(1)Ozeane und ihr CO2 Austausch
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(2) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Mauna Loa CO2 („Keeling“) Kurve Was verursacht die Variationen? A I p G o Y l l 1 o 9 5 1 8 1 1. Anstieg. K y o t o I P C C. 1 9 9 7. 2. Saisonale Variationen 3. El Niño Variationen. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 2.
(3) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. 280 ppm Magic numbers 180 ppm. Lüthi et al., 2008, Nature Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 3.
(4) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. ∆=3-4 y-1. IPCC 2007. 1 Gt C = 1 Pg C = 1015 g C. 1 ppm CO2 = 2.12 Pg C. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 4.
(5) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Der globale Kohlenstoffkreislauf Der Ozean ist das größte aktive C Lager (38 000 Pg C; 50 x atm.) C liegt im Ozean vor als... DIC = dissolved inorganic carbon (überwiegend), DOC = dissolved organic carbon (relativ viel), POC = particulate organic carbon (gering aber sehr aktiv), PIC = particulate inorganic carbon (noch weniger; CaCO3 als Kalzit oder Aragonit; Ikait).. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 5.
(6) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Luft-Ozean Austausch ist langsam (im Vergleich zu anderen Gasen wie O2, N2): mehrere Monate. DIC = ΣCO2 = total CO2 = TCO2 = [CO2] + [HCO3-] + [CO32-] < 1% 90% 9% bei pH = 8.2. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 6.
(7) Produktion organischer Substanz. Reminiralisation organischer Substanz. Zeebe and Wolf-Gladrow, 2001 05.06.2009. 2008 Dieter Wolf-Gladrow. 7.
(8) Das ozeanische Förderband Labrador and „GIN“ Sea. ACC = Antarctic Circumpolar Current. 1000 Jahre 05.06.2009. 2008 Dieter Wolf-Gladrow. 8.
(9) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Levi, Physics Today, 8/2008. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 9.
(10) LOHAFEX. 7 January 17 March 2009 LOHA=iron (Hindi) FEX = Fertilization EXperiment. 10.
(11) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Photosysteme I + II benötigen Fe 19Fe. 2Fe 6Fe. 19 Fe + 2 Fe + 6 Fe + 3 Fe + 1 Fe +12 Fe + 2 Fe -----------. = 51 Fe 3Fe 1Fe. 2Fe. 12Fe. Pflanzenmembran (Chlorophyll a) Shi et al. 2007 Hohe Nährsalze (NO3, PO4) wenig Chlorophyll (HNLC). Eisen Defizit. [PO4] µmol L-1 in der 50 m Deckschicht Reid, Limnol. Oceanogr., 1962 Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 11.
(12) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Eisenzufuhr in den Ozean variiert ... ... auf glazial-interglazialen Zeitskalen. Watson et al. 2000 Petit et al. 1999 Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 12.
(13) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Eisenzufuhr in den Ozean variiert .... Ocean Iron Fertilization (OIF) ... auf glazial-interglazialen Zeitskalen `Give me half a tanker of ... auf saisonalen Zeitskalen iron and I will give you (starke Stürme liefern Staub von den Kontinenten) an ice age´, John Martin 1989. Die wichtigste Eisenquelle in den offenen Ozean: 16 Millionen Tonnen Staub pro Jahr, ca. 1 Million Tonnen -> in den Südozean Data: Jickells et al 2005. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 13.
(14) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Ein Störungsexperiment ... um Struktur und Funktion des pelagischen Ökosystems zu untersuchen. - Wie wird das Ökosystem reagieren? - Welche Konsequenzen ergeben sich im Karbonatsystem (CO2)? - Wie hoch wird die Exportproduktion sein? Die Störung: 20 t Eisensulfat wird über 300 km2 eingetragen ≈ 6 t Eisen ≈ 0.01 g Fe m-2 (eine 4000 m Wasserschicht enthält ca. 10 mal mehr Fe). Das Ziel: die Konzentration in der Deckschicht soll 2 nmol L-1 betragen (Leitungs- oder Mineralwasser enthält 100 mal höhere Konzentrationen). Verhindere eine zu starke Ausdehnung des Fleckens, indem das Zentrum eines mesoskaligen Eddies gedüngt wird. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 14.
(15) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Ein guter Eddy sollte ... ... mindestens 2 Monate lang stabil sein. ... hohe Nährsalzkonzentrationen aufweisen. ... eine Saatpopulation Phytoplankton beherbergen von mindestens 0.5 mg Chlorophyll m-3.. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 15.
(16) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Das Untersuchungsgebiet Ursprügliches Ziel: Ein zyklonischer Ozeanwirbel bei ~50oS, 35oW, der allerdings 2009 keinen Bestand hatte. Auch andere Wirbel in der Region waren ungeeignet.. Der LOHAFEX Wirbel lag bei 48oS, 16oW.. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 16.
(17) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Phytoplankton. Diatomee (Chaetoceros). Wer wird gewinnen?. Phaeocystis. Dinoflagellat (Ceratium). Coccolithophorid Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 17.
