Es ist zu heiß. Sie können es kaum erwarten, die CO2-Emissionen zu reduzieren? Können wir Kohlenstoff wieder in den Boden einbringen?

Warum sollte man sich um den Kohlenstoff auf der Erde kümmern? Denn Kohlenstoff ist allgegenwärtig, unverzichtbar und geheimnisvoll. Auf einem Kohlenstoffplaneten ist Kohlenstoff zu jeder Zeit für das Leben unerlässlich. kein anderes Element ist für uns kohlenstoffbasierte Lebewesen so wichtig. Woher kommt die Erde und was wird sie letztendlich werden? Wie gehen wir mit dem globalen Klimawandel um? Die Kohlenstoffwissenschaft könnte Antworten auf einige der größten Fragen der Menschheit liefern. In gewissem Sinne ist die Geschichte des Kohlenstoffs die Geschichte von allem.

Dieser Artikel ist ein Auszug aus „How Carbon Plays with the Earth“ (Jiangsu Phoenix Science and Technology Press, Ausgabe Juli 2022). Titel und Abbildungen wurden vom Herausgeber hinzugefügt und bearbeitet.

Von Robert M. Hazen

Übersetzung | Dong Hanwen, Zeng Lingsen (Institut für Geologie, Chinesische Akademie der Geologischen Wissenschaften)

Wandern Sie durch die idyllischen Hügel von Caldara di Manziana in Mittelitalien, umgeben von Wäldern, Blumen und Vogelgezwitscher. Ein Todeswarnschild mit Totenkopf und gekreuzten Knochen würde man hier nie erwarten. Wovor warnt es? Elektrozaun, Schießstand oder Bären in der Nähe?

Dann kommen Sie zu einem kleinen Tal, einer leblosen Senke, deren nackter Boden einen starken Kontrast zum grünen Hochland bildet. Was ist los?

Es stellt sich heraus, dass dies alles durch Kohlendioxid verursacht wird. Es sickert aus dem Boden, ist farblos, geruchlos und schwerer als normale Luft, sodass es zu Boden sinkt und die tiefsten Vertiefungen füllt. An einem windigen Tag spielt dies keine Rolle, da die Luftströmungen an der Oberfläche schnell zerstreut werden. An windstillen Tagen kann jedoch dichteres Kohlendioxid die Atemluft ersetzen und eine tödliche Bedrohung darstellen. Die häufigsten Opfer sind Jäger. Ihre Hunde laufen dicht am Boden und laufen Gefahr zu ersticken. Wenn der Jäger ungeachtet der Gefahr zu seinem Hund eilt und sich neben ihn kniet, wird auch er leiden.

Kohlenstoff im Kreislauf

Kohlenstoff ist mobil. Im Zuge der Veränderung der ozeanischen Kruste wird Kohlenstoff von der sonnenbeschienenen Oberfläche in das Erdinnere subduziert. Es kann aus Böden sickern und als wichtiger Bestandteil tiefer Mantelflüssigkeiten aus aktiven Vulkanen ausgestoßen werden. Kohlenstoffatome werden mithilfe von festem Gestein als Träger aus dem Meer und der Luft abgeschieden und kehren nach der Verwitterung aus dem festen Gestein ins Meer und die Luft zurück. Einmal freigesetzt, bewegen sich Kohlenstoffatome auf den großen Meeresströmungen um die Erde und werden von unvorhersehbaren Luftströmungen um die Welt getragen. Lebende Zellen – von Mikroben über Pflanzen bis hin zum Menschen – verwenden und verwenden Kohlenstoffatome stets in einer Geschwindigkeit wieder, die die Geschwindigkeit des Kohlenstoffkreislaufs in der unbelebten Welt bei weitem übersteigt.

Wenn heißes, kohlenstoffhaltiges Magma aus der Tiefe aufsteigt, wird bei Vulkanausbrüchen Kohlendioxid mitgerissen (wie bereits erwähnt, ersticken in bestimmten Bergen Italiens gelegentlich Jäger und ihre Hunde an Kohlendioxid). Wenn das Magma aufsteigt, beeinflusst es die Gesteinsschichten aus Karbonatmineralien, wodurch diese bei hohen Temperaturen zerfallen und Kohlendioxid in den Mantel und die Erdkruste eingemischt wird.

