Golf von Maine: Natriumhydroxid steigert die Kohlendioxidaufnahme im Meer

Forscher berichten, dass die Zugabe von Natriumhydroxid zu Meerwasser innerhalb weniger Tage eine messbare Aufnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre auslöste.

Das Ergebnis zeigt, dass gezielte Veränderungen der Meereschemie Kohlenstoff aus der Luft binden können, ohne dass bei nahegelegenen Meereslebewesen erkennbare Schäden festgestellt wurden.

Im Inneren des roten Flecks

Ein treibender Bereich chemisch veränderten Meerwassers im Golf von Maine machte den Effekt sichtbar, während Forschende den Austausch von Kohlenstoff zwischen Luft und Ozean verfolgten.

Adam Subhas von der Woods Hole Oceanographic Institution wies anhand dieser Veränderungen nach, dass der Oberflächenozean begann, Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufzunehmen.

Schon nach wenigen Tagen war das Wasser in der Umgebung weniger sauer, während die dortigen Kohlendioxidwerte messbar sanken.

Damit wurde deutlich, dass die chemische Freisetzung die Bedingungen im Meer so veränderte, dass es zusätzlich Kohlenstoff aufnehmen konnte – und neue Fragen zur möglichen Skalierung solcher Reaktionen aufwarf.

Wie die Chemie wirkt

Fachleute bezeichnen diesen Ansatz als Erhöhung der Ozeanalkalinität: Alkalisches Material wird zugegeben, damit Meerwasser mehr Kohlendioxid aufnehmen kann.

Natriumhydroxid, eine stark alkalische Flüssigkeit, senkt den Säuregrad des Meerwassers und ermöglicht dadurch, dass die Oberfläche mehr Kohlenstoff speichert.

Reagiert dieser Kohlenstoff im Wasser, entsteht Bikarbonat, eine stabile gelöste Verbindung, die mit Natron verwandt ist.

Unter gewöhnlichen Bedingungen im Ozean bildet zusätzliches Kohlendioxid Kohlensäure, wodurch Arten, die Schalen aufbauen, stärker belastet werden.

In diesem Fall hilft die zusätzliche Alkalinität jedoch dabei, die Bildung von Kohlensäure abzupuffern und die Säurebelastung im umgebenden Wasser zu begrenzen.

Tests außerhalb des Labors

Versuche in Tanks können chemische Vorgänge zeigen, doch nur im Ozean lässt sich erkennen, wie rasch sich eine Wolke vermischt, ausbreitet und abschwächt.

Frühere Untersuchungen ausschließlich mit Farbstoff lieferten dem Team ein Konzept zur Überwachung, mit dem sich ein echtes Signal von täglichen Hintergrundschwankungen unterscheiden ließ.

Diese Vorbereitung ermöglichte es den Wissenschaftlern zu bestimmen, ob die veränderte Chemie durch die Freisetzung selbst oder durch normale Schwankungen im Ozean verursacht wurde.

Ohne eine solche Referenzgrundlage würde jede Aussage zur Kohlenstoffaufnahme auf Vermutungen statt auf überprüfbaren Belegen beruhen.

So wurde der Fleck verfolgt

Damit der Bereich sichtbar blieb, mischte die Besatzung Rhodamin bei, einen roten Tracerfarbstoff zur Verfolgung bewegter Wassermassen.

Hinter dem Schiff, das die Substanz ausbrachte, überwachte ein zweites Schiff die Chemie; zugleich erfassten Gleiter, Unterwasserroboter und Satelliten die Bewegung.

Die modellierten und die gemessenen Verläufe stimmten eng überein, und sowohl die Säurewerte als auch die Farbstoffmessungen normalisierten sich später wieder.

Die rasche Rückkehr zum Normalzustand zeigte, dass die Veränderung nachvollziehbar, vorübergehend und nicht außer Kontrolle geraten war.

Was die Meereslebewesen zeigten

Die Forschenden verglichen Wasserproben innerhalb und außerhalb des Bereichs auf Mikroben, winzige Algen, kleine treibende Tiere sowie Fisch- und Hummerlarven.

