Ohne den Ozean wäre die Klimakrise noch schlimmer als sie ist. Jedes Jahr absorbiert der Ozean Milliarden Tonnen Kohlenstoff aus der Atmosphäre und verhindert so die Erwärmung, die das Treibhausgas sonst verursachen würde. Wissenschaftler schätzen, dass etwa 25 bis 30 Prozent des gesamten Kohlenstoffs, der sowohl durch menschliche als auch durch natürliche Quellen in die Atmosphäre freigesetzt wird, vom Ozean absorbiert wird.
„Aber diese Zahl ist sehr unsicher“, sagt Ryan Woosley, Meereschemiker und leitender Forschungswissenschaftler am Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) am MIT. Verschiedene Teile des Ozeans nehmen abhängig von vielen Faktoren, wie z. B. der Jahreszeit und dem Ausmaß der Vermischung durch Stürme, unterschiedliche Mengen an Kohlenstoff auf. Aktuelle Modelle des Kohlenstoffkreislaufs erfassen diese Variation nicht angemessen.
Um die Lücke zu schließen, entwickelten Woosley und ein Team anderer MIT-Wissenschaftler einen Forschungsvorschlag für den MIT Climate Grand Challenges-Wettbewerb – eine institutsweite Kampagne zur Förderung und Finanzierung innovativer Forschung zur Bekämpfung der Klimakrise. Der Vorschlag des Teams, „Ocean Vital Signs“, sieht vor, eine Flotte von Segeldrohnen zu schicken, um über die Ozeane zu kreuzen und detaillierte Messungen darüber vorzunehmen, wie viel Kohlenstoff der Ozean wirklich absorbiert. Diese Daten würden verwendet, um die Genauigkeit globaler Kohlenstoffkreislaufmodelle zu verbessern und die Fähigkeit der Forscher zu verbessern, die von den Ländern behaupteten Emissionsreduktionen zu überprüfen.
„Wenn wir mit der Einführung von Minderungsstrategien beginnen – entweder durch das Entfernen von CO2 aus der Atmosphäre oder durch die Reduzierung von Emissionen – müssen wir wissen, wohin das CO2 fließt, um zu wissen, wie effektiv sie sind“, sagt Woosley. Ohne genauere Modelle lässt sich nicht bestätigen, ob die beobachteten CO2-Reduktionen der Politik und den Menschen oder den Ozeanen zu verdanken sind.
„Das ist also die Billionen-Dollar-Frage“, sagt Woosley. „Wenn Länder all dieses Geld ausgeben, um Emissionen zu reduzieren, reicht das dann aus, um eine Rolle zu spielen?“
Im Februar wurde der Vorschlag des Teams für die Climate Grand Challenges aus den fast 100 eingereichten Beiträgen als einer von 27 Finalisten benannt. Aus dieser Liste der Finalisten wird das MIT im April die Auswahl von fünf Vorzeigeprojekten bekannt geben, die weitere Finanzierung und Unterstützung erhalten sollen.
Woosley leitet das Team zusammen mit Christopher Hill, einem leitenden Forschungsingenieur bei EAPS. Das Team besteht aus physikalischen und chemischen Ozeanographen, Meeresmikrobiologen, Biogeochemikern und Experten für Computermodellierung aus der gesamten Abteilung sowie Mitarbeitern des Medienlabors und der Abteilungen Mathematik, Luft- und Raumfahrt sowie Elektrotechnik und Informatik.
Daten über den Kohlendioxidfluss zwischen der Luft und den Ozeanen werden heute stückchenweise gesammelt. Forschungsschiffe fahren zeitweise hinaus, um Daten zu sammeln. Einige Handelsschiffe sind auch mit Sensoren ausgestattet. Diese bieten jedoch eine begrenzte Sicht auf den gesamten Ozean und beinhalten Vorurteile. Zum Beispiel meiden Handelsschiffe normalerweise Stürme, die den Umsatz des der Atmosphäre ausgesetzten Wassers erhöhen und die vom Ozean absorbierte Kohlenstoffmenge erheblich erhöhen können.
„Es ist sehr schwierig für uns, daran heranzukommen und das zu messen“, sagt Woosley. „Aber diese Drohnen können es.“
Im Falle einer Finanzierung würde das Projekt des Teams mit dem Einsatz einiger Drohnen in einem kleinen Gebiet beginnen, um die Technologie zu testen. Die windbetriebenen Drohnen – hergestellt von einem kalifornischen Unternehmen namens Saildrone – würden autonom durch ein Gebiet navigieren und kontinuierlich Daten über den Kohlendioxidfluss zwischen Luft und Meer mit solarbetriebenen Sensoren sammeln. Dies würde dann auf Beobachtungen im Wert von mehr als 5.000 Drohnentagen anwachsen, verteilt über fünf Jahre und in allen fünf Ozeanbecken.
Diese Daten würden verwendet, um neuronale Netzwerke zu füttern, um genauere Karten darüber zu erstellen, wie viel Kohlenstoff von den Ozeanen absorbiert wird, wodurch die Unsicherheiten in den Modellen verringert würden. Diese Modelle würden weiterhin durch neue Daten verifiziert und verbessert. „Je besser die Modelle sind, desto mehr können wir uns auf sie verlassen“, sagt Woosley. „Aber wir werden immer Messungen brauchen, um die Modelle zu verifizieren.“
Verbesserte Modelle des Kohlenstoffkreislaufs sind auch über die Klimaerwärmung hinaus relevant. „CO2 ist an so vielem beteiligt, wie die Welt funktioniert“, sagt Woosley. „Wir bestehen aus Kohlenstoff, und alle anderen Organismen und Ökosysteme auch. Was macht die Störung des Kohlenstoffkreislaufs mit diesen Ökosystemen?“
Eine der am besten verstandenen Auswirkungen ist die Ozeanversauerung. Vom Ozean aufgenommener Kohlenstoff reagiert zu einer Säure. Ein saurerer Ozean kann schwerwiegende Auswirkungen auf Meeresorganismen wie Korallen und Austern haben, deren Kalziumkarbonatschalen und -skelette sich bei einem niedrigeren pH-Wert auflösen können. Seit der industriellen Revolution ist der Ozean im Durchschnitt um etwa 30 Prozent saurer geworden.
„Obwohl es für uns großartig ist, dass die Ozeane das CO2 aufgenommen haben, ist es nicht großartig für die Ozeane“, sagt Woosley. „Es ist auch wichtig zu wissen, wie sich diese Aufnahme auf die Gesundheit des Ozeans auswirkt.“
Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), eine beliebte Website, die Neuigkeiten über MIT-Forschung, -Innovation und -Lehre enthält.