KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Ruß kann wärmend oder kühlend wirken: Unsicherheitsfaktor in Klimavorhersagen

Montag 22. April 2013 von birdfish

Die Verbrennung von fossilen und nachwachsenden Rohstoffen beeinflusst unser Klima durch die Entstehung von Ruß.

Schwarzer RauchRauch eines Feuers in extrem trockener Vegetation in australischer Wüste. Foto: C. Hadfield / NASA

Dieser kann – je nach Situation wärmend oder kühlend wirken. Viele Gründe machen es schwer, eine Bilanz der schwarzen Kohlenstoffpartikel zu ziehen, wie ein Artikel im Forschungsmagazin Science zeigt.

Vor einigen Monaten überraschte eine wissenschaftliche Publikation die Klimaforscher weltweit. Ein amerikanisches Forscherteam kam zu dem Schluss, dass der Beitrag, den Ruß an der weltweiten Klimaerwärmung liefert, etwa doppelt so groß ist, wie bisher angenommen. Rußpartikel entstehen bei der Verbrennung fossiler Energiequellen wie Kohle und Öl und auch bei der Nutzung von Biomasse wie Holz. Die Forscher um die Chemikerin Tami Bond stufen den schwarzen Kohlenstoff (Black Carbon), so der wissenschaftliche Sammelbegriff für Rußpartikel, in seiner Klimaschädlichkeit sogar höher ein als die des Treibhausgases Methan.

Wie es zu solch großen Differenzen in der Bewertung der Klimawirkung von Ruß kommen kann, beschreibt eine aktuelle Publikation im Wissenschaftsmagazin Science. Gemeinsam mit seinem kalifornischen Kollegen Veerabhadran Ramanathan erklärt Meinrat O. Andreae, Direktor am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie, welche globalen und regionalen Klimaauswirkungen die schwarzen Partikel haben können. Ruß ist in der Erdatmosphäre die größte Absorptionsquelle von Sonnenstrahlung.

„Anders als die chemisch präzise definierten Treibhausgase sind Rußpartikel verschiedenartig aufgebaut und haben sehr unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften. Allein das macht es schwierig, den Einfluss von Ruß auf das Klima genau zu bestimmen“, sagt der Mainzer Klimaforscher Prof. Andreae. „Eine konkrete Ursache, warum die Vorhersagen so weit auseinander liegen, sehen wir im sogenannten braunen Kohlenstoff.“ Diese Kohlenstoffpartikel entstehen auch bei der Verbrennung von Biomasse und durch chemische Reaktionen in der Atmosphäre. Genau wie schwarzer absorbiert brauner Kohlenstoff Licht und Wärme – eine Tatsache, die bisher in den meisten Klimamodellen ignoriert wurde. Man nahm im Gegenteil an, dass brauner Kohlenstoff unser Klima sogar kühlt, da die Partikel mehr Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektieren als sie an die Erde abgeben.

Für eine Klimabilanz muss man alle Wirkmechanismen von Ruß kennen

Ein weiterer Unsicherheitsfaktor liegt im Zusammenspiel der kühlenden und erwärmenden Eigenschaften von Ruß. Rußpartikel nehmen nicht nur besonders gut Wärme auf und geben sie an die Erdatmosphäre ab. Sie dienen auch als Keime für die Kondensation von Feuchtigkeit, was schließlich zur Wolkenbildung führt. Und Wolken wiederum reflektieren die Sonnenstrahlung. Um eine korrekte Bilanz für Ruß zu erstellen, muss man also alle klimarelevanten Mechanismen genau kennen – kühlende wie erwärmende.

Eine solche Bilanz erstellten die amerikanischen Wissenschaftler um Bond in ihrer Studie. Sie fassten dazu alle verfügbaren Simulationen und Beobachtungen zusammen und berechneten die Energiemenge, die die schwarzen Partikel aus der Sonnenstrahlung absorbieren und somit an das Klimasystem abgeben können. Der sogenannte Strahlungsantrieb (radiative forcing) liegt mit 1,1 Watt pro Quadratmeter doppelt so hoch wie der Wert, der 2011 in einer Studie des UN Umweltprogramms (UNEP) und der weltweiten Meteorologischen Organisation (WMO) zur Vorhersage der Erderwärmung genutzt wurde. Für Bond und ihre Kollegen ist Ruß also viel klimarelevanter als bisher angenommen.

Wie ist dieser große Unterschied zu früheren Berechnungen zu erklären? Andreae und sein Kollege Ramanathan vergleichen unterschiedliche Ansätze zur Herleitung des Strahlungsantriebs durch die Absorption von Licht durch Ruß. Der Klimaforscher Ramanathan hat ihn aus Absorptionsdaten von Satelliten und 140 Bodenmessstationen ermittelt. Die Bond-Studie leitet zunächst einen wesentlich kleineren Wert aus Emissionsinventaren und Atmosphärenmodellen her, und muss ihn dann hochskalieren um den abgeleiteten Wert in die Nähe des Werts aus den Messdaten zu bringen. Daraus folgern Andreae und Ramanathan, dass in den meisten Klimavorhersagen entweder eine wichtige Quelle für Ruß nicht berücksichtigt wurde oder dass Daten aus sogenannten Abschätzungen der weltweiten Emissionen nicht zuverlässig genug sind.

Ruß macht regionale Klimavorhersagen noch unsicherer

Noch größer werden die Unsicherheiten durch den Faktor Ruß auf regionaler Ebene – beispielsweise bei Niederschlagsvorhersagen. Dies rührt unter anderem daher, dass Ruß gegenläufige Effekte bei der Entstehung von Wolken hat. Bei kleinen Wolken verringern die Partikel die Niederschlagseffizienz, bei großen Wolken steigt sie an. Der Ruß in der Luft über dem indischen Ozean wirkt wie ein Sonnenschirm, so dass sich das Meerwasser weniger erwärmt und deshalb weniger Wasser verdunstet. Als Folge befürchten Forscher, dass sich beispielsweise die Monsun-Regenfälle in Südasien abschwächen – einer Region, in der zunehmend Biomasse verbrannt wird.

