Die Geheimnisse der Karst-Kohlenstoffsenken lüften: der ewige „Experte für Kohlenstoffabscheidung“

Das globale Karstgebiet umfasst 22 Millionen Quadratkilometer und macht 15 % der Landfläche aus. Der globale Kohlenstoffsenkenfluss, der durch die Verwitterung und Auflösung von Karbonatgestein entsteht, beträgt 550 Millionen Tonnen/Jahr, was 33 % des globalen Kohlenstoffsenkenflusses der Wälder und 70 % des Kohlenstoffsenkenflusses der Böden entspricht. Im November 2019 veröffentlichte das Ministerium für Ökologie und Umwelt den „Bericht 2019 über Chinas Politik und Maßnahmen zum Klimawandel“. Im Abschnitt „Erhöhung der Kohlenstoffsenken“ hieß es: „Das Ministerium für natürliche Ressourcen erforscht aktiv vier Methoden zur Erhöhung der Kohlenstoffsenken im Karst, darunter künstliche Aufforstung und Graspflanzung, Bodenverbesserung, exogene Bewässerung und Anbau von Wasserpflanzen.“ Dies bedeutet, dass Kohlenstoffsenken im Karst eine wichtige Rolle bei der Erreichung von Zielen wie der Reaktion auf den Klimawandel und dem Streben nach einer Erhöhung der Kohlenstoffsenken spielen werden.

Um die Kohlenstoffsenke im Karst zu verstehen, sollten wir zunächst zwei Konzepte verstehen: Kohlenstoffsenke und Karst. Als sogenannte Kohlenstoffsenke bezeichnet man den Prozess, die Aktivität oder den Mechanismus, der durch Maßnahmen wie Aufforstung und Wiederherstellung der Vegetation Kohlendioxid aus der Atmosphäre absorbiert und dadurch die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre reduziert. Einschließlich Kohlenstoffsenken terrestrischer Ökosysteme, Kohlenstoffsenken der Ozeane und geologischer Kohlenstoffsenken. Karst, auch Karst genannt, ist ein allgemeiner Begriff für Landschaften, Phänomene und deren Prozesse, die durch die chemische Auflösung löslicher Gesteine ​​(hauptsächlich Karbonatgesteine) durch Wasser entstehen, begleitet von Wassererosion, Sedimentation und Gravitationskollaps von Gesteinsmassen. Unter anderem wird die Verwitterung von Karbonatgesteinen, bei der Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt, als Karst-Kohlenstoffsenke bezeichnet. Karst-Kohlenstoffsenken gehören zu den geologischen Kohlenstoffsenken. Bei diesem Prozess wird Kohlendioxid kontinuierlich aus der Atmosphäre entfernt und gelangt in Form von HCO3- in die Hydrosphäre, wo es die Rolle einer Kohlenstoffsenke übernimmt.

Karstlandschaft

Der Kohlenstoffkreislauf im Karst birgt großes Potenzial, doch der Kreislaufprozess verläuft geräuschlos. Karbonatgesteine ​​sind lösliche Gesteine ​​und ihre Verwitterungs- und Auflösungsgeschwindigkeit ist Dutzende bis Hunderte Male höher als die von Silikatgesteinen. Normalerweise löst Regenwasser Kohlendioxid in der Atmosphäre und im Boden auf und erzeugt Kohlensäure, die dann Karbonatgesteine ​​auflöst und Karstwasserkörper bildet, die HCO3- und Ca2+ enthalten. Während dieses Prozesses wird Kohlendioxid kontinuierlich aus der Atmosphäre entfernt und gelangt in Form von HCO3- in die Hydrosphäre, wo es eine entsprechende Rolle als Kohlenstoffsenke spielt. Die Kohlenstoffsenke, die durch den anorganischen Kohlenstoffkreislauf entsteht, der durch die Verwitterung von Karbonatgestein angetrieben wird, ist sehr verborgen. Der grundlegende Grund hierfür liegt darin, dass Karbonatgesteine ​​im Laufe der Erdgeschichte in einer warmen, sonnigen und sauberen Umgebung mit flachem Meer entstanden sind und ihr Auflösungsprozess sich auch im klaren und durchsichtigen Karstwasser widerspiegelte. Daher ist der Kohlenstoffkreislauf im Karst stumm.

Karstformen – Stalaktiten

Der Kohlenstoffkreislauf im Karst auf der Ebene der Wassereinzugsgebiete umfasst normalerweise drei Teile: Vorkommen, Migration und Umwandlung. 70 bis 80 % des Kohlenstoffkreislaufs im Karst finden in der flachen Karstoberflächenzone statt, und nur ein kleiner Teil findet in unterirdischen Flüssen und unterirdischen Höhlen statt. Während des Migrationsprozesses des HCO3-reichen Karstwassers kommt es aufgrund der Übersättigung zu chemischen Ablagerungen (Stalaktitenbildung) in der Höhle. Eine kleine Menge HCO3- wird in Kohlendioxid umgewandelt und entweicht in die Höhlenluft, während mehr HCO3- mit dem Grundwasser fließt, in Form von Quellen und unterirdischen Flüssen aus der Oberfläche austritt und in Flüsse, Seen und Ozeane getragen wird. Durch Sedimentation sinkt ein Teil des Kohlenstoffs auf den Grund des Gewässers. Diese Karstgewässer mit hohen Konzentrationen an anorganischem Kohlenstoff regen Wasserpflanzen zur Photosynthese an, wodurch ein Teil des anorganischen Kohlenstoffs in organischen Kohlenstoff umgewandelt wird.

