Studie zu anthropogenem CO₂ quantifiziert Menge und Pfade in küstennahen Ozeanen

Überschüssiges Kohlendioxid, das durch menschliche Aktivitäten – wie das Verbrennen fossiler Brennstoffe, Landnutzungsänderungen und Abholzung – freigesetzt wird, wird als anthropogenes Kohlendioxid bezeichnet. Ungefähr 30 % dieses anthropogenen Kohlendioxids in der Atmosphäre werden von den Weltmeeren absorbiert. Diese Absorption trägt zwar zur Abschwächung der globalen Erwärmung bei, hat jedoch auch negative Auswirkungen auf das Meeresleben, einschließlich Fische und Pflanzen.

Während die Auswirkungen menschengemachten Kohlendioxids auf die offenen Meere umfassend untersucht wurden, gibt es nur begrenzte Beobachtungsdaten zu seinem Vorkommen und seinen Quellen in den Küstenmeeren, also in der breiten Palette von Salzwasser-Ökosystemen, die von Flussmündungen bis zu Korallenriffen reichen und Land und Meer verbinden.

Eine kürzlich Studie aus Wei-Jun Cais Labor an der Universität von Delaware mit dem Titel „Die Quelle und Ansammlung von anthropogenem Kohlenstoff an der Ostküste der USA“, veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritteschließt diese Lücke.

Die Hauptautorin, Xinyu Li, promovierte 2023 an der School of Marine Science and Policy der UD und ist jetzt Postdoktorandin am Pacific Marine Environmental Laboratory. Wei-Jun Cai, stellvertretender Dekan für Forschung und Mary AS Lighthipe Chair Professor für Erde, Ozean und Umwelt, war Lis Berater und beaufsichtigte die Studie. Zu den Co-Autoren gehören Zelun Wu, ein Doktorand mit Doppelabschluss an der UD und der Xiamen University, und Zhangxian Ouyang, ein Postdoktorand an der UD.

Die Forscher analysierten einen hochwertigen Karbonatdatensatz aus fünf Forschungsfahrten, die zwischen 1996 und 2018 durchgeführt wurden. Dieser Datensatz deckt die Ostküste der Mittelatlantischen Bucht der Vereinigten Staaten ab, eine Küstenregion, die sich von Massachusetts bis North Carolina erstreckt.

Der Datensatz von 1996, der von Doug Wallace, Professor für Ozeanographie an der Dalhousie University, zur Verfügung gestellt wurde, ermöglichte es den Forschern, Veränderungen des Kohlendioxidgehalts im Laufe der Zeit zu verfolgen. Mit Ausnahme der Kreuzfahrt von 1996 wurden die Daten von Mitgliedern von Cais Gruppe im Rahmen des Ocean Acidification Program der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) gesammelt.

Mithilfe dieser Daten untersuchten die Forscher, wo und wie viel vom Menschen verursachtes Kohlendioxid in die für den globalen Kohlenstoffhaushalt entscheidenden Küstengewässer gelangt.

Neueres Wasser, höherer anthropogener Kohlendioxidausstoß

Im Oberflächenwasser – den oberen 200 Metern des Ozeans – ist der höchste Anstieg an menschengemachtem Kohlendioxid zu verzeichnen. Grund dafür ist der direkte Kontakt mit der Atmosphäre, der zu einer stärkeren Absorption von atmosphärischem CO2 führt.

Cai wies darauf hin, dass ein spannender Aspekt der Studie die Analyse der Anteile von natürlichem und menschengemachtem CO2 im Wasser und die Frage sei, wie sich das Wasseralter auf die menschengemachte Kohlenstoffansammlung auswirkt.

Das Oberflächenwasser ist neueren Datums und gelangt über den Golfstrom aus dem Golf von Mexiko ins Wasser. Es wies einen hohen Gehalt an menschengemachtem Kohlendioxid auf, jedoch einen relativ niedrigen Gehalt an natürlich vorkommendem Kohlendioxid.

Im Gegensatz dazu wies die mittlere Wasserschicht (unter 200 Meter) hohe Konzentrationen an natürlichem Kohlendioxid und geringere Werte an anthropogenem Kohlendioxid auf.

