Mesokosmen

Meere als Kohlenstoffspeicher

Eine DAM-Forschungsmission

Das Problem ist bekannt: Immer mehr Kohlenstoff gelangt aufgrund menschlicher Aktivitäten in die Atmosphäre. Die heizt sich auf. Das Klima ändert sich und mit ihm die Lebensbedingungen auf unserem Planeten. In der ersten Forschungsmission der Deutschen Allianz Meeresforschung (DAM) untersuchen rund 200 Forschende in sechs Verbundprojekten, wie die klimaregulierende Wirkung des Ozeans in Zukunft verstärkt werden kann.

Das Element Kohlenstoff ist mit seiner fast unüberschaubaren Menge an Verbindungen Grundlage für das Leben auf der Erde. Seine Verteilung bestimmt außerdem das Klima auf unserem Planeten. Ist viel Kohlenstoff im Erdinneren oder im Ozean gebunden und nur wenig als gasförmiges Kohlendioxid in der Atmosphäre, ist es auf der Erde eher kühl. Je mehr in die Atmosphäre gelangt, desto wärmer wird es. In den vergangenen 250 Jahren hat die Menschheit gigantische Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre entlassen. Die Folgen sind als Erderwärmung spür- und messbar.

Das Pariser Klimaabkommen setzt klare Ziele. Die unterzeichneten Staaten haben sich verpflichtet, die globale Erwärmung auf deutlich unter 2 °C zu begrenzen. Plausible Szenarien, wie dies allein durch Emissionsvermeidung erreicht werden kann, fehlen. Daher muss zusätzlich CO2 aus der Atmosphäre entnommen werden. Neben terrestrischen Methoden werden zunehmend marine Methoden der CO2-Entnahme untersucht, denn der Ozean ist mit seinen Funktionen als Wärme- und Kohlenstoffspeicher einer der wichtigsten Regulatoren des Klimas.

Die DAM-Forschungsmission „Marine Kohlenstoffspeicher als Weg zur Dekarbonisierung“ untersucht, ob und inwieweit der Ozean eine wesentliche und nachhaltige Rolle bei der Aufnahme und Speicherung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre spielen kann. Darüber hinaus werden Zusammenhänge mit und Auswirkungen auf die Meeresumwelt, das Erdsystem und die Gesellschaft ermittelt.

Ozean und Wolken
Kann der Ozean dabei helfen, aktiv Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entnehmen und zu speichern, um so den Klimawandel zu begrenzen? Dies ist eine der Kernfragen der ersten Forschungsmission der DAM. | Foto: Ralf Prien / IOW
Prof. Katja Matthes, Direktorin GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und Mitglied des DAM-Vorstands
Prof. Katja Matthes, Direktorin GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und Mitglied des DAM-Vorstands | Bild: picture alliance/dpa/Axel Heimken

“Wie können wir den Ozean schützen und seine unschätzbaren Dienste für den Klimaschutz nachhaltig nutzen? Die Mission der Deutschen Allianz Meeresforschung zur Kohlendioxid-Aufnahme im Ozean leistet wichtige Beiträge zur Minderung des Klimawandels und für das Erreichen der Pariser Klimaziele: In sechs Verbundprojekten untersuchen rund 200 Forschende Handlungsoptionen einer erhöhten Aufnahme des Treibhausgases im Meer und analysieren Risiken und Nutzen aus inter- und transdisziplinärer Perspektive. So unterstützt die DAM politische und gesellschaftliche Entscheidungen für eine klimafreundliche Zukunft mit dem Ozean.”

Die DAM-Forschungsmission

Bei der Analyse und Bewertung von Maßnahmen zur Erhöhung der Kohlendioxid-Aufnahme und -Speicherung durch das Meer werden sowohl Risiken als auch Nutzen berücksichtigt und ihre potenziellen sowie wirtschaftlichen, politischen, sozialen und rechtlichen Rahmenbedingungen und Auswirkungen bewertet. Um das zu erreichen ist eine transdisziplinäre und interdisziplinäre Herangehensweise sowie ein enger Dialog mit Stakeholdern erforderlich. Durch die Bereitstellung konkreter Handlungsoptionen sowie die konsequente Umsetzung von Maßnahmen des Wissenstransfers und der Datenbereitstellung soll die spätere Nutzung der Ergebnisse in Politik und Gesellschaft sichergestellt werden. Damit kommt die DAM ihrem Auftrag nach, wissenschaftsbasierte Entscheidungsoptionen für einen nachhaltigen Umgang mit den Küsten, Meeren und Ozeanen zu erarbeiten.

