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Paläoklima: Ätzender Ozean

Die globale Erwärmung unseres Planeten gehört zu den Horrorszenarien unserer Tage. Wer aber glaubt, es handle sich dabei um ein Novum, der liegt falsch. Bereits vor 55 Millionen Jahren ereignete sich Vergleichbares - nur uns Menschen traf damals keine Schuld daran.
Bohrkern
Treibhausgase, CO2-Austoß, steigende Temperaturen in Ozean und Atmosphäre – klingt aktuell, muss es aber nicht sein: Ausgeprägte Warmphasen hat es in der Geschichte unseres Planeten schon häufiger gegeben. Wer allerdings im Klimaarchiv der Erde blättern will, das sich in den Sedimenten am Meeresboden Kapitel für Kapitel angesammelt hat, der muss manchmal tief bohren. Und dabei eine technische Meisterleistung vollbringen: Schließlich müssen meist erst mehrere Kilometer Wassersäule überwunden werden, bevor sich das Bohrgestänge in den Ozeanboden fräsen kann.

So geschehen vor der westafrikanischen Küste bei Namibia, wo James Zachos von der Universität von Kalifornien und sein Team mit dem Bohrschiff "Joides Resolution" fünf Sedimentkerne erbohrten, die eindeutig von einer historischen Erwärmung zeugen. Der so gewonnene fossile Meeresboden wurde vor ungefähr 50 bis 55 Millionen Jahren abgelagert und beinhaltet den Übergang vom Paleozän ins Eozän. Und obwohl diese Grenze bereits als "thermales Maximum" unter Forschern in die Klimageschichte einging, wurde das Ausmaß dieses urgeschichtlichen Treibhauses offensichtlich krass unterschätzt, zeigen nun die Schichten aus 2700 bis 4800 Meter unter dem Meeresspiegel.

Bohrkern mit Tonlage | Die 30 Zentimeter dicke Tonschicht dieses Bohrkerns zeigt das thermale Maximum am Ende des Paleozäns. Eine abrupte Versauerung des Meerwassers durch Kohlendioxideintrag löste die absinkenden Kalkschalen von Meeresorganismen auf, bevor sie den Grund erreichen konnten. Bis sich der Chemismus einigermaßen erholt hatte, vergingen mindestens 100 000 Jahre. Dies lässt sich an den langsam steigenden Kalkgehalten der jüngeren Sedimente verfolgen.
Zachos und seine Kollegen untersuchten an den fünf Kernen den Kalkgehalt. Zu Zeiten der Warmphase, in denen die Temperaturen an Land wie im Wasser um mehrere Grad höher lagen, findet sich in den Sedimenten eine charakteristische Tonschicht. Sie entstand, weil sich auf Grund der höheren Kohlendioxidkonzentrationen der Atmosphäre auch ein größerer Anteil des Treibhausgases im Wasser löste. Durch seine Reaktion mit den Wassermolekülen bildeten sich jedoch Protonen, und der pH-Wert sank. Dies wiederum führte dazu, dass die Kalkschalen der Meeresorganismen, die sich sonst als Sedimentteppich ablagerten, bereits auf ihrem Weg in die Tiefe gelöst wurden und nie unten ankamen.

Die Wassertiefe, in der das passiert, wird mit fallendem pH-Wert immer geringer. Im Laufe der Zeit aber erholte sich der Chemismus wieder, denn gleichzeitig sorgte der niedrige pH-Wert auch für einen Nachschub von gelöstem Kalk vom Meeresboden, und Verwitterungsprozesse an Land lieferten ebenfalls Minerale nach, welche die Hydronium-Ionen neutralisierten. In den Sedimentschichten zeigt sich dies als langsam steigender Kalkgehalt in den jüngeren Ablagerungen.

An den fünf Bohrkernen konnten die Forscher nun ablesen, dass die Versauerung unglaublich schnell wirkte: In weniger als 10 000 Jahren schnellte die Auflösungsgrenze für Kalk um mehr als 2000 Meter in Richtung Wasserspiegel nach oben. Bis sie wieder tief genug lag, dass Kalkschalen ungehindert den Meeresboden erreichen konnten, vergingen dagegen mindestens 100 000 Jahre.

Für dieses Ausmaß mussten unglaubliche Massen von Kohlenstoff im Wasser gelöst gewesen sein, erklären die Forscher – weit mehr als die bislang vermuteten 2000 Gigatonnen. In einer Simulation errechneten sie mehr als das Doppelte. Doch woher kamen diese gewaltigen Mengen?

Bisher nahmen Wissenschaftler an, dass freigesetztes Methan (CH4) aus gefrorenen Tiefseeablagerungen, das schnell zu Kohlendioxid oxidiert wurde, mit dazu beitrug. Das allein dürfte allerdings nicht ausgereicht haben. Sie vermuten daher nun, dass auch die Umwandlung organisch gebundenen Kohlenstoffs sowie aus untermeerischen vulkanischen Schmelzen austretende Gase und Flüssigkeiten im Nordatlantik weiteres Kohlendioxid beziehungsweise Methan lieferte.

Was bedeuten nun diese Erkenntnisse für unsere Zukunft? Würden heutzutage alle fossilen Brennstoffe verbrannt – das sind etwa 4500 Gigatonnen –, so ließen sich ähnliche Folgen für den pH-Wert und die Lebewelt der Tiefsee beobachten wie zu Beginn des Eozäns, meinen die Paläoklimatologen. Nur mit dem Unterschied, dass der Eintrag in den Ozean nur 300 Jahre dauern würde. Die Auswirkungen für den pH-Wert an der Oberfläche und die dortigen Organismen wären damit weitaus gravierender.

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