Karstformen – Stalaktiten

Es sei darauf hingewiesen, dass die treibenden Kräfte des Karstkohlenstoffkreislaufs Wasser und Kohlendioxid sind. Die Intensität der Kohlenstoffsenken variiert in verschiedenen Klimazonen aufgrund unterschiedlicher Bedingungen wie Temperatur, Niederschlagsverhältnisse, CO2-Konzentration, Vegetationsbedeckung, Bodenzusammensetzung, Untergrund usw. Auch Kohlenstoffsenken im Karst können zunehmen, wenn durch menschliche Eingriffe die Antriebskraft verändert wird.

Wir können die Kohlenstoffsenken im Karst durch die Wiederherstellung der Vegetation, Bodenverbesserung, exogene Wassereinwirkung und die Steigerung der Photosynthese von Wasserpflanzen erhöhen. Erstens: Wiederherstellung der Vegetation. Durch die Wiederherstellung der Vegetation kann die Bodenatmung verbessert, die Kohlendioxidkonzentration im Boden erhöht, unterirdische Kohlenstoffsenken im Karst deutlich vergrößert und auch der Fluss biologischer Kohlenstoffsenken an der Oberfläche gesteigert werden. Zweitens: Verbessern Sie den Boden. Der Kohlenstoff in der Karst-Kohlenstoffsenke stammt hauptsächlich aus Kohlendioxid im Boden. Durch künstliche Bodenverbesserung können die Aktivität der Bodenorganismen und die Bodenporosität erhöht werden. Durch eine Verbesserung des Kohlendioxidkreislaufs im Boden kann die Kohlenstoffsenkenwirkung im Karst verstärkt werden. Drittens: Achten Sie auf die Rolle des externen Wassers. Exogenes Wasser aus Silikatgesteinsgebieten hat eine starke Erosionskraft. Überwachungsergebnisse typischer Flussbecken zeigen, dass im unterirdischen Flussbecken des Maocun in Guilin der Kohlenstofffluss des Karstwassers um fast das Zehnfache zunimmt, nachdem das Wasser aus dem flussaufwärts gelegenen Nichtkarstgebiet durch das Karstgebiet fließt. Überwachungsergebnisse im Lijiang-Flussbecken zeigen, dass exogenes Wasser den größten Einfluss auf die Karstkohlenstoffsenke hat, wenn das Verbreitungsgebiet des Karbonatgesteins in einem kleinen Becken etwa 50 % beträgt. Viertens: Verbessern Sie die Photosynthese von Wasserpflanzen. Die Bicarbonat-Ionen im Karstwasser können den notwendigen Kohlenstoff für die Photosynthese der Unterwasserpflanzen liefern. Calciumionen sind nicht nur wichtige Mineralstoffe für das Wachstum von Wasserpflanzen, sondern können auch die Nutzung von anorganischem Kohlenstoff durch Wasserpflanzen fördern. Karstwasser hat eine „Düngewirkung“ auf Wasserpflanzen. Bei der Photosynthese von Unterwasserpflanzen werden im Wasser vorhandene Bicarbonat-Ionen verbraucht, wodurch der darin enthaltene Kohlenstoff in stabilen organischen Kohlenstoff umgewandelt wird. Gleichzeitig wird die Konzentration der Bicarbonat-Ionen im Wasser reduziert und die Stabilität des Kohlenstoffmigrationsprozesses in Karstgewässern aufrechterhalten.

Karstlandschaften sind in meinem Land weit verbreitet und Karstkohlenstoffsenken sind für die Verwirklichung der „dualen Kohlenstoffziele“ meines Landes von großer Bedeutung. Im Oktober 2021 wurden in den „Stellungnahmen des Zentralkomitees der Kommunistischen Partei Chinas und des Staatsrats zur vollständigen, genauen und umfassenden Umsetzung des neuen Entwicklungskonzepts und zur guten Arbeit beim Erreichen des CO2-Peaks und der CO2-Neutralität“ sowie im „Aktionsplan des Staatsrats zum Erreichen des CO2-Peaks vor 2030“ Maßnahmen zur Konsolidierung und Verbesserung der Kohlenstoffsenkenkapazität vorgeschlagen, die darin bestehen, „die Entwicklung und Nutzung von Karst-Kohlenstoffsenken aktiv zu fördern“ und „eine grundlegende Untersuchung der Karst-Kohlenstoffsenken durchzuführen“. Als wichtiges technisches Mittel zur Erreichung der „Kohlenstoffneutralität“ wurden Karst-Kohlenstoffsenken in die übergeordnete Konzeption der nationalen „dualen Kohlenstoffaktion“ aufgenommen. Dadurch wird die potenzielle Rolle der Kohlenstoffsenken im Karst bei der Reaktion auf den globalen Klimawandel voll ausgeschöpft und ein wichtiger Beitrag zum Aufbau einer ökologischen Zivilisation und einer nachhaltigen Entwicklung geleistet.

(Text von Wei Yanlan, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Institut für Karstgeologie, Chinesische Akademie der Geologischen Wissenschaften; Wang Li, assoziierter Forscher, Chinesische Geologische Bibliothek; Li Wenli, assoziierter Forscher, Institut für Karstgeologie, Chinesische Akademie der Geologischen Wissenschaften)