Eindämmung des Klimawandels durch Wiederherstellung von Küstenökosystemen

Einer der Haupttreiber des Klimawandels sind überschüssige Treibhausgase wie Kohlendioxid in der Atmosphäre. Die Eindämmung des Klimawandels im kommenden Jahrhundert erfordert sowohl eine Dekarbonisierung – die Elektrifizierung des Stromnetzes oder die Reduzierung des Transports, der fossile Brennstoffe verschlingt – als auch die Entfernung von bereits vorhandenem Kohlendioxid aus der Atmosphäre, ein Prozess, der als Kohlendioxidentfernung bezeichnet wird.

Forscher des Georgia Institute of Technology und der Yale University schlagen einen neuartigen Weg vor, durch den die Wiederherstellung von Küstenökosystemen dauerhaft Kohlendioxid aus der Atmosphäre binden kann. Seegras und Mangroven – sogenannte Ökosysteme mit blauem Kohlenstoff – binden Kohlenstoff auf natürliche Weise durch Photosynthese, die Kohlendioxid in lebendes Gewebe umwandelt.

„Mangroven und Seegräser entziehen der Atmosphäre den ganzen Tag über Kohlendioxid und wandeln es in Biomasse um“, sagte Chris Reinhard, außerordentlicher Professor an der School of Earth and Atmospheric Sciences (EAS). „Ein Teil dieser Biomasse kann in Sedimenten vergraben werden, und wenn sie dort bleibt, dann haben Sie im Grunde nur Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt.“

Im Mai stellten die Forscher ihre Forschung „Ocean Alkalinity Enhancement Through Restoration of Blue Carbon Ecosystems“ vor Nachhaltigkeit in der Natur.

Die Wiederherstellung dieser Ökosysteme könnte möglicherweise der lokalen Flora und Fauna zugute kommen und zur Ankurbelung der Küstenwirtschaft beitragen. Aber Reinhard und Kollegen schlagen vor, dass ihre Wiederherstellung auch zusätzlichen Kohlenstoff auf einem neuartigen Weg entfernen und gleichzeitig der zunehmenden Versauerung des Ozeans entgegenwirken könnte.

Kohlenstoff 101

Es gibt zwei Hauptarten von Kohlenstoff, die im Erdsystem zirkulieren: organischer Kohlenstoff und anorganischer Kohlenstoff. Organischer Kohlenstoff ist in lebender Materie wie Algen, Pflanzen, Tieren und sogar Menschen enthalten. Diese Form von Kohlenstoff kann vorübergehend Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen. Wenn sie jedoch in Sedimenten am Meeresboden versinkt, kann dies zu einer dauerhaften Entfernung von Kohlendioxid führen. Anorganischer Kohlenstoff kommt auch in vielen Formen vor, unter anderem in Gesteinen und Mineralien, ist aber als wesentlicher gelöster Bestandteil im Meerwasser vorhanden.

Ungefähr 30 % des seit der industriellen Revolution durch menschliche Aktivitäten emittierten Kohlenstoffs werden heute als gelöster anorganischer Kohlenstoff im Ozean gespeichert. Obwohl als organischer Kohlenstoff gespeichertes Kohlendioxid aufgeschlossen werden kann und Kohlendioxid effektiv wieder in die Atmosphäre zurückverteilt wird, ist die Entfernung von Kohlendioxid durch anorganischen Kohlenstoff möglicherweise viel dauerhafter.

„Selbst wenn man die Art und Weise ändert, wie ein Küstenökosystem-Wiederherstellungsprojekt funktioniert und möglicherweise zuvor gespeicherten organischen Kohlenstoff remobilisiert, ist die Abscheidung anorganischen Kohlenstoffs weitgehend eine Einbahnstraße“, sagte Mojtaba Fakhraee, Hauptautorin der Studie und ehemalige Postdoktorandin bei EAS. „Selbst wenn eine massive Störung des Ökosystems in der Zukunft die Speicherung von organischem Kohlenstoff zunichte machen sollte, wird der eingefangene anorganische Kohlenstoff immer noch dauerhaft im Ozean verbleiben.“

Kohlenstoff einfangen, Säurebildung entgegenwirken

Küstenökosysteme entziehen der Atmosphäre auf natürliche Weise Kohlenstoff und bieten den Küstengemeinden eine Reihe von ökologischen und wirtschaftlichen Vorteilen, doch viele menschliche Eingriffe haben zu einer erheblichen Verschlechterung oder Zerstörung der natürlichen Küstenumwelt geführt. Wenn man mehr Mangroven und Seegräser pflanzt, sie pflegt und das gesamte Ökosystem schützt, kann dies ihre Funktionsfähigkeit wiederherstellen und zu einer zusätzlichen Kohlenstoffentfernung aus der Atmosphäre führen.