Außerdem erzeugt die Absorption von Sonnenstrahlung durch Ruß in der Atmosphäre Wärmegradienten, wodurch sich die Luftströmungen verändern. Das wird unter anderem für die bereits beobachtete Verschiebung des Tropengürtels nach Norden verantwortlich gemacht.

Wurde die Strahlungsabsorption von Ruß in bisherigen Vorhersagen tatsächlich so deutlich unterschätzt, wie die amerikanischen Forscher um Bond behaupten, muss man regionale Klimaeffekte neu bewerten, so Andreae und Ramanathan. Das wiederum erfordert genau definierte Beobachtungen im Klimasystem, von Satellitendaten bis zu mikrochemischen Messungen von Aerosolen.

Und schließlich bleibt die Frage offen, ob sich all die Anstrengungen, die Entstehung von Ruß zu vermindern, wirklich lohnen. Denn mit der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehen auch Stoffe wie Schwefeldioxid, die unser Klima kühlen. Eine Gesamtbilanz für unser Klima wird dadurch umso schwieriger.

Warum wir dennoch alles daran setzen sollten, die Entstehung von Ruß so weit wie möglich zu verringern, liegt in seiner Schädlichkeit für die menschliche Gesundheit. Geschätzte 3,5 Millionen Menschen sterben jährlich durch die Luftverschmutzung mit Ruß und verwandten Feinstaubpartikeln in Haushalten, besonders in den Entwicklungs- und Schwellenländern, wo oft noch am offenen Feuer gekocht wird.

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Vision für das Klima: Paläoklimaforscher plädiert für Kohlendioxid-Recycling

Mittwoch 20. März 2013 von birdfish

Frank Sirocko zeigt in “Geschichte des Klimas”, wie aus der Vergangenheit gelernt und Visionen für die Zukunft entwickelt werden können.

Vulkane
Welche Rolle speilten Vulkane in der Klimageschichte? – Foto: Ulla Trampert / Pixelio

Der Energiebedarf von Industrienationen auf der einen Seite und die Notwendigkeit, die globale Erwärmung zu begrenzen, auf der anderen Seite stellen die Menschheit vor große Herausforderungen. Professor Dr. Frank Sirocko, einer der führenden Paläoklimaforscher in Deutschland, plädiert dafür, die fossilen Energieträger und die Treibhausgase als Teile des gleichen Kreislaufs zu betrachten und als Ausweg aus dem Klimadilemma einen nachhaltigen, geschlossenen Kohlendioxid-Methan-Kreislauf einzurichten. Dabei soll Kohlendioxid, das maßgeblich für die globale Erwärmung verantwortlich ist, durch sogenannte Sequestration wieder der Atmosphäre entzogen werden. Es müsste dann mithilfe von Sonnenergie zum Beispiel in den südeuropäischen Mittelmeerländern zu Methan reduziert und in dieser Form wieder nach Nordeuropa transportiert werden. „Ich persönlich bin überzeugt, dass man irgendwann in Bezug auf das Treibhausgas Kohlendioxid vollständig umdenken wird und das atmosphärische CO2 nicht mehr als Problemstoff sieht, sondern als Lagerstätte“, schreibt Sirocko in seinem neuen Buch „Geschichte des Klimas“.

In dem Buch erläutert Sirocko, Professor am Institut für Geowissenschaften der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), auf knapp 200 Seiten die wichtigsten Prozesse im Klimasystem und zeigt die Entwicklung des Erdklimas über Millionen von Jahren auf. Die Bedeutung der Atmosphäre und der Meeresströmungen wird genauso behandelt wie die Rolle, die Vulkane oder schmelzende Polkappen im Klimageschehen spielen. Der Rückblick auf die Erdgeschichte ist nach Auffassung des Klimaforschers unerlässlich, um zu beurteilen, was uns in Zukunft erwartet.

„Die Vergangenheit lehrt uns, dass Klimaänderungen eine der größten Bedrohungen für die Menschheit waren“, schreibt der Wissenschaftler. Als Beispiel führt er das 14. Jahrhundert an, als kalte verregnete Sommer zu Hunger, gesellschaftlicher Krise und in der Folge zu Seuchen geführt haben. „Hunger am Anfang des Jahrhunderts und die Pest haben die Zeit von 1300 bis 1350 zu einer der dunkelsten Zeiten der europäischen Geschichte gemacht.“

Heute stehen wir vor der globalen Herausforderung, die Erwärmung der Erdatmosphäre einzudämmen und den Energiebedarf möglichst klimaneutral abzusichern, wobei Erdöl in naher Zukunft knapp wird und auch Erdgas keine dauerhafte Alternative ist. „Viele Menschen“, so Sirocko, „blicken heute ratlos in die Energiezukunft und fühlen sich vom Klimawandel bedroht.“ Seine Vision für die Zukunft ist daher eine gemeinsame Antwort auf die Klima- und die Energiefrage. Mittlerweile seien erfolgreiche Verfahren entwickelt worden, um das CO2 aus der Atmosphäre wieder zu entziehen, die sogenannte Sequestration. Leider würde in diesem Zusammenhang immer nur eine Endlagerung des flüssigen CO2 diskutiert.

Man könnte dieses Kohlendioxid aber auch wieder zu Methan reduzieren, wozu grundsätzlich Energie notwendig wäre. Global betrachtet stünde hierfür mehr als genügend Sonnenergie zur Verfügung, da die auf die Erdoberfläche eingestrahlte Sonnenenergie weitaus größer sei als alle vom Menschen benötigte Energie. „Prinzipiell und global gesehen ist Energie also gar nicht knapp; man muss sie nur kontrolliert aus Südeuropa nach Nordeuropa transportieren.“ Irgendwann werde man in den Regionen starker Sonneneinstrahlung das CO2 aus der Atmosphäre sequestrieren, es dort in Thermiekraftwerken zu CH4 reduzieren und dieses Methan dann über Pipelines in die Industriestaaten transportieren, wo es erneut verbrannt werden kann. Ein solcher Kreislauf sei dann in sich geschlossen und könne nachhaltig so lange betrieben werden, wie die Sonne ihre Energie abstrahlt. Wichtig sei nur, dass man diesen Kreislauf implementiert, bevor das CO2 in der Atmosphäre bedrohliche Konzentrationen erreicht hat. „Wir müssen also heute beginnen, wenn wir morgen eine Zukunft haben wollen“, schreibt Sirocko in „Geschichte des Klimas“.

