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Tracing carbon exchanges/fluxes between Arctic and Atlantic basins

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Auf den Spuren eines bedeutenden Exports der Arktis: Ozeanischem Kohlenstoff

Zusätzlich zum schmelzenden Permafrost, dem schwindenden Meereis und anschwellenden Flüssen wird der Klimawandel vermutlich verheerende Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf der Arktis haben. Ein EU-finanziertes Projekt erkundet neue Methoden, den Weg von Kohlenstoff vom Nordpolarmeer zum atlantischen Ozean nachzuverfolgen und die Auswirkungen dieser Dynamik einzuschätzen.

Klimawandel und Umwelt

Die Meeresbecken sind voll von organischen Bestandteilen, die Überreste des Lebens ausmachen und einen der größten Kohlenstoffspeicher der Erde darstellen. Veränderungen von deren Konzentration oder Verteilung könnten sich merklich auf den weltweiten Kohlenstoffzyklus auswirken, der unser Klima reguliert. Umgeben von großen Landmassen ist das Nordpolarmeer reich an solchen Bestandteilen. Eine große Menge dieses Kohlenstoffs wird über die Framstraße zwischen Grönland und Spitzbergen in den Nordatlantik exportiert. Die steigenden Temperaturen in der Arktis werden die Kohlenstoffabgabe vermutlich erhöhen: der schmelzende Permafrost könnte immense Mengen Kohlenstoff aus arktischen Böden freilassen, die 50 % des globalen Kohlenstoffs im Boden enthalten. Das Projekt CarbEx (Tracing carbon exchanges/fluxes between Arctic and Atlantic basins) wurde mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt und sollte die Dynamik des arktischen Kohlenstoffstroms messen und verstehen.

Entdeckung zukünftiger Veränderungen

„Das Nordpolarmeer enthält im Vergleich zu anderen Ozeanen eine unverhältnismäßig große Menge gelösten organischen Materials, da es von großen arktischen Flüssen umgeben ist“, erklärt der CarbEx-Projektleiter Colin Stedmon. Gemeinsam mit seinem Team am Nationalen Institut für Meeresforschung an der Technischen Universität Dänemark, dem Projektträger, und in enger Zusammenarbeit mit dem Fram Strait Arctic Outflow Observatory entwickelte er eine Methode, den gelösten organischen Kohlenstoff durch die Framstraße, die Passage zwischen Grönland und Spitzbergen, nachzuverfolgen. Der neue Ansatz des CarbEx-Teams verwendet Daten von Anlegestellen in dieser Straße, um die Kohlenstoffexporte der Arktis zu messen. Diese Daten sollen mit Messungen der Erdbeobachtung per Satellit kombiniert werden. Sie bestimmten das Verhältnis zwischen den optischen Eigenschaften von Kohlenstoff – wie die Moleküle Licht absorbieren und abstrahlen – und dem Ursprung des Wassers an der Oberfläche des Nordpolarmeeres. Anhand dieser Erkenntnisse konnten sie einen Algorithmus entwickeln, der die saisonalen und jährlichen Schwankungen des Kohlenstoffexports der Arktis erkennen kann, und einen Ausgangswert zur Bestimmung zukünftiger Veränderungen festlegen. „Wir haben jetzt einen Ansatz, um die jährlichen Schwankungen des Kohlenstoffexports zu messen“, sagt Rafael Gonçalves-Araujo, der Hauptforscher von CarbEx. „Wir erwarten in den kommenden Jahren signifikante Veränderungen der Strömungen vom Nordpolarmeer in den Atlantischen Ozean, da die arktische Temperatur, der Schmelzwasseranteil und der Zufluss gelöster organischer Stoffe durch Flüsse steigen.“

Neue Perspektiven

Eine der zentralen Vorteile der neuen Methode ist, dass der Kohlenstoffexport auf der Grundlage von Daten von Plattformen, die nicht speziell auf biogeochemische Eigenschaften ausgerichtet sind, geschätzt werden kann. Das öffnet neue Perspektiven, unser Verständnis des arktischen Kohlenstoffkreislaufs zu vertiefen. Die Forschenden nutzen auch eisdriftende Profiler, um Informationen über den Ursprung und die Zirkulation des Oberflächenwassers der Arktis zu erhalten. „Solche autonomen Plattformen können stetige Messungen unter dem Eis in sehr abgelegenen Gebieten, wie dem zentralen Nordpolarmeer, liefern“, merkt Stedmon an. Mit einem solchen Ansatz könnte eventuell sogar der Süßwasseranteil aus geschmolzenem Meereis, Flusseinspeisungen und dem pazifischen Ozean getrennt werden. Die über CarbEx gesammelten Daten werden weiterhin von norwegischen und dänischen Forschungsprojekten und Beobachtungsprogrammen aktualisiert, um zukünftige Veränderungen des arktischen Kohlenstoffexports zu dokumentieren. „Wir analysieren die Daten auch, um festzustellen, ob es Variationen in der Zusammensetzung der gelösten organischen Stoffe gibt. Das könnte Veränderungen der gesamten arktischen Zirkulation durch den Klimawandel widerspiegeln“, fügt Gonçalves-Araujo hinzu.

Schlüsselbegriffe

CarbEx, Arktis, gelöste organische Stoffe, organische Verbindungen, Kohlenstoffspeicher, Nordpolarmeer, gelöster organischer Kohlenstoff, Framstraße

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29 September 2021