„Marine Kohlenstoffspeicher als Weg zur Dekarbonisierung“
Kurztitel: CDRmare

Prof. Dr. Andreas Oschlies
GEOMAR Helmholtz Zentrum für Ozeanforschung Kiel
Prof. Dr. Gregor Rehder
Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW)

Dr. Christiane Schelten (Projektmanagerin CDRmare)
Ulrike Bernitt (Wissenstransfermanagerin CDRmare)

Projektpartner

(alphabetisch)

  • Alfred-Wegener-Institut Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung
  • Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
  • Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
  • Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
  • Deutsches Meeresmuseum
  • Fachhochschule Kiel
  • Fichtner GmbH & Co. KG
  • Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik
  • GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
  • Helmholtz-Zentrum Hereon
  • Institut für Weltwirtschaft (IfW Kiel)
  • K.U.M. Umwelt- und Meerestechnik Kiel GmbH,
  • Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
  • Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde
  • Leibniz Universität Hannover
  • Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung
  • Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie
  • Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung
  • Sea & Sun Technology GmbH
  • Stiftung Wissenschaft und Politik
  • TrueOcean GmbH
  • Universität Bremen
  • Universität Hamburg

Forschungsverbünde

In sechs Verbünden werden verschiedene Methoden der marinen Kohlendioxid-Entnahme und Speicherung hinsichtlich ihres Potenzials, ihrer Risiken und möglicher Nebenwirkungen untersucht sowie Auswirkungen auf die Meeresumwelt, das Erdsystem und die Gesellschaft ermittelt und in einem transdisziplinären Bewertungsrahmen zusammengeführt.

ASMASYS
wird das Wissen über die marinen Möglichkeiten der aktiven Kohlendioxid-Reduzierung in der Atmosphäre zusammenführen und einen einheitlichen Bewertungsrahmen für die unterschiedlichen Ansätze entwickeln. Neben naturwissenschaftlichen Grundlagen und Fragen technischer Machbarkeit werden rechtliche, soziale und ethische Aspekte sowie politische Rahmenbedingungen berücksichtigt. Koordination: Prof. Dr. Gregor Rehder, IOW, mehr

RETAKE
untersucht, ob und in welcher Form marine Alkalinitätserhöhung ein praktikables Verfahren sein kann, um signifikante Mengen von Kohlendioxid auf umweltverträgliche und gesellschaftlich verantwortbare Weise dauerhaft aus der Atmosphäre zu entnehmen. Koordination: Prof. Dr. Andreas Oschlies, GEOMAR, mehr

sea4soCiety
rückt die Kohlenstoffspeicherung in vegetationsreichen Küstenökosystemen in den Mittelpunkt. Unter Berücksichtigung weiterer gesellschaftlicher Nutzung, sowie potenzieller Risiken, werden innovative Ansätze entwickelt, die dieses natürliche Potenzial der Kohlenstoffspeicherung verbessern sollen. Koordination: Prof. Dr. Martin Zimmer, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung – ZMT, mehr

GEOSTOR
erforscht das Potenzial der unterirdischen Speicherung von Kohlendioxid in Sandsteinformationen unter der Nordsee. Ziel ist es, die Speicherkapazitäten in der deutschen Nordsee zu quantifizieren und die damit verbundenen Risiken und Chancen zu analysieren. Koordination: Prof. Dr. Klaus Wallmann, GEOMAR, mehr

TestArtUp
untersucht, ob und in welcher Form durch den Auftrieb von nährstoffreichem Tiefenwasser das oberflächennahe Planktonwachstum gefördert und so mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre gebunden werden kann. Koordination: Prof. Dr. Ulf Riebesell, GEOMAR, mehr