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Studie zeigt neue Wege auf für weniger Treibhausgase in der Landwirtschaft

Freitag 1. März 2013 von birdfish

Die Landwirtschaft verursacht rund 10 bis 12 Prozent aller vom Menschen produzierten Treibhausgase.

Konventionelle LandwirtschaftKonventionelle Landwirtschaft verursacht viele Treibhausgase. Foto: U. Benz / TUM

Wie lassen sich diese Emissionen verringern? Eine Studie hat erstmals in einer vollständigen Bilanz alle Faktoren untersucht, die zur Freisetzung von Klimagasen beitragen: die Boden- und Klimabedingungen sowie die Art und Intensität der Produktion – also ökologischer oder konventioneller Landbau. Als Ergebnis entstand ein neues Modell, mit dem Landwirtschaftsbetriebe ihre Klimabilanz ermitteln und verbessern können.

In der jetzt vorgestellten Studie untersuchten Wissenschaftler je 40 ökologische und 40 konventionelle Landwirtschaftsbetriebe in vier Agrarregionen Deutschlands. Diese Pilotbetriebe erzeugen pflanzliche Produkte und Milch. Die Wissenschaftler erfassten alle relevanten Klimagasflüsse – Methan, Lachgas und Kohlendioxid – für den gesamten Produktionsprozess. Für die Milcherzeugung rechneten sie auch den Zukauf von Sojaschrot aus Südamerika und alle damit verbundenen Treibhausgas-Emissionen ein.

Strategien für eine bessere Klimabilanz
CO2-Emissionen entstehen durch den Einsatz fossiler Energien – vor allem Dieselkraftstoff – in der Landwirtschaft. Treibhausgase fallen aber auch bei der Herstellung von Mineraldüngerstickstoff, Pflanzenschutzmitteln, landwirtschaftlichen Maschinen und Geräten an.

„Es gibt verschiedene Wege, um die Klimabilanz zu verbessern“, erklärt Prof. Kurt-Jürgen Hülsbergen von der Technischen Universität München (TUM). „Eine wirksame Strategie ist, Futter selbst anzubauen statt Soja zuzukaufen. Außerdem können Betriebe ihre Produktionsverfahren verbessern und moderne Technik einsetzen, um die Erträge bei gleichem Energieaufwand zu steigern.“

Im Pflanzenbau ist vor allem die Erhöhung der Stickstoffeffizienz bedeutsam. Besonders hohe Lachgasemissionen treten auf, wenn die Kulturpflanzen den Düngerstickstoff ungenügend verwerten. Da seine Herstellung viel Energie kostet, belastet nicht genutzter Stickstoff die Klimabilanz zusätzlich.

Das Treibhausgas CO2 verschwindet aus der Klimabilanz, wenn es durch Humusaufbau langfristig im Boden gebunden wird. „Dies lässt sich erreichen, wenn Betriebe vielfältige Fruchtfolgen mit Leguminosen anbauen“, erklärt Prof. Gerold Rahmann vom Thünen-Institut. „Auch eine weniger intensive Bodenbearbeitung und organische Düngung wirken sich günstig aus.“

Wer liegt vorn: bio oder konventionell?
Der Biolandbau zeichnet sich durch eine hohe Energieeffizienz und geringe flächenbezogene CO2-Emissionen aus. Allerdings sind auch die Erträge im ökologischen Landbau deutlich geringer, daher relativiert sich dieser Vorteil. Die ertragsbezogen Emissionen im Ackerbau betragen etwa 80 Prozent der Emissionen der konventionellen Pilotbetriebe.

Öko-Milchviehbetriebe nutzen mehr selbst angebautes Weidefutter und kaufen kein Sojaschrot zu. Dies zahlt sich aus, wie Hülsbergen erläutert: „Bei gleicher Milchleistung liegen die CO2-Emissionen in den ökologischen Pilotbetrieben im Mittel um 200 Gramm je Kilogramm Milch niedriger als in den konventionellen Betrieben.“

Die Untersuchungen zeigen, dass vor allem zwischen den einzelnen Ökobetrieben Erträge und Treibhausgas-Emissionen stark schwanken, teilweise mehr als zwischen den Anbauformen ökologisch oder konventionell. Demzufolge ist auch das individuelle Können der Betriebsleiter ein wichtiger Faktor bei der Treibhausgasbilanz der Höfe: Es gibt ein erhebliches innerbetriebliches Optimierungspotenzial.

Schneller Transfer in die Praxis
Die Untersuchung liefert erstmals eine vollständige Übersicht von klimarelevanten Faktoren, die alle Emissionen in Tierhaltung und Anbau berücksichtigt. „Wir haben jetzt ein praxistaugliches Modell, um Ursachen geringer Energieeffizienz oder hoher Treibhausgas-Emissionen aufzuklären“, so Hülsbergen. „Wir arbeiten daran, unser Modell so zu optimieren, das es unmittelbar in der Klimaschutzberatung von Betrieben eingesetzt werden kann.“

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Neue Eiskern-Studie: Grönlands Eisschild schrumpfte während Warmzeit nur minimal

Freitag 25. Januar 2013 von birdfish

Einem internationalen Forscherteam ist es zum ersten Mal gelungen, die Schichtung des grönländischen Eisschildes aus der zurückliegenden Eem-Warmzeit (130 000 bis 115 000 Jahre vor heute) vollständig zu rekonstruieren.

NEEM-Bohrcamp NEEM-Bohrcamp auf grönländischem Inlandeis – Foto: Lars Moeller / AWI

Mithilfe dieser Eisdaten können die Wissenschaftler jetzt sagen, wie warm es damals in Grönland wurde und wie der Eispanzer auf die Klimaveränderungen reagierte. Das überraschende Fazit ihrer Studie, die heute im Fachmagazin Nature erscheint: Bei Lufttemperaturen, die bis zu acht Grad Celsius höher waren als im 21. Jahrhundert, schrumpften die Eismassen im Vergleich zu heute weitaus weniger als vermutet. Der grönländische Eisschild hatte demzufolge auch einen viel kleineren Anteil am damaligen Anstieg des Meeresspiegels als bisher angenommen. Sollte der aktuelle Temperaturanstieg in Grönland anhalten, gelten die Reaktionen des Eisschildes im Zuge der Eem-Warmzeit als ein mögliches Zukunftsszenario für die Eismassen der Insel.

