Verwitterndes Gestein treibt Klimawandel an

Verwitterndes Gestein treibt Klimawandel an

Forscher des Department of Earth Sciences der Universität Oxford wiesen nach, dass sich die Verwitterung von Gestein in der kanadischen Arktis bei steigenden Temperaturen beschleunigt. Das löst eine positive Rückkopplungsschleife aus, die immer mehr CO₂ in die Atmosphäre freisetzt. Die Ergebnisse wurden heute in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Für empfindliche Regionen wie die Arktis, in der sich die Lufttemperatur an der Oberfläche fast viermal schneller erwärmt als im globalen Durchschnitt, ist es besonders wichtig, den potenziellen Beitrag des atmosphärischen CO₂ durch Verwitterung zu verstehen. Ein Weg führt über bestimmte Mineralien und Gesteine, die mit dem Sauerstoff in der Atmosphäre reagieren und über eine Reihe chemischer Reaktionen CO₂ freisetzen. So entsteht beispielsweise bei der Verwitterung von Sulfidmineralien (z. B. „Katzengold“) Säure, die die Freisetzung von CO₂ aus anderen Gesteinsmineralien in der Nähe bewirkt.

Im arktischen Permafrost werden diese Mineralien freigelegt, wenn der Boden aufgrund steigender Temperaturen auftaut, was als positive Rückkopplungsschleife den Klimawandel beschleunigen könnte.

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Verwitterung treibt Prozess

Bisher war jedoch weitgehend unbekannt, wie diese Reaktion auf Temperaturänderungen reagieren wird und wie viel zusätzliches CO₂ freigesetzt werden könnte.

In dieser neuen Studie verwendeten die Forscher Aufzeichnungen über die Sulfatkonzentration (SO₄^2-) und die Temperatur von 23 Standorten im Mackenzie River Basin, dem größten Flusssystem Kanadas, um die Empfindlichkeit des Verwitterungsprozesses gegenüber steigenden Temperaturen zu untersuchen. Sulfat ist wie CO₂ ein Produkt der Sulfidverwitterung und kann verwendet werden, um zu verfolgen, wie schnell dieser Prozess abläuft.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Sulfatkonzentrationen im gesamten Einzugsgebiet mit steigender Temperatur rapide anstiegen. In den letzten 60 Jahren (von 1960 bis 2020) stieg die Sulfidverwitterung um 45 %, während die Temperaturen um 2,3 ^°C anstiegen. Dies verdeutlicht, dass das durch Verwitterung freigesetzte CO₂ eine positive Rückkopplungsschleife auslösen könnte, die die Erwärmung in arktischen Regionen beschleunigen würde.

Dramatischer Anstieg der Sulfidoxidation

Anhand dieser früheren Aufzeichnungen von Flüssen prognostizierten die Forscher, dass sich das vom Mackenzie-Flussbecken freigesetzte CO₂ bis 2100 bei einem moderaten Emissionsszenario auf 3 Milliarden kg/Jahr verdoppeln könnte. Diese Veränderung entspräche etwa der Hälfte der jährlichen Gesamtemissionen des kanadischen Inlandsflugsektors in einem typischen Jahr.

Die Hauptautorin Dr. Ella Walsh (zum Zeitpunkt der Studie Department of Earth Sciences, University of Oxford) sagte: „Wir beobachten einen dramatischen Anstieg der Sulfidoxidation im gesamten Mackenzie River Basin, und das bei einer nur moderaten Erwärmung. Bisher waren die Temperaturempfindlichkeit der CO₂-Freisetzung aus Sulfidgestein und ihre Hauptursachen über große Gebiete und Zeiträume hinweg unbekannt.“

Nicht alle Teile des Flusseinzugsgebiets reagierten auf die gleiche Weise. Die Verwitterung war in felsigen Berggebieten und in Gebieten mit Permafrost viel temperaturempfindlicher. Durch die Modellierung des Prozesses konnten die Forscher zeigen, dass die Sulfidverwitterung durch Prozesse, bei denen Gesteine beim Gefrieren und Zersplittern zerbrechen, weiter beschleunigt wurde.

Umgekehrt zeigten mit Torf bedeckte Gebiete einen geringeren Anstieg der Sulfidoxidation bei Erwärmung, da der Torf das Grundgestein vor diesem Prozess schützt.

Mitautor Professor Bob Hilton (Fachbereich Geowissenschaften, Universität Oxford) sagte: „Die zukünftige Erwärmung in weiten Teilen der arktischen Landschaften könnte die Sulfidoxidationsraten weiter erhöhen und sich auf die regionalen Kohlenstoffkreislaufbudgets auswirken. Nachdem wir dies herausgefunden haben, arbeiten wir daran zu verstehen, wie diese Reaktionen verlangsamt werden können, und es scheint, dass die Bildung von Torfmooren dazu beitragen könnte, den Sulfidoxidationsprozess zu verlangsamen.“

Effekt sehr wahrscheinlich auch an anderen Orten messbar

In der Arktis gibt es zahlreiche ähnliche Umgebungen, in denen die Kombination aus Gesteinsarten, hohen Anteilen an freiliegendem Grundgestein und riesigen Gebieten mit dauerhaft gefrorenem Boden Bedingungen schafft, bei denen eine Erwärmung zu einem raschen Anstieg der Sulfidverwitterung führt. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass dieser Effekt nicht auf das Mackenzie River Basin beschränkt ist.

Laut den Forschern unterstreicht die Studie, wie wichtig es ist, die Sulfidverwitterung in groß angelegten Emissionsmodellen zu berücksichtigen, die für die Vorhersage des Klimawandels äußerst nützlich sind.

*Die Aufzeichnungen wurden von Environment Canada im Rahmen ihres National Long-term Water Quality Monitoring Programme zur Verfügung gestellt. Die Sulfatkonzentrationen wurden mithilfe der Ionenchromatographie gemessen, bei der flüssige Proben durch eine mit Harz gefüllte Säule geleitet werden, die bestimmte Ionen aufgrund ihrer Ladung anzieht.

Caroline Wood