Wenn es darum geht, den Klimawandel zu beeinflussen, übertrifft der kleinste Ozean der Welt sein Gewicht. Schätzungen zufolge absorbieren die kalten Gewässer der Arktis bis zu 180 Millionen Tonnen Kohlenstoff pro Jahr – mehr als das Dreifache dessen, was New York City jährlich ausstößt – was sie zu einer der wichtigsten Kohlenstoffsenken der Erde macht. Jüngste Erkenntnisse zeigen jedoch, dass das Auftauen von Permafrost und der kohlenstoffreiche Abfluss des kanadischen Mackenzie River dazu führen, dass ein Teil des Arktischen Ozeans mehr Kohlendioxid (CO2) freisetzt, als er aufnimmt.
Der Studieveröffentlicht Anfang des Jahres in Geophysikalische Forschungsbriefe untersucht, wie Wissenschaftler modernste Computermodelle nutzen, um Flüsse wie den Mackenzie zu untersuchen, der in eine Region des Arktischen Ozeans namens Beaufortsee mündet. Wie viele Teile der Arktis waren auch der Mackenzie River und sein Delta in den letzten Jahren zu allen Jahreszeiten deutlich wärmeren Temperaturen ausgesetzt, was zu mehr Schmelzen und Auftauen von Wasserstraßen und Landschaften führte.
In dieser sumpfigen Ecke der Nordwest-Territorien Kanadas endet eine tausend Meilen lange Reise des zweitgrößten Flusssystems des Kontinents, die in der Nähe von Alberta beginnt. Unterwegs fungiert der Fluss als Förderband für mineralische Nährstoffe sowie organische und anorganische Stoffe. Dieses Material fließt als Suppe aus gelöstem Kohlenstoff und Sediment in die Beaufortsee. Ein Teil des Kohlenstoffs wird schließlich durch natürliche Prozesse in die Atmosphäre freigesetzt oder ausgegast.
Wissenschaftler gehen davon aus, dass die südöstliche Beaufortsee eine schwache bis mäßige CO2-Senke ist, was bedeutet, dass sie mehr Treibhausgase absorbiert als sie freisetzt. Aufgrund fehlender Daten aus der abgelegenen Region herrschte jedoch große Unsicherheit.
Um diese Lücke zu schließen, adaptierte das Studienteam ein globales biogeochemisches Ozeanmodell namens ECCO-Darwin, das am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien und am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge entwickelt wurde. Das Modell integriert nahezu alle verfügbaren Meeresbeobachtungen, die seit mehr als zwei Jahrzehnten von meeres- und satellitengestützten Instrumenten gesammelt wurden (Meeresspiegelbeobachtungen von den Höhenmessern der Jason-Serie zum Beispiel und Meeresbodendruck von den Missionen GRACE und GRACE Follow-On). ).
Die Wissenschaftler verwendeten das Modell, um den Abfluss von Süßwasser und den darin enthaltenen Elementen und Verbindungen – darunter Kohlenstoff, Stickstoff und Kieselsäure – über einen Zeitraum von fast 20 Jahren (von 2000 bis 2019) zu simulieren.
Die Forscher aus Frankreich, den USA und Kanada fanden heraus, dass der Flussabfluss in der südöstlichen Beaufortsee eine so starke Ausgasung auslöste, dass die Kohlenstoffbilanz ins Wanken geriet und zu einer Netto-CO2-Freisetzung von 0,13 Millionen Tonnen pro Jahr führte – ungefähr das Äquivalent zu den jährlichen Emissionen von 28.000 benzinbetriebenen Autos. Die Freisetzung von CO2 in die Atmosphäre variierte je nach Jahreszeit und war in den wärmeren Monaten ausgeprägter, wenn der Flussabfluss hoch war und weniger Meereis vorhanden war, das das Gas bedeckte und einfing.
Ground Zero für den Klimawandel
Wissenschaftler untersuchen seit Jahrzehnten die Kohlenstoffkreisläufe zwischen dem offenen Ozean und der Atmosphäre, ein Prozess, der als Luft-Meer-CO2-Fluss bezeichnet wird. An den Küstenrändern der Arktis gibt es jedoch nur spärliche Beobachtungsdaten, wo das Gelände, das Meereis und die langen Polarnächte eine langfristige Überwachung und Experimente zu einer Herausforderung machen können.
„Mit unserem Modell versuchen wir, den tatsächlichen Beitrag der Küstenperipherie und der Flüsse zum arktischen Kohlenstoffkreislauf zu erforschen“, sagte Hauptautor Clément Bertin, Wissenschaftler bei Littoral Environnement et Sociétés in Frankreich.
Solche Erkenntnisse sind von entscheidender Bedeutung, da etwa die Hälfte der Fläche des Arktischen Ozeans aus Küstengewässern besteht, in denen Land und Meer in einer komplexen Umarmung aufeinandertreffen. Und obwohl sich die Studie auf eine bestimmte Ecke des Arktischen Ozeans konzentrierte, kann sie dazu beitragen, eine umfassendere Geschichte der Umweltveränderungen in der Region zu erzählen.
Seit den 1970er Jahren habe sich die Arktis mindestens dreimal schneller erwärmt als irgendwo sonst auf der Erde und ihre Gewässer und Ökosysteme verändert, sagten die Wissenschaftler. Einige dieser Veränderungen begünstigen eine stärkere CO2-Ausgasung in der Region, während andere dazu führen, dass mehr CO2 absorbiert wird.
Wenn beispielsweise die arktischen Gebiete auftauen und mehr Schnee und Eis schmelzen, fließen Flüsse schneller und spülen mehr organische Stoffe aus Permafrost und Torfmooren in den Ozean. Andererseits nutzt mikroskopisch kleines Phytoplankton, das in der Nähe der Meeresoberfläche schwimmt, zunehmend das schrumpfende Meereis aus, um im neu entdeckten offenen Wasser und im Sonnenlicht zu blühen. Diese pflanzenähnlichen Meeresorganismen fangen während der Photosynthese atmosphärisches CO2 ein und ziehen es ab. Das ECCO-Darwin-Modell wird verwendet, um diese Blüten und die Zusammenhänge zwischen Eis und Leben in der Arktis zu untersuchen.
Wissenschaftler verfolgen diese großen und scheinbar kleinen Veränderungen in der Arktis und darüber hinaus, denn unsere Meeresgewässer bleiben ein entscheidender Puffer gegen ein sich veränderndes Klima und binden bis zu 48 % des Kohlenstoffs, der durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht.
Mehr Informationen:
C. Bertin et al., Biogeochemischer Flussabfluss führt zu intensiver CO2-Ausgasung an der Küste des Arktischen Ozeans, Geophysikalische Forschungsbriefe (2023). DOI: 10.1029/2022GL102377