In einer grönländischen Sage heißt es, Erik, der Wikinger sei bei seinem ersten Landgang auf der Insel so beeindruckt gewesen von der fruchtbaren Fjordlandschaft, dass er dem Eiland den Namen „Grönland“ (übersetzt „grünes Land“) gab. Je nachdem, wie weit der Wikinger im Jahr 982 jedoch in das Landesinnere vorgestoßen sein mag, dürfte er auch die Ausläufer des grönländisches Eispanzers entdeckt haben. Denn wie ein internationales Forscherteam nun herausgefunden hat, war Grönland weder zu Eriks Lebzeiten noch rund 125.000 Jahre früher, zum Höhepunkt der zurückliegenden Eem-Warmzeit, eisfrei. Im Gegenteil: Der Eispanzer hatte seit dem Hochstand der dem Eem vorangegangenen Kaltzeit etwa 400 Meter an Mächtigkeit verloren und war am Ende der Wärmeperiode vor 130.000 bis 115.000 Jahren etwa 130 Meter niedriger als heute. Sein Volumen war im gleichen Zeitraum um maximal ein Viertel geschrumpft.

Zu diesem Ergebnis kommen die Wissenschaftler aus 14 Nationen, nachdem sie den unteren Teil eines 2540 Meter langen Eisbohrkernes aus Nordgrönland untersucht haben und erstmals seine in der Tiefe durcheinandergebrachte Schichtung rekonstruieren konnten. „Wir wussten, dass das Eis aus einer Tiefe von 2200 bis 2450 Meter aus der Eem-Warmzeit stammte. Die Herausforderung war jedoch, in diesem Eis ‚zu lesen’. Denn im Gegensatz zu dem darüber liegenden jüngeren Eiszeit-Eis, dessen einzelne Jahresschichten wie Tortenböden übereinanderliegen, hatten sich die einzelnen Schichten des Eem-Eises und die Schichten aus dem Übergang in die letzte Eiszeit wie eine zusammengeschobene Tischdecke mit aufliegender Serviette ineinander gefaltet“, erzählt die am Projekt beteiligte Expertin für Eisdeformation und Mikrostrukturen Dr. Ilka Weikusat vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.

Um Ordnung und somit eine zeitliche Abfolge in dieses Schichtchaos zu bringen, haben die Wissenschaftler den grönländischen Eispanzer mit Radiowellen vermessen, die physikalischen Eigenschaften des Eiskerns untersucht, die Wasser- und Sauerstoff-Isotopenzahl bestimmt, überprüft, wie viel Methan die im Eis eingeschlossene Luft enthielt und all diese Werte am Ende mit Eem-Daten aus der Antarktis und anderen Orten der Welt verglichen. Im Anschluss daran konnten sie dann ihre eigentlichen Fragen nach den Temperatur- und Eisbedingungen auf Grönland während der Eem-Warmzeit beantworten.

„Unsere Daten zeigen, dass es während der Eem-Warmzeit in Nordgrönland bis zu acht Grad Celsius wärmer war als heute“, sagt Projektleiterin Prof. Dorthe Dahl-Jensen von der Universität Kopenhagen. Dass der grönländische Eispanzer auf diesen Temperaturanstieg nicht so empfindlich reagiert habe, wie bisher gedacht, sei die gute Nachricht der Studie.
Eine schlechte Nachricht gibt es allerdings auch: „Wenn der grönländische Eisschild damals nicht vollständig verschwunden ist, bedeutet dies im Umkehrschluss, dass die Eismassen der Antarktis hauptverantwortlich dafür waren, dass der Meeresspiegel während des Eems vier bis acht Meter höher war als heute“, sagt Dorthe Dahl-Jensen.

Und noch etwas gibt der Projektleiterin zu denken: Während der Eem-Warmzeit ist der Schnee an der Gletscheroberfläche immer wieder erheblich geschmolzen und das Schmelzwasser in die darunterliegenden Schneeschichten gesickert. Dafür sprechen Schichten aus wiedergefrorenem Schmelzwasser, welche die Forscher im Eiskern gefunden haben.

Ein ähnlich großes Schmelzereignis hatten Dorthe Dahl-Jensen und ihr NEEM-Team (NEEM = North Greenland Eemian Ice Drilling Project) bei ihren letzten Bohrungen im Sommer des vergangenen Jahres beobachtet. „Die warmen Oberflächentemperaturen des Sommers 2012 haben uns wirklich überrascht. Es hat geregnet und wie damals im Eem ist das Schmelzwasser versickert und in der Tiefe wieder gefroren“, erzählt Dorthe Dahl-Jensen. Ihrer Meinung nach war der vergangene Sommer ein Extremereignis. Dennoch steige mit der vorhergesagten Erwärmung Grönlands die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein solches Ereignis in den kommenden 50 bis 100 Jahren wiederhole und das Klima eem-ähnliche Züge annähme.

Die neu gewonnenen Eis- und Temperaturdaten für Grönland sollen jetzt in Klimamodelle einfließen und deren Vorhersagegenauigkeit weiter verbessern. „Diese neuen Erkenntnisse sind wirklich aufregend. Sie widerlegen nicht nur alle Schreckensszenarien, denen zufolge der grönländische Eispanzer im Zuge einer Warmzeit im Nu verschwindet. Sie bestätigen zudem Modellrechnungen, die schon vor über einem Jahrzehnt am Alfred-Wegener-Institut gemacht wurden“, sagt Prof. Heinrich Miller, Mitautor der Studie und Helmholtz-Professor für Glaziologie am Alfred-Wegener-Institut.

