeren. ESA
Craig Donlon von der ESA sagte: „Die gleichzeitige Messung der kühlen Meeresoberfläche und der präzisen Atmosphäre-Ozean-Flüsse an Bord einer Raumsonde ist eine unglaublich anspruchsvolle Aufgabe. Die Ergebnisse sind von großer Bedeutung für die Kohlenstoffbilanzierung, in der die Rolle der Meeresoberfläche derzeit kaum Beachtung findet. Da der Klimawandel heute dringlicher denn je ist, werden uns diese Ergebnisse helfen, die komplexe Rolle der Ozeane bei der Klimaregulierung besser zu verstehen, einzuschätzen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.“
Diese Forschung wurde von der Science for Society-Initiative der ESA, Horizon Europe und dem britischen Natural Environment Research Council finanziert. Die Schiffsfahrten waren Teil des Atlantic Meridional Transect-Projekts, das vom Plymouth Marine Laboratory durchgeführt wurde.