All die oben genannten Faktoren sind Teil des großen Kohlenstoffkreislaufs der Erde, der die Atmosphäre erzeugt und erneuert.

Alle chemischen Elemente auf der Erde durchlaufen Zyklen, und Kohlenstoff ist keine Ausnahme. Der Kohlenstoffkreislauf ist ein wichtiges Thema in Einführungslehrbüchern und populärwissenschaftlichen Websites. Diese Einführungen umfassen häufig verschiedene Reservoirs von Kohlenstoffatomen und die Bewegung von Kohlenstoffatomen zwischen diesen Reservoirs. Suchen Sie auf YouTube nach „Bildern zum Kohlenstoffkreislauf“. Die Ergebnisse zeigen Bilder des Ozeans und der Atmosphäre, von Kalkstein und fossilen Brennstoffen, Tieren und Pflanzen, alle mit kleinen Pfeilen, die anzeigen, wie Kohlenstoff von einem Reservoir zum anderen gelangt. Einige Diagramme zeigen rauchende Vulkane, was auf tiefer liegende Prozesse hindeutet. Der Kohlenstoff tief in der Erde, die eigentliche Quelle der Atmosphäre, wird jedoch selten im Detail betrachtet.

Der Grund für die Vernachlässigung von Deep Carbon ist leicht zu verstehen. Verglichen mit dem schnellen Kohlenstoffkreislauf nahe der Erdoberfläche ist der tiefe Kohlenstoffkreislauf sehr langsam. Ein Kohlenstoffatom benötigt Millionen von Jahren, um aus den Tiefen der Erde an die Oberfläche zu gelangen, und die Einzelheiten dieses Prozesses sind weitgehend unklar und ungewiss. Niemand weiß, wie viel Kohlenstoff tief in der Erde vorhanden ist, und wir sind nicht sicher, welche verschiedenen Formen er annehmen könnte.

Sicher ist jedoch, dass der globale Kohlenstoffkreislauf ein Prozess von der Atmosphäre in die Tiefen der Erde und dann wieder zurück in die Atmosphäre sein muss. Der schwarze Basalt und die anderen Gesteine, die den Meeresboden bedecken, sind kalt und dicht – dichter als der heiße, weiche Erdmantel darunter. Unter dem Einfluss der Schwerkraft stürzen riesige Platten der Ozeankruste Hunderte von Kilometern in die Tiefe und tragen dabei Sedimente mit sich, die reich an Karbonatmineralien sind, Basaltschichten und sich zersetzende biologische Überreste. Dieser Prozess ist nicht mehr aufzuhalten und der Kohlenstoff sinkt immer tiefer von der Oberfläche in die Tiefen der Erde, die für uns nur schwer erreichbar sind.

Wenn weiterhin Kohlenstoff von der Oberfläche auf diese Weise tief in die Erde transportiert wird, ohne dass er durch anderen Kohlenstoff ersetzt wird, wird der Kohlenstoff in der Erdkruste innerhalb weniger hundert Millionen Jahre aufgebraucht sein. Wenn der Kohlenstoff auf diese Weise von der Erdoberfläche abgetragen wird, wird die vom Kohlenstoff abhängige Biosphäre nicht mehr existieren. Glücklicherweise steigt Kohlenstoff aus der Tiefe allmählich an die Oberfläche. Wenn die Temperatur der abtauchenden kohlenstoffreichen Gesteine ​​steigt, beginnen Karbonatmineralien und organische Moleküle zu zerfallen, wobei Kohlendioxid und andere kleine Moleküle entstehen. Einige dieser Moleküle lösen sich aus ihren Felsgräbern und bilden aufsteigende Flüssigkeiten, die schließlich wieder an die Oberfläche zurückkehren. Vulkanausbrüche sind der Hauptfreisetzungsweg dieser Tiefengase. Tiefseekohlenstoff entweicht aus dem Untergrund an die Oberfläche und diffundiert in die Atmosphäre. Dieser weitverbreitete Diffusionsprozess lässt darauf schließen, dass in der Tiefe ein größerer Kohlenstofffluss stattfindet, der genaue Wert lässt sich jedoch nur schwer quantifizieren.