Die Wiederbelebung von Küstenökosystemen als eine Technik zur Minderung von Kohlenstoffemissionen ist keine neue Idee, aber die bisherige Forschung konzentrierte sich auf die Kohlenstoffentfernung durch organische Kohlenstoffverlagerung und untersuchte nicht das Potenzial der Kohlenstoffentfernung durch die Bildung von anorganischem Kohlenstoff.

Eine weitere wichtige Folge der Nutzung fossiler Brennstoffe durch den Menschen über den Klimawandel hinaus ist die Versauerung der Ozeane durch Kohlendioxid in der Atmosphäre, das sich im Wasser auflöst und den pH-Wert des Ozeans senkt, was schwerwiegende, negative Auswirkungen auf viele Organismen wie Korallen haben kann. Die Speicherung von Kohlendioxid als anorganischer Kohlenstoff im Ozean könnte dazu beitragen, dies zu mildern, da die chemischen Prozesse, die zur Kohlenstoffbindung als anorganischer Kohlenstoff führen, eine Alkalisierung des Meereswassers beinhalten.

„Die Grundidee dabei ist, dass man das Säure-Basen-Gleichgewicht des Ozeans verändert, um die Umwandlung von Kohlendioxid in der Atmosphäre in anorganischen Kohlenstoff im Ozean voranzutreiben“, sagte Reinhard. „Das bedeutet, dass das Verfahren dazu beitragen kann, die negativen ökologischen Folgen der Ozeanversauerung teilweise auszugleichen.“

Modellierung der Kohlenstoffabscheidung

Um zu untersuchen, wie effektiv die Wiederherstellung von Küstenökosystemen für die Bindung anorganischen Kohlenstoffs sein könnte, erstellten die Forscher ein numerisches Modell, um die Chemie und Physik von Sedimentsystemen darzustellen – der komplexen Mischung aus festen Partikeln, lebenden Organismen und Meerwasser, die sich am Meeresboden ansammelt. Ein wesentlicher Fortschritt des Modells besteht darin, dass es gezielt die potenziellen Vorteile wiederhergestellter Mangroven- oder Seegras-Ökosysteme und deren Auswirkungen auf den organischen und anorganischen Kohlenstoffkreislauf verfolgt. Es berechnet auch die Auswirkungen anderer Treibhausgase wie Methan, die manchmal bei der Wiederherstellung von Mangroven- und Seegras-Ökosystemen entstehen können.

„Dieses Modell liefert Darstellungen für die Geschwindigkeit der Kohlenstoffumwandlung im Sediment, basierend darauf, wie viel Mangrove über dem Sediment wächst“, sagte Noah Planavsky, leitender Autor der Studie und Professor für Erd- und Planetenwissenschaften an der Yale. „Wir haben herausgefunden, dass die Wiederherstellung von Ökosystemen mit blauem Kohlenstoff in einem extrem breiten Spektrum von Szenarien zu einer dauerhaften Entfernung von Kohlendioxid in Form von gelöstem anorganischem Kohlenstoff führt.“

Das Team hofft, dass diese Forschung einen Anstoß zum Schutz aktueller Küstenökosysteme geben und wirtschaftliche Anreize für die Wiederherstellung geschädigter Ökosysteme schaffen könnte, möglicherweise als neue Form des CO2-Ausgleichs.

„Unternehmen, die versuchen, ihre eigenen Emissionen auszugleichen, könnten möglicherweise die Kohlenstoffentfernung durch die Finanzierung der Wiederherstellung von Küstenökosystemen erkaufen“, sagte Reinhard. „Dies könnte zum Wiederaufbau dieser Ökosysteme und all ihrer Umweltvorteile beitragen und gleichzeitig zu einer dauerhaften Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre führen.“