// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Südlicher Ozean könnte vom CO₂-Speicher zur CO₂-Quelle werden
Klimaparadox: Selbst wenn die Menschheit ihre CO₂-Emissionen auf null senkt oder der Atmosphäre netto Kohlendioxid entzieht, könnte der Südliche Ozean langfristig vom Kohlenstoffspeicher zur Quelle werden. Modellrechnungen zeigen, dass anhaltende Erwärmung, sinkende Alkalinität und der intensive Gasaustausch rund um die Antarktis diese verspätete Freisetzung begünstigen.
Seoul (Südkorea). Der Südliche Ozean nimmt heute große Mengen des vom Menschen freigesetzten Kohlendioxids auf und bremst damit den Anstieg des Treibhausgases in der Atmosphäre. Doch wie dauerhaft diese Senkenwirkung bleibt, wenn die Emissionen stark sinken oder sogar netto negativ werden, ist bisher unsicher.
Ein Grund dafür ist die Trägheit des Klimasystems. Ozeane speichern Wärme und Kohlenstoff über lange Zeiträume und reagieren deshalb nicht sofort auf fallende CO₂-Werte der Atmosphäre. Eine solche verzögerte Rückkehr wird als Klima-Hysterese bezeichnet. Sie kann dazu führen, dass der Weg zurück nicht einfach das Spiegelbild der vorherigen Erwärmung ist.
Forscher der Seoul National University (SNU) um Prof. Jong-Seong Kug haben nun untersucht, wie sich der Kohlenstoffaustausch des Südlichen Ozeans unter zwei idealisierten Klimaschutzpfaden entwickelt. Mit dem Community Earth System Model Version 2 (CESM2) simulierten sie zum einen einen Übergang zu null CO₂-Emissionen und zum anderen eine Phase anhaltender negativer Emissionen, in der der Atmosphäre netto Kohlendioxid entzogen wird. Zusätzlich verglich das Team das Muster mit mehreren Modellen des Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6).
Das Ergebnis: In beiden Modellpfaden schwächt sich die Aufnahme von Kohlendioxid zunächst ab. Später kann sich das Vorzeichen des Austauschs umkehren und der Südliche Ozean netto CO₂ an die Atmosphäre abgeben, obwohl deren Kohlendioxidgehalt bereits wieder sinkt. Auch die Mehrmodell-Auswertung zeigt nach dem Emissionsstopp einen zunehmenden Trend zur Freisetzung, allerdings unterscheiden sich Zeitpunkt und Stärke zwischen den Modellen.
Als wichtigsten Auslöser identifizieren die Analysen eine anhaltend erhöhte Meeresoberflächentemperatur rund um die Antarktis. Das Wasser gibt nach der Emissionsminderung weiterhin zuvor gespeicherte Wärme ab und kühlt daher nur verzögert. Wärmeres Meerwasser kann weniger Kohlendioxid lösen, wodurch der CO₂-Partialdruck an der Oberfläche steigt.
Hinzu kommt eine Abnahme der Alkalinität im Oberflächenwasser. Eine geringere Alkalinität schwächt die chemische Fähigkeit des Meerwassers, zusätzliches Kohlendioxid aufzunehmen. Dazu tragen in den Simulationen unter anderem biologisch bedingte Verlagerungen von Alkalinität in die Tiefe und eine stärkere Schichtung des Ozeans bei. Zusammen halten Erwärmung und chemische Veränderungen den CO₂-Partialdruck des Wassers hoch.
Dadurch kann sich schließlich das Druckgefälle zwischen Meer und Atmosphäre umkehren. Liegt der CO₂-Partialdruck an der Meeresoberfläche über dem der Luft, strömt Kohlendioxid nicht mehr bevorzugt in den Ozean, sondern zurück in die Atmosphäre.
Im Südlichen Ozean kommt ein regionaler Verstärker hinzu. Starke Westwinde und die hohe CO₂-Löslichkeit des kalten Wassers sorgen dort für einen besonders hohen Gasaustausch zwischen Meer und Luft. Schon ein vergleichsweise kleines umgekehrtes CO₂-Gefälle kann deshalb einen kräftigen Ausstrom bewirken.
Wie wichtig dieser Effekt ist, testeten die Forscher, indem sie in ihrer Auswertung den hohen regionalen Gasaustauschkoeffizienten durch einen globalen Mittelwert ersetzten. Dann ging die berechnete kumulierte CO₂-Freisetzung stark zurück oder der Südliche Ozean blieb länger eine Senke. Das spricht dafür, dass die besonderen physikalischen Bedingungen der Region die chemisch und thermisch ausgelöste Freisetzung wesentlich verstärken.