Der globale Kohlenstoffkreislauf ist weitgehend verborgen und das Verständnis seiner verborgensten Zusammenhänge war von Anfang an eines der Hauptziele des Deep Carbon Observatory. Die Arbeit ist umfangreich und vielfältig: Hunderte von Wissenschaftlern arbeiten in Dutzenden von Feldstationen und Laboren auf der ganzen Welt zusammen, um ein breites Spektrum anspruchsvoller Probleme zu lösen. Ihre Forschung zum dynamischen tiefen Kohlenstoffkreislauf lässt sich in drei Fragen zusammenfassen: Wie viel Kohlenstoff gelangt tatsächlich in die Tiefe? Was passiert mit Kohlenstoff in der Tiefe? Wie viel Kohlenstoff wird an die Oberfläche zurückgeführt?

Kohlenstoffbilanz

Die Art und Weise, wie das menschliche Leben den globalen Kohlenstoffkreislauf verändert, erfährt derzeit große Aufmerksamkeit. Im Laufe von Milliarden von Jahren scheint die Erde ein Gleichgewicht zwischen dem tief in die Erde eindringenden Kohlenstoff und der durch Vulkane freigesetzten Kohlenstoff gefunden zu haben, ein Gleichgewicht, das zur Stabilisierung des Klimas und der Umwelt beigetragen hat. Aber wie stabil ist dieser anhaltende Kohlenstoffkreislauf? Die Natur hat nicht bestimmt, ob die Gesamtmenge an Kohlenstoff, die tief in die Erde eindringt – eingeschlossen in Gestein, vergraben in Sedimenten und in den Erdmantel subduziert – genau der Menge entspricht, die durch Vulkane und andere, sanftere Wege an die Oberfläche zurückkehrt. Doch für das Deep Carbon Observatory ist nichts wichtiger, als ein Gleichgewicht zwischen beiden zu finden.

Ist der Kohlenstoffkreislauf der Erde im Gleichgewicht? Die Forschungen von Mary Edmonds zeigen, dass viele Subduktionszonen große Mengen Kohlenstoff tief im Inneren der Erde vergraben haben. Im Gegensatz dazu argumentiert Terry Plank, dass es keine allgemeingültige Regel sei, dass es äußerst schwierig sei, Kohlenstoff durch Subduktion zu speichern. Welche Theorie ist also richtig?

Im Jahr 2015 versuchten zwei visionäre Leiter des Deep Carbon Observatory, Peter Kelemen von der Columbia University und Craig Manning von der UCLA, alle Daten in einem übersichtlichen Diagramm des tiefen Kohlenstoffkreislaufs zusammenzufassen, ähnlich den Diagrammen in Lehrbüchern. Dieses exquisite Diagramm enthält sechs rote Pfeile, die jeweils einen wichtigen Kohlenstofffluss zwischen der Oberfläche und der Tiefe darstellen. Neben jedem Pfeil befinden sich ein oder mehrere kleine Kästchen, die den jährlichen Kohlenstofffluss in Megatonnen aufzeichnen. Die Illustration, die in Hunderten von Workshops und Vorträgen des Deep Carbon Observatory erschien, ist zu einem Symbol dafür geworden, wie viel wir noch über Kohlenstoff auf der Erde lernen müssen.

Abbildung: Jährlicher Kohlenstofffluss zwischen der Oberfläche und der Tiefe (
www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1507889112)

Es ist wichtig zu betonen, dass keiner der Pfeile oder die entsprechenden Kästchen streng eingeschränkt sind. Kelemen und Manning schätzen, dass Vulkane auf Gebirgsrücken und Ozeaninseln jährlich 8–42 Megatonnen Kohlenstoff ausstoßen und Bogenvulkane 18–43 Megatonnen Kohlenstoff pro Jahr. Die niedrigste Schätzung für die schnelle Rückführung von subduziertem Kohlenstoff in die Erdkruste und die Luft liegt bei 14 Megatonnen pro Jahr, die höchste Schätzung beträgt das Fünffache. Am alarmierendsten ist, dass Computeranalysen zeigen, dass der Netto-Kohlenstofffluss von der Oberfläche in die Tiefe zwischen 52 Megatonnen und 0 liegt!