Beteiligung von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Institutes
Experten des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), waren in allen Abschnitten des NEEM-Projektes beteiligt. Sie haben an den geophysikalischen und glaziologischen Vorerkundungen der Bohrstelle mitgewirkt, haben mit den Forschungsflugzeugen POLAR 5 und 6 logistische Unterstützung auf Grönland geleistet, die Bohrtechnik mitentwickelt sowie beim Bohren und der ersten Verarbeitung der Eisbohrkerne geholfen. Anschließend war ihre Expertise bei den Staub- und Aerosolmessungen sowie bei der Isotopenanalyse gefragt. Im grönländischen Bohrcamp sowie im AWI-Eislabor in Bremerhaven haben AWI-Glaziologen zudem die physikalischen Eigenschaften des Bohrkernes untersucht und ausgewertet.

Das NEEM-Projekt

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Ozeanversauerung – Meeresversauerung

Dienstag 22. Januar 2013 von birdfish

Allgemeine Informationen zur Meeresversauerung finden Sie hier im Glossar.

Allgemeine Materialien zum Thema:

Wenn der Ozean sauer wird – Kinderbuch erklärt das Phänomen Ozeanversauerung

Tessi und Tipo

Wie kann die Nordsee sauer sein und auf wen eigentlich? Zwei große Fragen, um die sich Antje Funckes und Konstatin Mewes neues Kinderbuch Tessi und Tipo dreht. In ihm verpacken die Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft das sehr aktuelle Wissenschaftsthema Ozeanversauerung in eine Abenteuergeschichte für Groß und Klein.

Die Helden ihres Abenteuers sind die Geschwister Tessi und Tipo, zwei junge Kammerlinge. Die sandkorngroßen Einzeller leben in der obersten Sandschicht des Wattenmeeres und wohnen in einem Gehäuse aus Kalkkammern. Gemeinsam mit Tessi und Tipo erkundet der Leser eine Welt, die für den Menschen sonst nur unter dem Mikroskop sichtbar wird. Die beiden geben ihm einen Einblick in ihr Leben am Meeresgrund und nehmen ihn mit in ihre Kammerling-Schule, wo sie eines Tages Milus kennenlernen. Nach anfänglichem Misstrauen gegenüber dem Fremden, freunden sich Tessi und Tipo mit Milus an. Doch schon bald erkrankt er und sein sonst so glänzendes Gehäuse wird ganz matt und rissig. Die beiden müssen all ihren Mut aufbringen, um schließlich zu erfahren, dass die vom Menschen verursachte Ozeanversauerung eine große Gefahr für Milus und sie selbst darstellt.

Tessi & Tipo: Die Entdeckung der Ozeanversauerung

Das Buch kostet 9,95 EUR und eignet sich ab einem Alter von 8 Jahren.


Diverse Artikel zum Thema Meeresversauerung

Das GEOMAR führt mit den Kieler Mesokosmen ein einmaliges Langzeit-Experiment zur Ozeanversauerung durch.
[zum Artikel vom 23.01.2013]

Französische Wissenschaftler warnen, dass die Versauerung des Mittelmeeres eine Bedrohung für z.B. Korallen und Mollusken (Weichtiere) darstellt und ein Massensterben einsetzt.
[zum Artikel vom 06.09.2011]

In den nächsten einhundert Jahren bleibt ein Großteil des im arktischen Meeresboden eingelagerten Methans stabil. Das austretende Klimagas verstärkt jedoch die Ozeanversauerung – besonders in den bodennahen Wasserschichten, die bisher als weniger gefährdet galten.
[zum Artikel vom 06.05.2011]

Die Kalkalge Emiliania huxleyi transportiert Kohlenstoff in den tiefen Ozean und produziert außerdem ein klimakühlendes Gas. Ein Forscherteam aus deutschen, britischen und norwegischen Instituten untersucht, wie dieser Winzling auf die Ozeanversauerung reagiert und welche Folgen dies für den globalen Klimawandel hat.
[zum Artikel vom 05.05.2011]

Geo-Engineering / Climate Engineering: Die künstlich beschleunigte Verwitterung des Minerals Olivin könnte der Atmosphäre vermehrt Kohlendioxid (CO2) entziehen und der Ozeanversauerung entgegenwirken.
[zum Artikel vom 11.11.2010]

Mehr als 200 Wissenschaftler aus ganz Europa tagen zum Thema Ozeanversauerung auf Einladung des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven.
[zum Artikel vom 29.09.2010]

Riesensprung für die Foschung: Eines der größten europäischen Experimente zu den Folgen der Ozeanversauerung zeigt, dass sich maritime Lebensgemeinschaften mit der Versauerung stark verändern.
[zum Artikel vom 19.07.2010]

Verschiedene Wissenschaftler untersuchen im Rahmen des EPOCA-Projektes die Ozeanversauerung. In einem Experiment untersuchen sie Reaktionen arktischen Ökosystems auf die rapiden Veränderungen der Ozeanchemie.
[zum Artikel vom 4.06.2010]

Greenpeace und IFM Geomar untersuchen mit dem Schiff Esperanza die stärksten Bedrohungen der Arktis – u.a. die Ozeanversauerung.
[zum Artikel vom 17.05.2010]

Seeigel & Co spielen eine größere Rolle im Kohlenstoffkreislauf als bisher angenommen. Zugleich sind sie durch die zunehmende Ozeanversauerung im Bestand gefährdet.
[zum Artikel vom 18.01.2010]

Expertentreffen zur Ozeanversauerung: BIOACID startet. Es ist das weltweit erste nationale Forschungsprogramm zur Ozeanversauerung. Es soll die möglichen Folgen auf marine Ökosysteme abschätzen.
[zum Artikel vom 28.10.2009]

Ein Mega-Treibhauseffekt der Erdgeschichte führte zu globaler Erwärmung, Ozeanversauerung und massenhaftem Artensterben in den Meeren.
[zum Artikel vom 6.10.2009]


Folgen der Ozeanversauerung für Korallen

Wissenschaftler forschten nach Ursachen des Korallensterbens. Hierzu gehören Erosionen an Küsten, Meeresversauerung und Wassererwärmung.
[zum Artikel vom 23.05.2012]

Französische Wissenschaftler warnen, dass die Versauerung des Mittelmeeres eine Bedrohung für z.B. Korallen und Mollusken (Weichtiere) darstellt und ein Massensterben einsetzt.
[zum Artikel vom 06.09.2011]

Das GEOMAR in Kiel hat Mesokosmen entwickelt, mit denen die Meeresversauerung besser untersucht werden kann.
[zum Artikel vom 16.06.2009]


Stand: 01.2013

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‘Jahr der Luft’: Europäische Umweltverbände fordern ambitionierte Luftreinhaltepolitik

Dienstag 8. Januar 2013 von birdfish

Anlässlich des europäischen “Jahres der Luft” hat das Bündnis aus Umwelt- und Verbraucherschutzverbänden der Kampagne “Rußfrei fürs Klima” die anhaltend hohe Luftschadstoffkonzentration in Deutschland und der EU kritisiert und ein entschiedeneres Engagement Deutschlands zur Luftreinhaltung gefordert.

