Die Zukunft der Meere ? zu warm, zu hoch, zu sauer - WBGU

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4 Versauerung der Meere
etwa 65–80% der anthropogenen CO 2 -Emissionen
aufnehmen. Auf noch längeren Zeitskalen erhöht
sich dieser Anteil durch die Auflösung von Kalksedimenten
auf 85–92% (Caldeira et al., 2005). In den
nächsten Jahrzehnten und Jahrhunderten kann allerdings
nur ein Teil dieses großen Senkenpotentials
zum Tragen kommen: der begrenzende Faktor ist der
Transport des an der Oberfläche aufgenommen Kohlenstoffs
in die tieferen Meeresschichten. Tatsächlich
haben die Weltmeere bisher erst 30% des anthropogenen
Kohlenstoffs aufgenommen, den sie langfristig
bei gegenwärtiger atmosphärischer Konzentration
absorbieren können (Sabine et al., 2004).
Die große Bedeutung des Meeres als Senke gilt im
Übrigen nicht für die anderen im Kioto-Protokoll
geregelten Treibhausgase: Die stärkste Senke für
Methan und auch für HFC ist z. B. die chemische
Reaktion mit dem Hydroxylradikal OH – in der unteren
Atmosphäre, während N 2O überwiegend in der
Stratosphäre durch die UV-Strahlung der Sonne zerstört
wird. Die Industriegase PFC und SF 6 zersetzen
sich erst oberhalb der Stratosphäre. Das Meer ist
allerdings eine bedeutende Quelle für N 2 O, deren
zukünftige Entwicklung unter Einwirkung des Klimawandels
unklar ist.
Vor der Industrialisierung war der Ozean annähernd
im Gleichgewicht und keine CO 2 -Senke. An
seiner Oberfläche gab er jährlich etwa 0,6 Gt C an
die Atmosphäre ab, während gleichzeitig dieselbe
Menge Kohlenstoff aus der terrestrischen Biosphäre
(und damit letztendlich aus der Atmosphäre) in
Form von organischem Material über die Flüsse eingetragen
wurde (Watson und Orr, 2003). Der atmosphärische
CO 2 -Anteil änderte sich dadurch nicht
und blieb über Jahrtausende konstant bei etwa
280 ppm. Der Grund für die heutige Senkenfunktion
des Meeres ist die anthropogene Störung des Kohlenstoffkreislaufs:
Steigt die CO 2 -Konzentration in
der Atmosphäre, gibt diese so lange CO 2 an den
Ozean ab, bis die Partialdrücke in Oberflächenwasser
und Atmosphäre wieder ausgeglichen sind. Seit
Beginn der Industrialisierung ist die atmosphärische
CO 2-Konzentration annähernd exponentiell gestiegen.
Bisher ist dadurch auch die jährliche CO 2-Aufnahme
durch den Ozean immer weiter angestiegen,
und zwar nahezu proportional zur atmosphärischen
CO 2 -Konzentration, wie Modellergebnisse nahelegen
(Gloor et al., 2003). Dies kann jedoch aus verschiedenen
Gründen nicht auf die Zukunft übertragen
werden, wie unten näher erläutert wird.
Stellt man die vom Ozean aufgenommene CO 2-
Menge den anthropogenen Emissionen gegenüber,
so scheint die Effizienz der Ozeansenke schon heute
zu sinken: Sabine et al. (2004) zeigen anhand der
Auswertung von Beobachtungsdaten, dass im Zeitraum
1800–1994 vom Ozean 28–34% der anthropo-
genen Emissionen aufgenommen wurden, während
es im Zeitraum 1980–1999 nur 26% waren.Aufgrund
der großen Unsicherheiten bei der Bestimmung der
globalen Kohlenstoffbilanz ist diese Abnahme zwar
nicht statistisch signifikant, aber allein aufgrund
bekannter geochemischer Prozesse zu erwarten.
Je mehr CO 2 bereits in den Ozean eingetragen
wurde, desto geringer ist die Karbonatkonzentration
in der Oberflächenschicht (Kap. 4.1.2). Dies verringert
die Aufnahmekapazität für weiteres CO 2 .
Modellergebnisse zeigen, dass die relative CO 2 -Speicherung
durch den Ozean (d. h. der Anteil der
anthropogenen Emissionen, der im Verlauf weniger
Jahrzehnte durch den Ozean aufgenommen wird)
durch diesen Effekt um einige Prozent sinkt, wenn
eine atmosphärische CO 2-Konzentration von
450 ppm erreicht wird. Bei 750 ppm CO 2 in der
Atmosphäre verringert sich die relative CO 2 -Aufnahme
bereits um 10% (Le Quéré, persönliche Mitteilung).
Dieser geochemische Effekt ist in Modellen
zum Kohlenstoffzyklus vollständig berücksichtigt
und wird daher selten explizit diskutiert (Gruber et
al., 2004).Auch sehr langfristig, d. h. über Zeiträume,
in denen sich der Ozean vollständig durchmischt,
bewirkt dieser Effekt, dass der in der Atmosphäre
verbleibende Anteil der anthropogenen CO 2 -Emissionen
immer größer wird, je mehr CO 2 insgesamt
emittiert wurde.
Auch der Klimawandel als Folge der Treibhausgasemissionen
wirkt sich auf die Stärke der Ozeansenke
aus: Die Löslichkeit von CO 2 im Meerwasser
nimmt mit steigender Temperatur ab. Bis zum Ende
des Jahrhunderts könnte durch diesen Effekt die
kumulierte CO 2 -Aufnahme um 9–14% geringer ausfallen
als ohne Temperaturänderung (Greenblatt
und Sarmiento, 2004). Dieser Effekt ist gut verstanden,
die Unsicherheit resultiert im Wesentlichen aus
der Unsicherheit über das Ausmaß der zu erwartenden
Temperaturänderung.
Eine weitere Auswirkung des Klimawandels ist
eine zunehmende Schichtungsstabilität des Meerwassers,
d. h. die vertikale Durchmischung wird
reduziert. Dies hat eine Reihe komplexer Wirkungen.
Einerseits werden dadurch der Transport von
mit Kohlenstoff angereichertem Oberflächenwasser
in die Tiefe sowie der Transport von kohlenstoffärmerem
Wasser an die Oberfläche geschwächt, was
die Senkenwirkung des Ozeans mindert. Andererseits
können sich Änderungen der biologischen Produktivität
ergeben, etwa durch veränderte Nährstoffverfügbarkeit.
Die biologische Produktivität ist von
hoher Bedeutung für die Kohlenstoffbilanz der Meeresoberflächenschicht:
CO 2 wird von Meeresorganismen
über Photosynthese aufgenommen und in organische
Substanz eingebaut; absterbende Organismen
sinken ab und werden in unterschiedlichen Wasser-