Wir sehen einige Anzeichen dafür, dass sich die Kohlenstoffbilanz der Erde verändern könnte. Unser Planet hat sich im Laufe von mehr als vier Milliarden Jahren abgekühlt und Karbonatmineralien, die einst in tiefen Umgebungen mit hohen Temperaturen zerfielen, könnten unter den modernen, kühleren Bedingungen nun weiter in größere Tiefen vordringen. Auch dieses inhärente Gleichgewicht ist im Laufe der Zeit aus dem Gleichgewicht geraten, denn die Erde lernt ständig neue Tricks, um Kohlenstoff in Schwarzschiefergestein, muschelreichem Kalkstein, Kohle und Schlamm, der durch die Ablagerung von Planktonresten entsteht, zu binden. Mit dem Klimawandel und der Veränderung der Meereschemie verändern sich auch die Mechanismen und Geschwindigkeiten der Kohlenstoffbewegung.

Vielleicht ist es ein glücklicher Zufall, dass während des größten Teils der Erdgeschichte die Menge an Kohlenstoff, die durch Subduktion in die Atmosphäre gelangte, ungefähr der Menge entsprach, die durch Vulkanausbrüche und andere Prozesse freigesetzt wurde. Wenn also dicke Kelpmatten und dichte tropische Wälder nach Kohlenstoff suchen, ist davon reichlich vorhanden, um das Leben zu ernähren.

Obwohl die Forschung zur Kohlenstoffbilanz noch keine abschließenden Ergebnisse liefert und noch viel Arbeit zu leisten ist, sind einige Wissenschaftler zu einer wichtigen Schlussfolgerung gelangt: Die Kohlenstoffbilanz könnte sich verändert haben. Dank karbonatbildendem Plankton ist in den Meeresablagerungen mehr Kohlenstoff gebunden als in den meisten vorherigen Epochen. Ein Teil dieses Kohlenstoffs hat seine lange Reise in den tiefen Erdmantel möglicherweise bereits begonnen. Da sich die Erde in den letzten etwa 4 Milliarden Jahren abgekühlt hat, zerfallen die subduzierten Karbonate nicht so leicht in Kohlendioxid, das durch Vulkanausbrüche wieder an die Oberfläche gelangen kann – was untergeht, kommt möglicherweise nicht wieder hoch. Obwohl die genauen Zahlen nicht genau bekannt sind, lassen die meisten Berechnungen darauf schließen, dass der Kohlenstoff an der Erdoberfläche immer schneller vergraben wird und der für das Leben notwendige Kohlenstoff wahrscheinlich schon in einigen Hundert Millionen Jahren erschöpft sein wird. Aber machen Sie sich deswegen keine Sorgen, denn es handelt sich lediglich um eine langsame Veränderung auf geologischer Ebene. Klar ist, dass sich der Kohlenstoffkreislauf der Erde ständig verändert und weiterhin für Überraschungen sorgen wird.

Das heißt jedoch nicht, dass wir Bedenken hinsichtlich des Kohlenstoffausstoßes ignorieren können. Wenn Ihnen der sich verändernde Kohlenstoffkreislauf wirklich den Schlaf raubt, dann blicken Sie nicht weiter als auf die Erde selbst, sondern konzentrieren Sie sich auf uns selbst.

Veränderungen in der Atmosphäre

Kohlendioxid ist ein unvermeidliches Nebenprodukt bei der Verbrennung von allem, egal ob es sich um die berühmte Bibliothek von Alexandria, ein Stück Buschland in Kalifornien, ein Haus in Dresden, einen Stapel alter Zeitungen oder eine Stradivari-Geige handelt. Seit der Mensch in der Altsteinzeit gelernt hat, das Feuer zu beherrschen, verbrennen die Menschen Brennstoffe, um ihre Häuser zu heizen, ihr Essen zu kochen und sich in der dunklen Nacht den Weg zu leuchten. Der CO2-Fußabdruck der Menschheit, also die Nettozunahme oder -abnahme des Kohlenstoffgehalts in der Atmosphäre, befindet sich seit langem im Gleichgewicht. Beim Verbrennen von Holz entsteht Kohlendioxid, das beim Nachwachsen neuer Bäume verbraucht wird.