Luftverschmutzung in Duisburg
Duisburg: Luftverschmutzung macht Menschen krank – Foto: Dieter Schütz / Pixelio

Partnerorganisationen übergaben einen Forderungskatalog für eine bessere Luftreinhaltepolitik in dreizehn europäischen Ländern an die nationalen Umweltministerien. Anlass für das Bündnis war der Beginn des “Jahr der Luft” das EU-Umweltkommissar Janez Potočnik für 2013 ausgerufen hat. Potočnik erhielt heute in Brüssel den Forderungskatalog aus den Händen der Verbandsvertreter.

“Der EU-Umweltkommissar hat mit seiner Ankündigung die Messlatte für die europäische Luftreinhaltepolitik in diesem Jahr hoch gelegt – das ist ein gutes Signal. Doch entscheidend sind die konkreten Ergebnisse: 2013 wird erst wirklich zum Jahr der Luft, wenn die Grenzwerte ausreichend verschärft und wirksame Maßnahmen eingeleitet wurden, um die Gesundheit der Europäer zu schützen”, sagte NABU-Bundesgeschäftsführer Leif Miller. Da bei der europäischen Gesetzgebung auch die Positionen der nationalen Umweltminister gefragt sind, trägt Minister Altmaier eine besondere Verantwortung. “Wir werden das ganze Jahr begleiten und prüfen, ob der Umweltminister ihr gerecht werden wird.”

Michael Ziesak, Bundesvorsitzender des ökologischen Verkehrsclubs VCD ergänzt: “Es ist unglaublich, dass effektive Maßnahmen zur Luftreinhaltung insbesondere im Verkehrsbereich nicht vollumfänglich umgesetzt werden. Schließlich ist ein Drittel der europäischen Großstädter zu hohen Feinstaubwerten ausgesetzt, wie eine aktuelle Studie der europäischen Umweltagentur belegt. Die hohe Luftverschmutzung führt zu Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen, Asthma und knapp einer halben Million vorzeitigen Todesfällen. Nicht zuletzt verursacht dies auch hohe volkswirtschaftliche Kosten”.

Das Aktionsbündnis der Umweltverbände wird von Menschen aus ganz Europa unterstützt, die mit der Einsendung ihres Fotos deutlich machen, dass ihre Politiker in Sachen saubere Atemluft endlich handeln müssen. Die Fotos wurden jetzt gemeinsam mit den Forderungen als Neujahrskarte an die zuständigen Politiker auf nationaler und europäischer Ebene verschickt. “Da Luftverschmutzung bekanntlich nicht an Grenzen halt macht, ist eine ambitionierte Luftqualitätspolitik auch Ausdruck der europäischen Idee grenzüberschreitender Verantwortung für Mensch und Natur”, so Manfred Braasch vom BUND.

2013 muss die EU ambitionierte Grenzwerte für alle Luftschadstoffe festlegen, um ihren Rückstand gegenüber den Empfehlungen der Vereinten Nationen aufzuholen. “Teilweise überschreiten die heute in der EU geltenden Grenzwerte sogar die von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfohlenen Limits”, sagte Dorothee Saar von der DUH. Dabei stünden effektive und kostengünstige Lösungen längst zur Verfügung, deren Wirksamkeit in verschiedenen Studien belegt worden sei. Neben einer Verschärfung der Grenzwerte seien Mess- und Überwachungsmaßnahmen unabdingbar, die ihre Einhaltung gewährleisteten.

Im Jahr 2013 stehen Novellierungen zentraler EU-Richtlinien zum Thema Luftreinhaltung an. Aus Sicht der Umweltverbände sind dabei insbesondere folgende Aspekte von Bedeutung, um die europaweit gültigen Luftqualitätsstandards zu verschärfen und anzupassen:

Die Feinstaubbelastung sollte künftig anhand der Partikelanzahl und nicht der Partikelmasse gemessen werden.
Die Nationalen Emissionshöchstmengen (NEC) für Dieselruß, Stickoxide und Ammoniak müssen ambitioniert ausgestaltet und ihre Überwachung sichergestellt werden.
Emissionen aus der Landwirtschaft, insbesondere Ammoniak und Methan, müssen deutlich reduziert werden.
Der Schadstoffausstoß, insbesondere Feinstaub (PM), von kleinen Industrieanlagen muss dringend begrenzt werden.
PM und damit auch Dieselruß-Emissionen von “Nicht-straßengebundenen mobilen Maschinen und Geräten” (NRMM) wie Bau- und Landmaschinen müssen signifikant reduziert werden.
Feinstaub-, Dieselruß- und Stickoxidemissionen aus dem Bereich der Schifffahrt müssen drastisch reduziert werden.
Die künftige Regulierung von Emissionsobergrenzen bei Fahrzeugen muss sich auf die Emissionen unter realistischen Bedingungen beziehen, alle wesentlichen Fahrbedingungen abbilden und damit auch niedrige Umgebungstemperaturen berücksichtigen.

Die Kampagne “Rußfrei fürs Klima”, getragen von den deutschen Umwelt- und Verbraucherschutzverbänden Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND), Naturschutzbund (NABU), Verkehrsclub Deutschland (VCD) und Deutsche Umwelthilfe (DUH), wird die nationalen und europäischen Maßnahmen im Jahr der Luft kritisch begleiten. Ausgerichtet auf ihr Ziel, die Klimawirkungen von Dieselrußemissionen ins Bewusstsein von Politik, Verwaltung und Öffentlichkeit zu bringen und Maßnahmen zur Rußminderung einzufordern.