„Das Oberflächenwasser hat einen sehr hohen anthropogenen Kohlendioxidgehalt, aber das Wasser in der mittleren Schicht, das aus dem Südpolarmeer kommt und Antarktisches Zwischenwasser genannt wird, ist lange unterwegs, vielleicht 100 Jahre vom Südpolarmeer bis zur Ostküste“, sagte Cai. „Dieses Wasser hat aufgrund mikrobieller Zersetzung einen hohen natürlichen Kohlendioxidgehalt, aber nur sehr geringe Mengen anthropogenen Kohlenstoffs.“

Unter diesen Schichten liegt das nordatlantische Tiefenwasser, das im Winter absinkt und über zwei Jahrzehnte von der Labradorsee bis zur Ostküste wandert. „Dieses Wasser hat einen mittleren Gehalt an anthropogenem Kohlendioxid“, sagte Cai. „Jede Wassermasse hat seit ihrer Entstehung einen aufgezeichneten Kohlendioxidgehalt, und das hat uns eine Geschichte dieser Veränderungen geliefert. Es ist interessant zu sehen, dass die jüngeren Gewässer den höchsten Gehalt an anthropogenem Kohlenstoff hatten.“

Li beschrieb diese Verteilung als „Sandwichstruktur“, mit hohem anthropogenem Kohlenstoff an der Oberfläche, niedrigem anthropogenem Kohlenstoff in den mittleren Schichten und Zwischenschichten tiefer unten. „Diese Verteilung hängt eng mit dem Alter des Wassers zusammen, wenn es an der Oberfläche mit der Atmosphäre in Kontakt kommt und Kohlendioxid aus der Atmosphäre absorbiert“, sagte Li.

Anthropogener Kohlenstofftransport

Die Studie ergab auch, dass der anthropogene Kohlenstoffgehalt von küstennahen zu küstennahen Gewässern abnimmt, was mit einem geringeren Salzgehalt einhergeht. Dies deutet darauf hin, dass es keinen Nettoanstieg des Exports von anthropogenem Kohlendioxid aus küstennahen Gebieten wie Flussmündungen und Feuchtgebieten ins offene Meer gibt.

„Wenn wir unsere Ergebnisse auf Gewässer mit niedrigem Salzgehalt wie das Wasser aus der Delaware Bay und der Chesapeake Bay übertragen, stellen wir fest, dass es in sehr salzarmen Gewässern tatsächlich nur einen sehr geringen menschengemachten Anstieg des Kohlendioxids gibt“, erklärte Cai. „Dieses Wasser enthält viel natürliches Kohlendioxid, aber nur sehr wenig menschengemachtes Kohlendioxid.“

Dieses Ergebnis unterstützt frühere Forschungsergebnisse, die darauf schließen lassen, dass der vom Menschen verursachte Nettotransport von Kohlendioxid aus Ästuaren und Feuchtgebieten zum Kontinentalschelf praktisch null oder sogar negativ ist. Mögliche Gründe hierfür sind eine geringe Pufferkapazität und kurze Verweilzeiten in Ästuargewässern, die ihre Fähigkeit zur Aufnahme von anthropogenem CO2 einschränken. Darüber hinaus ist die Verlustrate nordamerikanischer Feuchtgebiete dreimal so hoch wie ihre Wachstumsrate, was die Möglichkeit der Kohlenstoffaufnahme und des Kohlenstofftransports in Küstengewässer verringert.

Cai betonte die weitreichenden Auswirkungen dieser Erkenntnisse auf den globalen Kohlenstoffkreislauf. „Dieses Papier klärt widersprüchliche Ansichten aus terrestrischen Studien“, sagte er. „Es gibt eine große Debatte darüber, ob der Transport von anthropogenem Kohlendioxid aus terrestrischen Systemen in die Küstenmeere zunimmt.“

„Unsere Schlussfolgerung ist, dass es keinen natürlichen Transport von anthropogenem Kohlenstoff gibt und dass der anthropogene Kohlenstoff in den Küstengewässern tatsächlich vollständig aus den Offshore-Wassermassen eingemischt ist und lokal aus der darüber liegenden Atmosphäre stammt. Ein Großteil davon wird dann in den Ozean exportiert.“