Mit der Entdeckung tief unter der Erde vergrabener kohlenstoffreicher Brennstoffe begann sich das Gleichgewicht zu verschieben. Obwohl bereits vor der industriellen Revolution über Jahrtausende hinweg kleine Mengen an Torf, Steinkohle und Öl abgebaut wurden, reichten diese nicht aus, um das atmosphärische Gleichgewicht signifikant zu verändern. Erst mit der Industriellen Revolution (gefolgt von der elektrischen Revolution und der Revolution des mechanisierten Transports) kam es zu einer wirklichen Verschiebung des Gleichgewichts. Der sprunghaft ansteigende Energiebedarf und die massive Ausbeutung der Öl- und Kohlevorkommen haben die rasante Entwicklung der wissenschaftlich-technologischen Gesellschaft vorangetrieben und der Menschheit eine Welle des Wohlstands und des materiellen Genusses beschert.

In den vergangenen 200 Jahren haben wir Hunderte Milliarden Tonnen kohlenstoffreicher Kohle und Öl abgebaut. Durch die Verbrennung dieser Brennstoffe werden derzeit jährlich etwa 40 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt. Das ist eine Menge, die 1.000 Mal größer ist als der gesamte Kohlendioxidausstoß aller Vulkane der Welt. Durch menschliche Aktivitäten ist das Gleichgewicht des Kohlenstoffkreislaufs völlig gestört.

Es besteht kein Grund zur Unklarheit hinsichtlich des Kohlenstoffs und seiner Rolle beim Klimawandel. Hier sind vier Fakten, die unbestreitbar sind.

Fakt 1: Kohlendioxid und Methan sind starke Treibhausgase. Ihre Moleküle fangen die Sonnenstrahlung ein und reduzieren so die Energiemenge, die die Erde in den Weltraum abstrahlt. Höhere Konzentrationen von Kohlendioxid und Methan in der Atmosphäre bedeuten, dass die Atmosphäre mehr Sonnenenergie einfängt.

Fakt 2: Die Kohlendioxid- und Methanwerte in der Erdatmosphäre steigen rapide an. Belege für diese Tatsache stammen aus verschiedenen Quellen. So liefern etwa Untersuchungen von Gasblasen aus der Vergangenheit, die im polaren Eis eingeschlossen sind (etwa 1 Million Jahre pro 1,6 km Eiskern), direkte und solide Beweise für die heutigen atmosphärischen Veränderungen. In den letzten Millionen Jahren schwankten die CO2-Konzentrationen fast kontinuierlich zwischen 0,02 % und 0,028 %, wobei die niedrigsten Werte den Eiszeiten der Erde entsprachen. Mitte des 20. Jahrhunderts überschritt der Wert 0,03 %, was möglicherweise das erste Mal seit zig Millionen Jahren war, dass dies geschah. Im Jahr 2015 lag die CO2-Konzentration über 0,04 %. Alle Analysen zeigen, dass dieser Wert schneller steigt als jemals zuvor in den letzten Millionen Jahren. Noch deutlicher ist der Anstieg des Methangehalts in der Atmosphäre. In den letzten einer Million Jahren schwankte die Methankonzentration zwischen 4×10-7 und 7×10-7, ein Wert, der auch mit dem Beginn und Ende der Eiszeit zusammenhängt. In den letzten 200 Jahren hat sich die Methankonzentration etwa verdoppelt und ist auf 2×10-6 gestiegen. Wie bei Kohlendioxid sind auch die Methankonzentrationen höher als jemals zuvor in den letzten Millionen Jahren und steigen schneller als je zuvor.

Fakt 3: Menschliche Aktivitäten, insbesondere die Verbrennung von Milliarden Tonnen fossiler Brennstoffe pro Jahr, sind die Hauptursache für fast alle Veränderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre.