(18) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Phytoplankton Diatomeen: hohe Wachstumsraten, aber keine Blüte wegen zu geringer Silikatkonzentrationen.. Ceratium: keine Blüte nach Eisenzugabe.. Phaeocystis: deutlicher Coccolithophoriden: Anstieg auf Eisenkeine Blüte zugabe aber keine Blüte nach Eisenzugabe. wahrscheinlich aufgrund des hohen Fraßdrucks.. Gewinner: Picophytoplankton. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 18.
(19) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Zooplankton. Copepoden (≈ 3 mm) Pteropoden (≈ 2 mm). Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. Amphipoden (≈ 3 cm) Limacina retroversa australis (≈ 2 mm). 19.
(20) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Gase: Sauerstoff Geringe Schwankungen zwischen den Stationen im Tiefenwasser. Aber hohe Schwankungen in der Deckschicht aufgrund biologischer Produktion.. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 20.
(21) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Gase: N20 – CKW - DMS Die Konzentrationen aller anderen gemessenen Gase lagen innerhalb der natürlichen Variabilitäten im offenen Ozean. Datenquelle: www.awi.de/en/news/selected_news/2009/lohafex/ Inpatch and outpatch DMSPt 35 30. Conc(nM). 25 20. Inpatch Outpatch. 15 10 5 0 -2. 8. 18. 28. 38. 48. Days. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 21.
(22) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. LOHAFEX Blüte aus dem Weltraum Die Startbedingungen waren anders im Vergleich zu allen anderen Ozeandüngungsexperimenten (z.B. geringer Gehalt an Silikat im Oberflächenwasser) Phytoplankton reagierte sofort auf EISEN (hohe Fv/Fm). LOHAFEX. Moderater Chlorophyll-Anstieg (Maximum ~1.7 mg m-3) PP erhöht um den Faktor 2 Geringe Änderungen in der bakteriellen Biomasse und Produktion. 22.
(23) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. CO2 Aufnahme? Kohlenstoff Export? Parameter. LOHAFEX. EIFEX. Chlorophyllanstieg System Biomasseverbleib C-Aufnahme. F = 2-3 rezirkulierend im oberen Pelagial gering. F=5 exportierend Tiefsee hoch. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 23.
(24) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Schlussfolgerungen 1 Eisenzugabe stimuliert die Produktion. EIFEX zeigte, dass Eisendüngung in HNLC-Gebieten Diatomeen stimuliert, günstige Rahmenbedingungen vorausgesetzt. Kohlenstoff wird exportiert. LOHAFEX zeigte, dass Eisendüngung in HNLC-Gebieten, die arm an Silikat sind und reich an Zooplankton, nicht immer Algenblüten erzeugen. Picophytoplankton und Zooplankton profitierten. Positive Effekte für höhere trophische Stufen sind wahrscheinlich. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 24.
(25) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Schlussfolgerungen 2 CO2 Aufnahme und C-Export hängen also nicht nur von der Chemie ab (NO3 + PO4 + Fe -> ...). Zustand und Wirkungsgefüge des gesamten Ökosystems spielen hierbei eine entscheidende Rolle. Wichtig sind die Startbedingungen, besonders: die Hydrographie (Wirbel), die Planktonzusammensetzung und die Nährsalzkonzentrationen (Silikat, Eisen).. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 25.
(26) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. wichtigste Schlussfolgerung Das Potential der Ozeandüngung durch Eisen als Maßnahme zur CO2 Regulierung scheint geringer als bisher gedacht.. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 26.
(27) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Spannungsfelder Kontra Fe. Pro Fe. International Emissions Trading Association (IETA). “I do not support the view that this experiment suggests that OIF in the rest of the Southern Ocean is unlikely to make a contribution to climate mitigation”. ...and... "I would be reluctant to extrapolate from any one experiment anything having to do with the efficacy of iron fertilization as a carbon-sequestration strategy," says Coale.” [Science, ScienceInsider, March 31, “Debate: Do Gobbled Algae Mean Carbon Fix Sunk?” Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 27.
(28) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Geoengineering oder Grundlagenforschung? Geoengineering ist die bewusste Manipulation des Systems auf großen Skalen – meist global. Geoengineering wird durchgeführt, um menschliche Eingriffe umzukehren oder zumindest zu reduzieren. (R.A. Frosch, Physics Today 3/2009) Geoengineering: Entwicklung, Verbesserung und Anwendung von Methoden, um atmospherische Treibhausgase oder einfallende Sonnenstrahlung zu reduzieren und so den Klimawandel abzumildern. Die LOHAFEX Ergebnisse eines geringen C-Exports sind hierfür ungünstig. Grundlagenforschung: Untersuchungen zur Struktur und Funktion von Ökosystemen unter verschiedensten Bedingungen. Die LOHAFEX Ergebnisse sind ein großer Vorschritt, um das System zu verstehen und zu modellieren. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 28.
(29) Ozeane und ihr CO2 Austausch Motivation Hintergründe Beispiele Diskussion. Weitere Entwicklung Die London Convention und das London Protocol (LC/LP) der International Maritime Organization IMO erarbeitet ein sehr umfangreiches “Assessment Framework for Scientific Research Involving Ocean Fertilization”.. Ulrich Bathmann - „Geoengineering“ DFG 4. Juni 2009, Kiel. 29.
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