Kohlenstoffhaushalt und Flüsse

Die Größe der wichtigsten Kohlenstoffreservoire der Erde und der zwischen ihnen stattfindenden Flüsse ist nicht genau bekannt. Dies betrifft insbesondere die Kohlenstoffgehalte in der Vegetation, im Boden, in Sedimenten, in der Tiefsee und die Nettoflüsse zwischen Land und Atmosphäre und zwischen Meer und Atmosphäre. Am Besten bekannt ist der Zusammenhang zwischen den Emissionen durch die Nutzung fossiler Energieträger und dem Anstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre. Kohlenstoffgehalte und -flüsse sind in den beiden Abbildungen unten unterschiedlich detailliert dargestellt. Die Emissionen aus der Nutzung fossiler Energieträger betragen 6,4±0,4 Gt C jährlich, zieht man die Verluste durch die Festlegung von Kohlenstoff in Senken an Land und in den Meeren ab, so führen diese Emissionen zu einer Nettoerhöhung des atmosphärischen Kohlenstoffgehaltes von 3,2±0,1 Gt C pro Jahr.

Kohlenstoffgehalte in Gt C in den Reservoiren Vegetation, Boden, Atmosphäre und Ozean und Flüsse in Gt C pro Jahr (anhand von Pfeilen verdeutlicht) zwischen diesen Kohlenstoffspeichern (Gt C: Gigatonnen oder 109 Tonnen Kohlenstoff). 

Detaillierte Übersicht der Gehalte und Flüsse im globalen Kohlenstoffkreislauf in den 1990ern. Werte der vorindustriellen Zeit oder ‘natürliche’ Werte sind in schwarz dargestellt, anthropogen beeinflusste Werte in rot.
Szenario
Offensichtlich handelt es sich bei den Meeren um eine bedeutende Senke für Kohlen-dioxid, welches bei der Verbrennung von Öl und Gas in die Atmosphäre ausgestossen wird. Obwohl die im Meer enthaltene Biomasse sehr viel geringer ist als an Land, ist die biologische Produktivität fast gleich hoch. Deshalb erfolgt eine Fixierung von Kohlenstoff in derselben Größenordnung. Deshalb ist es nicht verwunderlich, dass zurzeit Versuche unternommen werden, die biologische Produktivität der Meere zu erhöhen. Dabei wird darauf gehofft, dass ein wesentlicher Teil des in Phytoplanktonpartikeln fixierten Kohlenstoffes in die Tiefsee absinkt. Wenn es dazu kommt, dann ist der Kohlenstoff dort 'begraben'. Da die Meeresströmungen sehr langsam sind, wird der Kohlenstoff als Treibhausgas für tausende von Jahren aus dem Klimasystem entfernt. 
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Das klingt doch nach einer guten Idee: die Düngung der Meere soll die Festlegung von Kohlenstoff in der Tiefsee erhöhen und dadurch die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre reduzieren! 

Fragen
1.	Welche Faktoren (z.B. Licht, Temperatur, Salzgehalt, Transparenz des Wassers, Nährstoffgehalte, ...) bestimmen die biologische Produktivität des Meeres? Welche Größen sind am Wichtigsten, welche weniger bedeutend? Bestehen wesentliche Unterschiede zur Vegetation an Land?
2.	Welche Faktoren (z.B., Abgrasen durch Zooplankton und Fische, Bakterienbefall, Nährstoffmangel, ...) führen zur Abnahme des Phytoplanktons?
3.	Angenommen eine Phytoplanktonblüte schrumpft aufgrund der unter Punkt 2) genannten Umstände. Die Planktonpartikel beginnen dann, in die Tiefe abzusinken. Welche Prozesse könnten zum Abbau der Partikel während des Absinkens führen, sodass sie den Meeresgrund gar nicht erreichen?
4.	Finden Sie Argumente zur Stützung der folgenden Hypothesen:
•	Die biologische Produktivität des Ozeans ist durch Nährstoffe limitiert. Demzufolge sollte eine Düngung zur Erhöhung der Produktivität und somit zu einer erhöhten Aufnahme von Kohlenstoff durch das Phytoplankton führen, welches dann in der Tiefsee gespeichert wird. 
•	Aufgrund von Abbauprozessen im oberen Bereich der Wassersäule führt eine erhöhte biologische Produktivität nicht zu einer Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes in der Tiefsee. Stattdessen findet ein rascher Abbau von Biomasse statt. Organischer Kohlenstoff wird zu Kohlendioxid oxidiert und anschließend an die Atmosphäre abgegeben. 
Material
•	Das Arbeitsblatt zum Thema als druckbare rtf-Datei 
•	Die SEOS-Lerneinheit Meeresfarbe im Bereich der Küste, Kapitel 1, Seiten 3-6 
•	Die SEOS-Lerneinheit Meeresströmungen, Kapitel 4, Seite 1 
Hintergrundinformationen
•	Polarsternexpedition Lohafex gibt neue Einblicke in die Planktonökologie - Wenig atmosphärisches Kohlendioxid im Südlichen Ozean gebunden: http://www.awi.de/de/aktuelles_und_presse/pressemitteilungen/detail/item/lohafex_provides_new_insights_on_plankton_ecology_only_small_amounts_of_atmospheric_carbon_dioxide/?tx_list_pi1[mode]=6&cHash=d2512dc49e
•	Düngung des Meeres mit Eisen: http://www.whoi.edu/oceanus/viewArticle.do?id=34167
•	Smetacek V & S W A Naqvi: Die nächste Generation der Experimente zur Eisendüngung im Südlichen Ozean. Philosophische Abhandlungen der Royal Society A, 2008.   http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/366/1882/3947.full.pdf 
•	4. Bericht des IPCC (Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen, http://www.ipcc.ch/):                                                                                       Biologische Aufnahme im Meer und in Süßwasserreservoiren und das Geo-Ingenieurwesen.                       http://www.ipcc.ch/ipccreports/tar/wg3/index.php?idp=176 
•	4. Bericht des IPCC (Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen, http://www.ipcc.ch/):                                                                                       Zusammenhänge zwischen Änderungen im Klimasystem und Biogeochemie. http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-chapter7.pdf