Mechanismen der Kohlenstoffspeicherung im Ozean einfach erklärt

Hast du dich jemals gefragt, wohin das ganze Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) aus unseren Autos und Fabriken geht? Die Atmosphäre behält nicht alles! Der Ozean wirkt wie ein gigantischer, unsichtbarer Schwamm und saugt riesige Mengen dieses Gases auf. In diesem Artikel lernst du die Mechanismen der Kohlenstoffspeicherung im Ozean kennen. Du erfährst, wie das Meerwasser das $\text{CO}_2$ schluckt und wie winzige Lebewesen sowie gewaltige Meeresströmungen dafür sorgen, dass es tief im Ozean für lange Zeit weggesperrt wird.

Vorwissen

• Treibhausgase: Gase wie $\text{CO}_2$ in der Atmosphäre halten die Wärme der Sonne auf der Erde fest.

  Beispiel: Zu viel $\text{CO}_2$ führt dazu, dass sich die Erde erwärmt (Treibhauseffekt).

• Fotosynthese: Pflanzen nehmen $\text{CO}_2$ und Sonnenlicht auf, um daraus Energie und Sauerstoff herzustellen.

  Beispiel: Ein Baum wächst, indem er $\text{CO}_2$ aus der Luft aufnimmt und in Holz umwandelt.

Aufgabentyp 1: Das physikalische Förderband des Ozeans

Der erste wichtige Mechanismus der Kohlenstoffspeicherung im Ozean ist rein physikalisch. Gase wie Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) können sich unsichtbar in Wasser lösen. Das kennst du von Sprudelwasser, in dem ebenfalls $\text{CO}_2$ gelöst ist. Der Ozean und die Luft tauschen ständig $\text{CO}_2$ aus. Weil wir Menschen viel $\text{CO}_2$ in die Luft pusten, nimmt der Ozean aktuell mehr davon auf, als er abgibt.

Dabei gibt es eine wichtige Regel: Kaltes Wasser kann viel mehr $\text{CO}_2$ speichern als warmes Wasser.

Hier kommen die globalen Meeresströmungen ins Spiel, wie zum Beispiel der Golfstrom. Dieses System funktioniert wie ein riesiges Förderband. Warmes Wasser fließt an der Meeresoberfläche von den heißen Tropen in Richtung der kalten Polarregionen (wie Nordeuropa). Dort kühlt das Wasser stark ab.

Wenn das Wasser abkühlt, passiert etwas Besonderes: Es zieht sich zusammen, wird dichter und damit schwerer. Außerdem ist es sehr salzig, was es noch schwerer macht. Dieses schwere, kalte Wasser sinkt tief in den Ozean hinab (über 1000 Meter tief). Da es an der Oberfläche viel $\text{CO}_2$ aufgenommen hat, reißt es dieses Gas mit sich in die Tiefe. So wird das $\text{CO}_2$ für lange Zeit in der Tiefsee eingesperrt.

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 1

Aufgabe

Wir beobachten im Experiment, wie die Temperatur beeinflusst, wie viel Gas im Wasser gelöst bleiben kann. Materialien: 2 Bechergläser, 200 mL eiskaltes Mineralwasser (mit viel Kohlensäure), eine Heizplatte. ⚠️ Sicherheitshinweis: Vorsicht im Umgang mit der Heizplatte, um Verbrennungen an den Händen zu vermeiden. Durchführung: 1. Fülle jeweils 100 mL des eiskalten Mineralwassers in die beiden Bechergläser. 2. Stelle ein Becherglas auf die Heizplatte und erwärme es leicht, während das andere Becherglas auf dem kalten Tisch stehen bleibt.

Lösung Schritt für Schritt

Fortschritt

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   Schritt 1
   Beobachtung

   Im erwärmten Becherglas steigen sofort sehr viele und große Bläschen auf. Das Wasser sprudelt stark und verliert schnell sein Gas. Im kalten Becherglas steigen nur wenige, kleine Bläschen auf.

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   Schritt 2 · Ergebnis
   Erklärung

   Warmes Wasser kann Gase wie $\text{CO}_2$ viel schlechter festhalten. Das Gas entweicht in die Luft. Kaltes Wasser hingegen hält das Gas gut gelöst.

Ergebnis:

Genau deshalb nimmt das kalte Meerwasser in den Polarregionen so viel $\text{CO}_2$ auf und transportiert es in die Tiefe.

Aufgabentyp 2: Die biologische Pumpe des Ozeans

Neben den Meeresströmungen gibt es noch einen zweiten Weg für die Mechanismen der Kohlenstoffspeicherung im Ozean: die Biologie. In den oberen, lichtdurchfluteten Schichten des Meeres schweben winzige pflanzliche Lebewesen, das sogenannte Phytoplankton.

Genau wie Pflanzen an Land nutzt das Phytoplankton das Sonnenlicht, um Fotosynthese zu betreiben. Dabei saugt es $\text{CO}_2$ aus dem Wasser auf und baut den Kohlenstoff in seinen eigenen Körper ein. Das Phytoplankton ist die wichtigste Nahrungsquelle im Meer. Kleine Krebse fressen das Plankton, Fische fressen die Krebse – so wandert der Kohlenstoff durch das gesamte marine Nahrungsnetz.

Wenn diese Tiere sterben oder Ausscheidungen produzieren, wird das meiste davon noch an der Wasseroberfläche von anderen Lebewesen gefressen und zersetzt. Aber etwa 1 % dieser Überreste sinkt wie ein ständiger Meeresschnee hinab in die dunkle Tiefsee.

Dort unten zersetzen Bakterien die Reste, wobei wieder $\text{CO}_2$ entsteht. Doch weil der Wasserdruck in der Tiefsee so extrem hoch ist (wie ein unsichtbarer Deckel auf einer Flasche), kann das Gas nicht zurück an die Oberfläche blubbern. Es bleibt unten gefangen.

Zusätzlich bauen bestimmte Arten von Phytoplankton (wie Kalk- und Kieselalgen) winzige harte Schalen um sich herum. Wenn sie sterben, sinken diese Schalen auf den Meeresboden. Über Millionen von Jahren sammeln sie sich dort an und bilden dicke Schichten aus Sediment (Gestein). So wird der Kohlenstoff für eine halbe Ewigkeit sicher weggesperrt.

Wichtige Erkenntnisse

• Der Ozean nimmt riesige Mengen $\text{CO}_2$ aus der Atmosphäre auf.
• Kaltes Wasser löst mehr $\text{CO}_2$ als warmes Wasser. Absinkende Meeresströmungen transportieren es in die Tiefsee.
• Phytoplankton nimmt $\text{CO}_2$ an der Wasseroberfläche durch Fotosynthese auf.
• Abgestorbene Lebewesen und Kalkschalen sinken auf den Meeresboden und speichern den Kohlenstoff dort dauerhaft.