Da diese treibenden Lebensgemeinschaften schnell reagieren, lieferten sie den frühesten Hinweis darauf, ob die chemische Veränderung Lebewesen beeinträchtigte.

Das Team untersuchte jedoch weder erwachsene Fische noch Meeressäuger oder länger anhaltende ökologische Folgen direkt.

Messung der Kohlendioxid-Entnahme

In den ersten Tagen schien die Chemie zwischen zwei und zehn Tonnen (1.8–9.1 metrische Tonnen) Kohlendioxid in das Meerwasser zu ziehen.

Modellierungen deuten darauf hin, dass derselbe Bereich über Monate weiter Gas aufnehmen könnte und in einem optimalen Jahr etwa 50 Tonnen erreichen würde.

Der vollständige Klimanutzen hängt weiterhin von einer Lebenszyklusbilanz ab, also davon, die Emissionen bei Herstellung und Transport der Chemikalie einzurechnen.

„Wir brauchen unabhängige, transparente Forschung, um festzustellen, welche Lösungen funktionieren könnten“, sagte Subhas, der leitende Forscher des Projekts.

Warum sich mit dem Maßstab alles verändert

Ein funktionierender Bereich bedeutet noch keine funktionierende Industrie, denn größere Freisetzungen würden sich weiter ausbreiten und eine strengere Aufsicht erfordern.

Größere Vorhaben müssten außerdem nachweisen, dass der Kohlenstoff weiterhin bilanziert wird, nachdem die sichtbare Wolke verschwunden ist.

Deshalb ist Wissenschaftlern die Überprüfung ebenso wichtig wie die Chemie, besonders wenn Projekte über den Forschungsmaßstab hinausgehen.

Aus diesem Grund stehen kleine, eng überwachte Versuche an erster Stelle, selbst wenn die Kohlenstoffmengen bescheiden wirken.

Wer den Test genehmigte

Bevor irgendetwas ins Wasser gelangte, prüfte die US-Umweltschutzbehörde EPA über Monate Genehmigungen, Stellungnahmen und Konsultationen zum Schutz von Wildtieren.

Das Verfahren endete mit einer Genehmigung, nachdem die Behörde entschieden hatte, dass der Versuch Meeressysteme oder Nutzungen des Ozeans nicht unangemessen beeinträchtigen würde.

Entlang der Küste wurden in mehr als 50 Treffen Fischer, Vertreter indigener Gemeinschaften und weitere lokale Beteiligte in die Planung einbezogen.

Diese Schritte beseitigten die Kontroverse nicht, machten den Test jedoch öffentlicher, stärker reguliert und rechenschaftspflichtiger als ein unangekündigtes Experiment.

Nächste Schritte der Forschung

Nun beginnt der schwierige Teil: Forschende müssen ein anschauliches Feldergebnis in Zahlen überführen, die Regulierungsbehörden und Kritiker überprüfen können.

Dazu gehört, zu modellieren, wie lange der Bereich noch Kohlenstoff aufnimmt, nachdem die Schiffe abgefahren und die Farbe verschwunden ist.

Künftige Studien benötigen zudem breitere ökologische Beobachtungszeiträume, insbesondere für Fischereien, erwachsene Tiere und verzögerte biologische Reaktionen. Vorerst gilt der Test im Golf von Maine als Funktionsnachweis, nicht als Freigabe.

Was sich dadurch verändert hat

In einem sorgfältig überwachten Bereich zeigten Wissenschaftler, dass sie Meerwasser im offenen Ozean verändern, diese Veränderung verfolgen und die Aufnahme von Kohlendioxid nachweisen können.

Ebenso deutlich ließ der Test die schwierigsten Fragen offen – von der vollständigen Klimabilanz über langfristige ökologische Risiken bis hin zu öffentlichem Vertrauen.

Bildnachweis: Daniel Cojanu, Undercurrent Productions, ©Woods Hole Oceanographic Institution

Die Informationen stammen aus einer Forschungsmitteilung der Woods Hole Oceanographic Institution.