Fakt 4: Die Erde erwärmt sich seit mehr als einem Jahrhundert. Aufzeichnungen, die bis ins Jahr 1880 zurückreichen, zeigen, dass die zwölf wärmsten Jahre alle in den vergangenen 20 Jahren stattfanden. 2014 war heißer als alle Jahre zuvor. Im Jahr 2015 war die globale Durchschnittstemperatur an der Erdoberfläche um mehr als 0,1 Grad Celsius höher als im Jahr 2014. Im Jahr 2016 erreichte sie einen neuen Rekordwert. 2017 war es fast so heiß wie 2016. Die Durchschnittstemperatur in den ersten beiden Jahrzehnten des 21. Jahrhunderts war mehr als 1 °C höher als vor einem Jahrhundert.

Fast alle Wissenschaftler, die die oben genannten Fakten untersucht haben, sind sich einig: Die Aktivitäten des Menschen führen zur Erwärmung der Erde. Diese Schlussfolgerung ist keine Meinung oder Spekulation. Es hat nichts mit Politik oder Wirtschaft zu tun. Es handelt sich dabei nicht um eine Strategie der Forscher, um mehr Geld zu bekommen. Es handelt sich nicht um eine übertriebene Meldung einiger Umweltschützer.

Auf unserem Planeten geschehen einige reale Dinge, und die globale Erwärmung ist eines davon .

Die Verdoppelung des atmosphärischen Kohlenstoffgehalts in so kurzer Zeit und die daraus resultierende globale Erwärmung sind beispiellos. Die Menschheit führt ein Geoengineering-Experiment ohne Pläne oder Sicherheitsvorkehrungen durch, und es zeichnen sich unerwartete Folgen ab.

Mit dem Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre stieg auch der Gehalt in den Ozeanen. Auch wenn der Anstieg der Ozeanversauerung geringer ausfällt, ist die Veränderung eindeutig schädlich, da versauertes Wasser Karbonatschalen erodieren und Korallen töten kann. Einige Meeresbiologen befürchten, dass die Ökosysteme der flachen Meere weltweit zusammenbrechen könnten.

Aufgrund der Erwärmung der Atmosphäre und der Ozeane kam es sowohl in den hochgelegenen Bergregionen der mittleren Breiten als auch in den Polarregionen zu einem beispiellosen Abschmelzen der Gletscher. In vielen Küstengebieten ist der Anstieg des Meeresspiegels bereits deutlich spürbar, vielleicht um ein paar Meter, vielleicht auch mehr, aber er ist unvermeidlich. Veränderungen der Meerestiefen sind nichts Neues. In den vergangenen Millionen Jahren hat die Erde mindestens zehn Eiszeiten erlebt. Dabei handelt es sich um Perioden, in denen bis zu fünf Prozent des Wassers auf dem Planeten zu Eisschichten und Gletschern gefror, was zu einem Absinken des Meeresspiegels um mehrere hundert Meter führte. Im Gegensatz dazu waren in diesem Zeitraum weniger als 2 % der Wassermassen der Erde gefroren und der Meeresspiegel stieg um mindestens das Zehnfache an und näherte sich allmählich dem heutigen Meeresspiegel an oder überschritt ihn leicht.

Beunruhigend ist, dass die Gletscher in beispiellosem Tempo verschwinden und die riesigen Eisschelfe der Antarktis auseinanderbrechen. Wenn mehr Eis schmilzt, wird der Ozean allmählich tiefer und ein Anstieg von 100 Fuß (30,5 Meter) ist nicht beispiellos. Wenn sich die gegenwärtigen Trends fortsetzen, könnten innerhalb weniger Jahrhunderte Hunderte Millionen Menschen, die in Küstengebieten leben, vertrieben werden, und einige Staaten (vor allem Florida und Delaware) und Länder (die Niederlande, Bangladesch und einige pazifische Inselstaaten) würden aufhören zu existieren.