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Klimaforschung: Neue Methode ermöglicht einen besseren Ausblick in die Zukunft

Mittwoch 28. November 2012 von birdfish

Eine der großen Fragen der Klimawissenschaften ist, um wie viel Grad Celsius die globale Temperatur steigt, wenn sich die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre verdoppelt.

Eisbohrkern aus der Antarktis
Eisbohrkern auf Dome Concordia – Foto: S. Kipfstuhl, AWI

Viele Wissenschaftler blicken dafür in die Vergangenheit, denn sie verrät, wie die Natur ohne den Einfluss des Menschen auf Klimaveränderungen reagiert hat. Die vielfältigen Forschungsergebnisse erschwerten es Wissenschaftlern bisher, genaue Vorhersagen darüber zu treffen, wie sich der Kohlendioxidanstieg auf die zukünftige Erwärmung auswirkt.

Ein internationales Forscherteam hat deshalb die vorhandenen Resultate ausgewertet, kategorisiert und mit einer eindeutigen Terminologie versehen. Dieses Vorgehen soll helfen, die Bandbreite an Ergebnissen einzugrenzen und den Vergleich zwischen vergangenen Klimaveränderungen und den Prognosen über den zukünftigen Temperaturanstieg zu verbessern. Ihre neue Methode stellt die Gruppe in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature vor.

Die Forschungsgruppe hat Ergebnisse aus über 20 Studien zusammengefasst, klassifiziert und verglichen, um eine mögliche Vorhersage über den zukünftig zu erwartenden globalen Temperaturanstieg zu treffen. In diesen, als Paläostudien bezeichneten, Arbeiten hatten Wissenschaftler versucht, die so genannte Klimasensitivität rückblickend mit Hilfe von Daten aus beispielsweise Eisbohr- oder Sedimentkernen zu rekonstruieren. Klimasensitivität ist eine wichtige Größe in der Klimawissenschaft. Sie beschreibt, wie die Durchschnittstemperatur auf der Erdoberfläche auf Veränderungen im Klimasystem reagiert. Konkret steht ihr Wert für den globalen Temperaturanstieg, den Klimamodelle berechnen, wenn sich der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre verdoppelt. Den Anfangswert der Modelle bildet dabei die Kohlendioxidkonzentration aus der vorindustriellen Zeit.

Das Team stand nun vor der Herausforderung, die zusammengetragenen Studien zu vergleichen. Jede Studie sprach zwar von „Klimasensitivität“, aber nicht alle berücksichtigten dieselben Faktoren. „Wir mussten also zunächst die verschiedenen Annahmen und Unsicherheiten herausarbeiten. Welche Studie berücksichtigte ausschließlich Kohlendioxid, welche beachtete zusätzlich andere Treibhausgase, wie zum Beispiel Methan, oder den Rückstrahleffekt, die sogenannte Albedo, von Eisflächen? Erst dann konnten wir die Daten vergleichen. Zusätzlich haben wir exemplarisch für einen Datensatz berechnet, welche Klimasensitivität wir bekommen, wenn wir beispielsweise nur Treibhausgase wie Kohlendioxid berücksichtigten, oder zusätzlich auch die Albedo“, erläutert Dr. Peter Köhler, Klimawissenschaftler am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft und einer der Hauptautoren der neuen Veröffentlichung.

Mit Hilfe ihrer neuen Methode konnte die Forschergruppe am Ende zehn unterschiedliche Arten der Klimasensitivität unterscheiden. In einem zweiten Schritt legte sie dann für diese eine eindeutige Terminologie und konkrete Definitionen fest. Die neue Kategorisierung soll verhindern, dass Forscher in Zukunft unter dem Begriff Klimasensitivität eine weite Bandbreite an Ergebnissen zusammenfassen, denen unterschiedliche Annahmen zugrunde liegen. „Idealerweise erkennt man schon beim ersten Blick auf eine Studie, welche Art der Klimasensitivität hier ermittelt wurde. Man soll also schon anhand der verwendeten Bezeichnung erkennen, welche Faktoren die Wissenschaftler als treibende Kräfte der Temperaturveränderung betrachtet haben. Mit unserer Terminologie geben wir einen konzeptionellen Rahmen, die Klimasensitivität anhand vergangener Klimazustände zu berechnen. Wir hoffen, dass dieser dabei hilft, Vorhersagen über zukünftige Klimaveränderungen besser zu bewerten“, erklärt der Klimawissenschaftler.

Diese Arbeit ist ein wichtiges Ergebnis der Klimawissenschaften. Sie fasst erstmals zusammen, wie Wissenschaftler bisher die Klimasensitivität mittels Daten der vergangenen 65 Millionen Jahre rekonstruiert und welche Annahmen sie hierzu veröffentlicht haben. Darüberhinaus belegt sie, dass die Klimaprognosen, die in den Berichten des Weltklimarates IPCC zusammengefasst sind, mit jenen Ergebnissen übereinstimmten, die aussagen wie die Natur im Laufe der Erdgeschichte auf Klimaveränderungen reagiert hat.

Ein Ziel hat das Forschungsteam allerdings noch nicht erreicht. „Wir hatten gehofft, die Werte der aktuell angenommen Klimasensitivität einschränken zu können. In seinem letzten Bericht ging der Weltklimarat IPCC davon aus, dass die globale Temperatur um 2,1 Grad Celsius bis 4,4 Grad Celsius ansteigt, wenn sich der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre gegenüber den Werten aus der vorindustriellen Zeit verdoppelt. Dies ist auch die Bandbreite, in der sich die von uns zusammengefassten Klimasensitivitätswerte momentan bewegen“, sagt Dr. Peter Köhler.

