Forscher der Universität Oxford haben herausgefunden, dass steigende Temperaturen in der Arktis die Verwitterung von Gesteinen beschleunigen, mehr Kohlendioxid freisetzen und zum Klimawandel beitragen. Ihre Forschung legt nahe, dass sich die Kohlendioxidemissionen aus dem Mackenzie River Basin bis zum Jahr 2100 verdoppeln könnten, was die Bedeutung der Einbeziehung der Sulfidverwitterung in Klimamodelle unterstreicht.
Forscher des Department of Earth Sciences der Universität Oxford haben gezeigt, dass steigende Temperaturen die Gesteinsverwitterung in der kanadischen Arktis beschleunigen und eine positive Rückkopplungsschleife erzeugen, die dazu führt, dass immer mehr Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt wird. Die Forschung wurde in Science Advances veröffentlicht.
Das Verständnis des potenziellen Beitrags von atmosphärischem Kohlendioxid durch die Verwitterung ist besonders wichtig für sensible Regionen wie die Arktis, wo sich die Oberflächenlufttemperaturen fast viermal schneller erwärmen als der globale Durchschnitt. Eine Möglichkeit besteht darin, dass bestimmte Mineralien und Gesteine mit Sauerstoff in der Atmosphäre reagieren und durch eine Reihe chemischer Reaktionen Kohlendioxid freisetzen. Beispielsweise entstehen bei der Verwitterung von Sulfidmineralien (wie „Narrengold“) Säuren, die dazu führen, dass andere nahegelegene Gesteinsmineralien Kohlendioxid freisetzen. Im arktischen Permafrost werden diese Mineralien freigelegt, wenn die Temperaturen steigen und der Boden auftaut, was möglicherweise zu einer positiven Rückkopplungsschleife führt, die den Klimawandel beschleunigt.
Bisher war jedoch weitgehend unbekannt, wie diese Reaktion auf Temperaturänderungen reagieren würde und wie viel zusätzliches Kohlendioxid freigesetzt würde.
In der neuen Studie verwendeten die Forscher Sulfat (SO42-)-Konzentrations- und Temperaturaufzeichnungen von 23 Standorten im Mackenzie River Basin, Kanadas größtem Flusssystem, um die Empfindlichkeit von Verwitterungsprozessen 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 zeigen, dass die Sulfatkonzentrationen im gesamten Einzugsgebiet mit zunehmender Temperatur schnell ansteigen. In den letzten 60 Jahren (von 1960 bis 2020) hat die Sulfidverwitterung um 45 % zugenommen, da die Temperaturen um 2,3 °C gestiegen sind. Dies verdeutlicht, dass durch die Verwitterung freigesetztes Kohlendioxid eine positive Rückkopplungsschleife auslösen kann, die die Erwärmung in der Arktis beschleunigt.
Anhand früherer Aufzeichnungen dieser Flüsse prognostizieren Forscher, dass sich die CO2-Freisetzungen aus dem Mackenzie River Basin bei einem moderaten Emissionsszenario bis zum Jahr 2100 auf 3 Milliarden Kilogramm pro Jahr verdoppeln könnten. Diese Änderung entspricht der Hälfte der jährlichen Gesamtemissionen der kanadischen Luftfahrtindustrie in einem typischen Jahr.
Hauptautorin Dr. Ella Walsh (Department of Earth Sciences, University of Oxford zum Zeitpunkt der Studie) sagte: „Wir haben herausgefunden, dass die Sulfidoxidation in der gesamten Mackenzie-Region selbst bei mäßiger Erwärmung dramatisch zunimmt. Bisher wussten wir nicht, wie temperaturempfindlich die CO2-Freisetzung aus Sulfidgestein ist und welche Haupttreiber sie in großen und zeitlichen Maßstäben darstellt.“
Nicht alle Teile des Einzugsgebiets reagieren gleich. In felsigen Bergen und Gebieten mit Permafrost ist die Verwitterung deutlich empfindlicher gegenüber der Temperatur. Durch die Simulation dieses Prozesses stellten die Forscher fest, dass die Fragmentierung des Gesteins beim Gefrieren und Brechen die Sulfidverwitterung weiter beschleunigt.
Im Gegensatz dazu kommt es in mit Torfmooren bedeckten Gebieten zu einem langsameren Anstieg der Sulfidoxidation, wenn sich das Klima erwärmt, da der Torf das Grundgestein vor diesem Prozess schützt.
Co-Autor Professor Bob Hilton (Department of Earth Sciences, University of Oxford) sagte: „Eine zukünftige Klimaerwärmung in weiten Teilen der Arktis könnte die Sulfidoxidationsraten weiter erhöhen und sich auf die regionalen Kohlenstoffkreislaufbudgets auswirken. Nachdem wir dies nun entdeckt haben, arbeiten wir daran, zu verstehen, wie diese Reaktionen verlangsamt werden können, und die Bildung von Torfgebieten scheint dazu beizutragen, Sulfidoxidationsprozesse zu reduzieren.“
In der gesamten Arktis gibt es viele ähnliche Umgebungen, in denen Gesteinsarten, große Anteile an freiliegendem Grundgestein und große Bereiche dauerhaft gefrorenen Bodens Bedingungen schaffen, in denen ein sich erwärmendes Klima zu einem raschen Anstieg der Sulfidverwitterung führt. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass diese Auswirkungen nicht auf das Mackenzie River Basin beschränkt sind.
Die Forscher glauben, dass diese Studie den Wert der Berücksichtigung der Sulfidverwitterung in groß angelegten Emissionsmodellen unterstreicht, die bei der Vorhersage des Klimawandels hilfreich sein können.
Zusammengestellt von/SciTechDaily
DOI:10.1126/sciadv.adq4893