Seit vielen hundert Millionen Jahren variiert die mittlere Temperatur auf der Oberfläche der Erde um nicht viel mehr als 20° Celsius und macht Leben auf unserem Planeten möglich. Um diese stabile Temperaturlage zu erklären, muss es eine Art „Thermostat“ geben, der über geologische Zeiträume hinweg die für die globale Temperatur entscheidende Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre reguliert. Eine wichtige Rolle für diesen Erd-Thermostat spielen dabei die Erosion und Verwitterung von Gestein. Ein Team um den Geologen Aaron Bufe von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und Niels Hovius vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) hat nun den Einfluss dieser Prozesse auf die Kohlenstoffbilanz der Atmosphäre modelliert. Das überraschende Ergebnis: Die CO2-Aufnahme durch Verwitterungsreaktionen ist in Mittelgebirgen mit moderaten Erosionsraten am höchsten; nicht in Hochgebirgen, in denen Gesteine besonders schnell erodieren.
Die Verwitterung von Gestein spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des globalen CO2-Gehalts in der Atmosphäre. Wenn Gestein durch Erosion freigelegt wird und den Elementen ausgesetzt ist, setzt der Verwitterungsprozess ein. Dabei wird der Atmosphäre Kohlenstoff entzogen und als Kalk ausgefällt. Allerdings können andere Verbindungen, wie Karbonate und Sulfide, bei der Verwitterung CO2 freisetzen. Diese Reaktionen verlaufen schneller als die Silikatverwitterung, was zu einer komplexen Situation bei der Analyse des Effekts von Erosion und Gebirgsbildung auf die Kohlenstoffbilanz führt.
Das Forschungsteam um Aaron Bufe und Niels Hovius hat mithilfe mathematischer Verwitterungsmodelle Daten zur Verwitterung von Sulfiden, Karbonaten und Silikaten in verschiedenen Regionen analysiert und den Einfluss von Veränderungen der Erosionsrate auf die Verwitterung des Gesteins ermittelt. Dabei stellten sie fest, dass es eine bestimmte Erosionsrate gibt, bei der die CO2-Speicherung durch Verwitterung maximal ist. Diese optimale Rate liegt bei ungefähr 0,1 Millimeter pro Jahr. Bei niedrigeren oder höheren Raten wird entweder weniger CO2 gespeichert oder sogar CO2 freigesetzt.
In Gebirgen mit moderaten Erosionsraten um 0,1 Millimeter pro Jahr sind die schnell verwitternden Karbonate und Sulfide weitgehend verbraucht, während die Silikatverwitterung in großem Umfang stattfinden kann. In Gegenden mit wenig Topographie und Hebung, in denen kaum Material abgetragen wird, gibt es hingegen nur wenig zu verwittern. Daher sind Mittelgebirge wie der Schwarzwald oder der Bayerische Wald, deren Erosionsraten sich nahe dem Optimum befinden, die größten CO2-Senken. Die Temperatur, auf die der „Erd-Thermostat“ eingestellt ist, wird also über geologische Zeiträume vor allem von der globalen Verteilung der Erosionsraten bestimmt.
Diese Erkenntnisse tragen dazu bei, das Verständnis über den Zusammenhang zwischen Erosion, Verwitterung und der globalen Kohlenstoffbilanz zu verbessern. Zukünftige Studien sollten auch die Auswirkungen von organischen Kohlenstoffsenken und Verwitterung in Überschwemmungsgebieten berücksichtigen, um das Klimasystem der Erde noch genauer zu erforschen.
Um die Auswirkungen von Erosion auf das Klimasystem der Erde noch genauer zu verstehen, müssten seiner Ansicht nach in zukünftigen Studien noch die organischen Kohlenstoffsenken und die Verwitterung in Überschwemmungsgebieten berücksichtigt werden.
Kontakt:
– Prof. Dr. Aaron Bufe
– Department für Geo- und Umweltwissenschaften
– Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)
– Telefon: +49 (0) 89 2180 6714
– E-Mail: a.bufe@lmu.de
Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München / ots