AIMS³
untersucht, inwieweit Kohlendioxid in der basaltischen oberen Ozeankruste als Karbonat permanent gespeichert werden kann. Geplante Laborexperimente flankieren Studien der natürlichen Systeme am Mittelatlantischen Rücken. Innovative Monitoringsysteme sollen die Umweltfolgen überwachen. Koordination: Prof. Dr. Achim Kopf, MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen, mehr

Ozeanbasierte Methoden der Kohlendioxid-Entnahme aus der Atmosphäre
Ozeanbasierte Methoden der Kohlendioxid-Entnahme aus der Atmosphäre | Creative Commons Lizenz: BY-NC-ND // Artwork: Rita Erven, GEOMAR
Mesokosmen
Bei verschiedenen Mesokosmen-Versuchen geht es in den Verbünden RETAKE und Test-ArtUp um Machbarkeit und Potenzial, aber auch Umweltrisiken der getesteten Verfahren zur Förderung der Kohlenstoffaufnahme des Ozeans. | Foto: Ulf Riebesell/GEOMAR

Meere als KohlenstoffspeicheR

Die Ozeane enthalten mehr als 50-mal so viel Kohlenstoff wie die Atmosphäre. Dadurch, dass sie einen hohen Anteil Kohlendioxid aufnehmen, haben sie bisher dem menschgemachten Klimawandel entgegen gewirkt. Seit Beginn der Industrialisierung um 1800 haben die Ozeane rund ein Viertel des zusätzlichen Kohlendioxids gespeichert, das Menschen vor allem durch das Verbrennen von Kohle, Erdöl und Erdgas sowie das Vernichten von Wäldern in die Atmosphäre entlassen haben.

Doch weil die Konzentration an klimaschädlichen Gasen in der Luft in den letzten Jahrzehnten stetig gestiegen ist, schwächelt diese Speicherwirkung. Die Weltmeere nehmen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und lösen es in Form von Kohlensäure. Dadurch wird das Meerwasser saurer, zusätzlich durch den Klimawandel auch wärmer und noch dazu sinkt der Sauerstoffgehalt. Diese Effekte verringern die Aufnahmekapazität der Meere für Kohlendioxid. Wird das Meerwasser zu warm und zu sauer, hat das außerdem Konsequenzen für die Meereslebewesen und Ökosysteme, die ebenfalls einen erheblichen Anteil an der Kohlenstoffspeicherung im Ozean haben.

Neben physikalischen und chemischen Prozessen steuern Meereslebewesen die Kohlendioxid-Aufnahme im Ozean über die sogenannte biol­­­o­gische Pumpe. In der obersten Wasserschicht treiben winzige Algen umher, das Phytoplankton. Sie nehmen Kohlendioxid auf und nutzen die Energie des Sonnenlichts, um daraus mittels Photosynthese Biomasse aufzubauen. Sterben sie, sinkt ein Teil der gebildeten Biomasse in die Tiefe ab – inklusive des in ihm gebundenen Kohlenstoffs. Langfristig gespeichert wird jedoch nur der Anteil, der nicht in den biologischen Stoffkreisläufen umgesetzt und wieder als Kohlendioxid freigesetzt wird.

Wie sich die biologische Pumpe in Zukunft verändern wird, ist noch unsicher. Beteiligt sind eine Vielzahl von Mechanismen, deren Ineinanderwirken erst erforscht wird. Fest steht, dass Meereslebewesen einen erheblichen Anteil an der Funktion der Ozeane als Kohlenstoffspeicher haben. Meeres- und Küstenökosysteme zu schützen hat also eine direkte Klimarelevanz und gewährleistet außerdem den Erhalt der Artenvielfalt und der Ökosystemleistungen, etwa die Versorgung mit Nahrung aus dem Meer und die geistige und körperliche Erholung der Menschen.

Seegraswiesen sind Kohlenstoffspeicher und wertvoller Lebensraum zugleich
Seegraswiesen sind Kohlenstoffspeicher und wertvoller Lebensraum zugleich | Bild: Dirk Schories

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Die Bundesregierung und die Regierungen der fünf norddeutschen Bundesländer unterstützen den derzeitigen Aufbau und fördern die DAM. Zusätzlich wird die DAM durch die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren unterstützt.

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