2 +

6. Der globale Kohlenstoffkohlenstoffkreislauf und seine
anthropogenen Störungen
Angaben in Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr für die Flüsse
zwischen den Reservoiren;
1
Die ozeanische thermohaline Zirkulation:
2
Die Löslichkeitspumpe
hohe Breiten:
Äquator:
Abkühlung:
Erwärmung:
hohe Löslichkeit
geringe Löslichkeit
CO2
CO2
ozeanische Zirkulation
3
Temperaturabhängigkeit von CT:
CT = f (AT, pCO2, T, S)
Beispiel:
S = 35; AT = 2300 µmol/kg; pCO2 = 360 µatm
[CO2*] [CO32-] [HCO3-]
CT
0°C
23
99
2051
2172
20°C
12
213
1782
2006
[µmol/kg]
[HCO3− ]2
k 1'
= ' (T)
*
2[CO2 ] ⋅ [CO 3 ] k 2
und
[CO2* ] = k o * pCO2
[HCO3− ]2
k 1'
= ' (T) ⋅ k o (T )
2pCO2 ⋅ [CO 3 ] k 2
4
Die biologische Pumpe
hohe Breiten
Äquator
CO2
CO2
photische Zone:
CO2-Verbrauch durch biolog. Produktion
Absinken des organischen Materials
mikrobielle Zersetzung → CO2
ozeanische Zirkulation
5
Export organischer Substanz in das Tiefenwasser:
6
Die Alkalinitätspumpe
wirkt der biologischen Pumpe entgegen und kompensiert sie
teilweise;
Äquator
hohe Breiten
CO2
CO2
photische Zone:
Verringerung der Alkalinität
durch Kalkschalenbildung
Ablagerung
Absinken der Kalkschalen
Lysokline
Calcit – Lösung,
Anwachsen der Alkalinität
7
Anthropogene Störungen des Kohlenstoffkreislaufs
Atmosphärische CO2-Gehalte in den vergangenen 1000 Jahren:
280 ppm
8
Anthropogener CO2-Anstieg in der Atmosphäre:
Nordhemisphäre
Südhemisphäre
9
Akkumulierte globale CO2-Emission:
300
250
[ Gt-C ]
200
150
100
50
0
1800
1850
1900
1950
2000
10
CO2-Emissionsszenarien:
Modellierte Entwicklung des CO2-Gehalts in der
Atmosphäre:
11
Berechnung des anthropogenen CO2 im Ozean:
Messgröße CT =
Vorindustrieller CT (pCO2 = 280 µatm + delta pCO2disequ,
AT = f (T)
+
∆CT durch Mineralisierung organischer Substanz: ∆CT/∆
∆O2 =
0.77
+
∆CT durch Calcit-Lösung: (AT – AT(Oberfläche)) /2
+
∆CTanthropogen ( = 105 Gt-C von etwa 300 Gt-C anthropogen
emittiert)
12
Verteilung des anthropogenen CO2 im Ozean:
13
Globale Verteilung des CO2-Austauschs zwischen Ozean
und Atmosphäre:
mol m-2 yr
14
Berechnung der Aufnahme von anthropogenem CO2
durch pCO2-Messungen
(schematisch)
pCO2atm
pCO2atm
pCO2
untersättigt
eRegionen
pCO2
übersättigte
Regionen
vorindustriell: Fin – Fout = 0
gegenwärtig:
Fin – Fout = Fanthropogen (etwa 2 Gt-C/yr)
15