Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass alter Kohlenstoff in Gesteinen genauso viel Kohlendioxid freisetzt wie die Vulkane der Welt

Eine neue von der Universität Oxford durchgeführte Studie hat die Ansicht widerlegt, dass natürliche Gesteinsverwitterung als CO2-Senke fungiert, und weist stattdessen darauf hin, dass diese auch als große CO2-Quelle fungieren kann, die mit der von Vulkanen konkurriert. Die Ergebnisse wurden heute in der Zeitschrift veröffentlicht Naturhaben wichtige Auswirkungen auf die Modellierung von Klimawandelszenarien.

Gesteine ​​enthalten einen enormen Kohlenstoffspeicher in den antiken Überresten von Pflanzen und Tieren, die vor Millionen von Jahren lebten. Das bedeutet, dass der „geologische Kohlenstoffkreislauf“ als Thermostat fungiert, der hilft, die Temperatur der Erde zu regulieren.

Beispielsweise können Gesteine ​​bei chemischer Verwitterung CO2 aufsaugen, wenn bestimmte Mineralien durch die schwache Säure im Regenwasser angegriffen werden. Dieser Prozess trägt dazu bei, dem kontinuierlichen CO2-Ausstoß von Vulkanen auf der ganzen Welt entgegenzuwirken, und ist Teil des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs der Erde, der dazu beigetragen hat, die Oberfläche für eine Milliarde Jahre oder länger bewohnbar zu halten.

Diese neue Studie hat jedoch zum ersten Mal einen zusätzlichen natürlichen Prozess der CO2-Freisetzung aus Gesteinen in die Atmosphäre gemessen und festgestellt, dass dieser ebenso bedeutend ist wie das von Vulkanen auf der ganzen Welt freigesetzte CO2. Derzeit ist dieser Prozess in den meisten Modellen des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs nicht enthalten.

Der Prozess findet statt, wenn Gesteine, die sich auf alten Meeresböden gebildet haben (wo Pflanzen und Tiere in Sedimenten begraben waren), zurück an die Erdoberfläche gedrückt werden, beispielsweise wenn Berge wie der Himalaya oder die Anden entstehen. Dadurch wird der organische Kohlenstoff im Gestein dem Sauerstoff in der Luft und im Wasser ausgesetzt, der reagieren und CO2 freisetzen kann. Dies bedeutet, dass verwittertes Gestein eine CO2-Quelle sein könnte und nicht die allgemein angenommene Senke.

Bisher erwies es sich als schwierig, die Freisetzung dieses CO2 aus verwittertem organischem Kohlenstoff in Gesteinen zu messen. In der neuen Studie verwendeten die Forscher ein Spurenelement (Rhenium), das ins Wasser freigesetzt wird, wenn organischer Gesteinskohlenstoff mit Sauerstoff reagiert. Die Probenahme von Flusswasser zur Messung des Rheniumgehalts ermöglicht die Quantifizierung der CO2-Freisetzung. Allerdings wäre es eine große Herausforderung, das gesamte Flusswasser der Welt zu beproben, um eine globale Schätzung zu erhalten.

Um die Erdoberfläche zu vergrößern, haben die Forscher zwei Dinge getan. Zunächst ermittelten sie, wie viel organischer Kohlenstoff in oberflächennahen Gesteinen vorhanden ist. Zweitens ermittelten sie, wo diese durch Erosion an steilen Bergstandorten am schnellsten freigelegt wurden.

Dr. Jesse Zondervan, der Forscher, der die Studie am Department of Earth Sciences der Universität Oxford leitete, sagte: „Die Herausforderung bestand dann darin, diese globalen Karten mit den Flussdaten zu kombinieren und dabei Unsicherheiten zu berücksichtigen. Wir haben alle unsere Daten eingegeben.“ in einen Supercomputer in Oxford, der das komplexe Zusammenspiel physikalischer, chemischer und hydrologischer Prozesse simuliert. Durch das Zusammensetzen dieses riesigen Planetenpuzzles konnten wir schließlich das gesamte Kohlendioxid abschätzen, das ausgestoßen wird, wenn diese Gesteine ​​verwittern und ihren alten Kohlenstoff in die Luft abgeben.“

Dies könnte dann damit verglichen werden, wie viel CO2 durch natürliche Gesteinsverwitterung von Silikatmineralien abgezogen werden könnte. Die Ergebnisse identifizierten viele große Gebiete, in denen Verwitterung eine CO2-Quelle darstellte, was die derzeitige Ansicht darüber, wie sich Verwitterung auf den Kohlenstoffkreislauf auswirkt, in Frage stellte.

Die Hotspots der CO2-Freisetzung konzentrierten sich auf Gebirgszüge mit hohen Hebungsraten, die zur Freilegung von Sedimentgesteinen führen, etwa im östlichen Himalaya, in den Rocky Mountains und in den Anden. Es wurde festgestellt, dass die globale CO2-Freisetzung durch die Verwitterung von organischem Kohlenstoff im Gestein 68 Megatonnen Kohlenstoff pro Jahr beträgt.

Professor Robert Hilton (Department of Earth Sciences, University of Oxford), der das ROC-CO2-Forschungsprojekt leitet, das die Studie unterstützte, sagte: „Das ist etwa 100-mal weniger als die heutigen CO2-Emissionen des Menschen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, aber das ist es.“ Ähnlich viel CO2 wird von Vulkanen auf der ganzen Welt freigesetzt, was bedeutet, dass es eine Schlüsselrolle im natürlichen Kohlenstoffkreislauf der Erde spielt.“

Diese Flüsse könnten sich in der Vergangenheit der Erde verändert haben. Beispielsweise könnte in Phasen der Gebirgsbildung, in denen viele Gesteine ​​mit organischem Material zum Vorschein kommen, die CO2-Freisetzung höher gewesen sein und das globale Klima in der Vergangenheit beeinflusst haben.

Laufende und zukünftige Arbeiten untersuchen, wie Veränderungen der Erosion aufgrund menschlicher Aktivitäten zusammen mit der zunehmenden Erwärmung von Gesteinen aufgrund anthropogener Klimaveränderungen dieses natürliche Kohlenstoffleck verstärken könnten. Eine Frage, die sich das Team nun stellt, ist, ob diese natürliche CO2-Freisetzung im kommenden Jahrhundert zunehmen wird. „Derzeit wissen wir es nicht – unsere Methoden ermöglichen es uns, eine solide globale Schätzung abzugeben, können aber noch nicht abschätzen, wie sich diese ändern könnte“, sagt Hilton.

„Während die Kohlendioxidfreisetzung durch Gesteinsverwitterung im Vergleich zu heutigen menschlichen Emissionen gering ist, wird uns das verbesserte Verständnis dieser natürlichen Flüsse dabei helfen, unseren Kohlenstoffhaushalt besser vorherzusagen“, schlussfolgerte Dr. Zondervan.