Um genauere Werte zu erhalten, müssten weitere Fragen geklärt werden. Die Wissenschaftler wissen zum Beispiel, dass die Klimasensitivität davon abhängt, welches Hintergrundklima vorherrscht. Also ob man zu einer bestimmten Zeit von einer Eis- oder Warmzeit sprechen konnte. Doch wie genau sich dieses Hintergrundklima auf die Klimasensitivität auswirke, müsse noch geklärt werden. Der Klimawissenschaftler hofft, dass der in dieser Studie eingeführte konzeptionelle Rahmen die Forschung hierin vorantreibe.

Die Publikation entstand im Rahmen eines dreitägigen Workshops an der Königlich-Niederländischen Akademie der Wissenschaften in Amsterdam, an dem letztes Jahr über 30 Wissenschaftler teilnahmen.

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Methan im Meeresboden – Energiequelle der Zukunft oder Bedrohung für das Weltklima?

Freitag 9. November 2012 von birdfish

Wissenschaft und Gesellschaft diskutieren kontrovers über diese Frage. In einer Fallstudie, die jetzt im Journal of Geophysical Research erschien, schätzt ein MARUM-Team unter Federführung von Dr. Miriam Römer erstmals ab, wie viel Methan in den Tiefen des nordöstlichen Indischen Ozeans austritt.

Meeresboden vor Pakistan
Meeresboden vor Pakistan mit Muscheln und Krabben – Foto: MARUM

Die Wissenschaftlerinnen untersuchten zudem, ob das austretende Treibhausgas Methan durch die Wassersäule aufsteigt und in die Atmosphäre gelangt.

Methan blubbert in vielen Regionen aus dem Meeresboden: Im Schwarzen Meer, im Golf von Mexiko, im Nordatlantik, aber auch im östlichen Pazifik. Während einer Expedition mit dem deutschen Forschungsschiff METEOR untersuchte ein MARUM-Team Methanaustritte am Makran-Kontinentalrand vor Pakistan. Der 400 bis 500 Kilometer breite untermeerische Hang zieht sich über 1.000 Kilometer entlang der iranisch-pakistanischen Küste und besteht zum großen Teil aus parallelen Bergrücken, die bis zu 1.000 Meter hoch aufragen. Er entstand im Lauf von Jahrmillionen, weil dort die Arabische Erdplatte mit einer Geschwindigkeit von bis zu vier Zentimetern pro Jahr unter der Eurasischen Platte abtaucht. Dabei hobelt die Eurasische Platte große Mengen Gesteinsmaterial von der abtauchenden Arabischen Platte. Diese „Späne“ wurden im Lauf der Zeit durch die Plattenbewegung gestaucht und bilden heute den Makran-Kontinentalrand.

„Das untermeerische Rückensystem erstreckt sich über eine Fläche so groß wie Schweden“, sagt die Geowissenschaftlerin Dr. Miriam Römer. „Im seinem Zentrum haben wir mit schiffseigenen Echoloten und unserem Tauchroboter MARUM-QUEST den Meeresboden systematisch in einem langen, 50 Kilometer breiten Streifen erfasst. Dabei fanden wir in Wassertiefen zwischen 575 und 2 870 Metern insgesamt 18 Methanquellen; zwölf davon waren aktiv.“

In den Echolotdaten erscheinen die Austritte als bis zu 2.000 Meter hohe Gasfahnen im Meer (Abbildungen dazu: www.marum.de/Makran.html). Tauchgänge mit MARUM-QUEST brachten mehr Licht ins Dunkel der Methanquellen: Mit Hilfe der auf dem Tauchroboter installierten HD-Kameras fand das Forscherteam heraus, dass die Gasbläschen durchschnittlich etwa einen halben Zentimeter Durchmesser hatten. Besonders bemerkenswert: Die einzelnen Quellen sprudeln unterschiedlich stark; manche geben nur 90 Milliliter, andere bis zu 1,6 Liter Methan pro Minute ins Meerwasser ab. Da der Quelldruck im Lauf der Zeit schwankt, manche Quellen versiegen, andernorts neue entstehen, ist eine Abschätzung der Gesamtmenge des am Makran-Kontinentalrand sprudelnden Methans mit erheblichen Unsicherheiten verbunden. „Unseren konservativen Berechnungen zufolge treten am Makran-Rücken jährlich umgerechnet etwa 640.000 Kilogramm Methan aus“, sagt Dr. Miriam Römer.

Zwar steigen die Methanbläschen mit zehn bis 30 Zentimeter pro Sekunde Richtung Meeresoberfläche auf. Die Echolot-Messungen belegen aber, dass sich die Gasfahnen oberhalb von 700 Meter Meerestiefe, also weit unter der Meeresoberfläche verflüchtigen: „Das Methan löst sich im Meerwasser auf. Es entweicht also nicht in die Atmosphäre und hat keine Auswirkungen auf das globale Klima,“ bilanziert Dr. Miriam Römer, die sich im übrigen beeindruckt zeigt von den Fotos und Videos, die MARUM-QUEST von den Methanquellen in den Tiefen des Indischen Ozeans lieferte: „An manchen Stellen war der Tiefseeboden von Unmengen an Muscheln, Krebsen und Röhrenwürmern bedeckt. Diese Tiefseebewohner können nur überleben, weil dort Methan austritt, das von Mikroorganismen genutzt wird, die wiederum die Grundlage dieses faszinierenden Ökosystems bilden, das ohne Licht als auskommt.“

„Unsere Ergebnisse aus der Makran-Region sind auf viele, aber eben nicht alle ozeanischen Methanaustritte übertragbar“, betont Dr. Miriam Römer. So gibt es Hinweise, dass Gasblasen, die mit einem Ölfilm ummantelt sind, Methan aus großen Wassertiefen bis in die Atmosphäre transportieren können. Kürzlich bewilligte die Deutsche Forschungsgemeinschaft eine Expedition der Bremer Wissenschaftlerinnen in den südlichen Golf von Mexiko. Dort sind natürliche Öl- und Methanaustritte am Meeresboden bekannt. Diese Forschungsfahrt ist für 2014 geplant.

Originalpublikation

in JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 117, C10015, doi:10.1029/2011JC007424, 2012:

Miriam Römer, Heiko Sahling, Thomas Pape, Gerhard Bohrmann, and Volkhard Spieß: Quantification of gas bubble emissions from submarine hydrocarbon seeps at the Makran continental margin (offshore Pakistan)

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