Eine wärmere Atmosphäre und wärmere Ozeane könnten sich auch auf das Klima auswirken und zu veränderten Niederschlagsmustern, heftigeren Stürmen und Veränderungen der Meeresströmungen führen, die einige Gebiete erwärmen und andere abkühlen. Im Jahr 2017 modellierte Daniel Scott von der University of Waterloo in Ontario die variablen und teilweise widersprüchlichen Auswirkungen des Klimawandels auf 21 ehemalige Austragungsorte der Olympischen Winterspiele und prognostizierte sie bis zum Jahr 2040. An all diesen Austragungsorten war es im 20. Jahrhundert durchgehend kalt; die Wintertemperaturen lagen in über 90 Prozent der Fälle unter dem Gefrierpunkt. Doch Scotts Modell zeigt, dass neun Schneefelder, darunter Vancouver in Kanada, Oslo in Norwegen und Innsbruck in Österreich, unbenutzbar werden, weil die Temperaturen dort im Winter mehr als ein Viertel der Zeit über dem Gefrierpunkt liegen. Sotschi in Russland, Austragungsort der Olympischen Winterspiele 2014, schnitt in Scotts Modell am schlechtesten ab: Dort werden die Temperaturen bis 2040 im Winter voraussichtlich mehr als die Hälfte der Zeit über 0 Grad Celsius liegen.

Die verheerenden Auswirkungen des Klimawandels sind in den Ökosystemen weltweit bereits spürbar, doch der Klimawandel bringt auch seine Vorteile mit sich. In der Arktisregion Grönlands können die Menschen, die 1.000 Jahre lang in kalten, dunklen Wintern vom Eisfischen lebten, nun das ganze Jahr über offene Gewässer genießen. in Zentralkanada ist die Wachstumsperiode für Nutzpflanzen länger geworden; eine eisfreie Nordwestpassage zwischen Atlantik und Pazifik könnte die globale Schifffahrt beschleunigen; und zum ersten Mal in der Geschichte werden einige eisbedeckte Felsen freigelegt, was den Bergbauunternehmen die Möglichkeit gibt, nach reicheren Erzen zu suchen.

Andere Änderungen sind jedoch wirklich beunruhigend und werden niemandem etwas nützen. Die Sahara in Afrika dehnt sich rasant aus und verschlingt einst stabile Dörfer. Jahrhundertelang war es in der Arktis zu kalt, um von Insekten befallen zu werden. Doch im Juli und August wurde die Gegend erstmals von Schwärmen von Mücken und Kriebelmücken heimgesucht. Ökoregionen wandern jedes Jahr mehrere Kilometer nach Norden, und zwar schneller, als sich Wälder, Felder und Zugvögel anpassen können.

Wissenschaftler können viele der stetigen, schrittweisen Veränderungen, die durch die Erwärmung des Planeten verursacht werden, vorhersehen und sogar abmildern. Der „Kipppunkt“, der das größte Risiko birgt (ab dem sich der Klimawandel stark beschleunigen wird), lässt sich für uns allerdings nur schwer vorhersagen. Methan ist ein stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid und kann schädlicher sein. Fast das gesamte Methan auf der Erde ist in der Erdkruste, in der Tundra und in riesigen methanreichen Eisschichten unter den Kontinentalschelfen gebunden. Obwohl quantitative Schätzungen schwierig sind, sind sich Experten einig, dass das globale Eis hundertmal mehr Methan enthält als alle anderen Quellen und wahrscheinlich mehr Kohlenstoff als alle anderen fossilen Brennstoffe zusammen. Methan war Tausende von Jahren lang ein passiver Teil des Kohlenstoffkreislaufs der Erde und lag ruhend und vergraben unter der Erde.

Das ultimative Katastrophenszenario ist wahrscheinlich eine globale positive Rückkopplung von Methan, wenn das Klima der Erde einen kritischen Punkt überschreitet, der dazu führt, dass manche Menschen nachts schweißgebadet aufwachen. Die Klimaerwärmung wird zum Schmelzen des Eises und zur Freisetzung von Methan führen, was wiederum zu einer stärkeren Klimaerwärmung und einem großflächigeren Schmelzen des Eises führen wird. Der Methangehalt in der Atmosphäre könnte stark ansteigen und die Temperatur würde weiter steigen. Wir wissen nicht, ob dies passieren wird, aber wenn dieses positive Feedback erst einmal einsetzt, könnte es zu spät sein.

Wir müssen verstehen, dass es weiterhin Leben geben und der Kohlenstoffkreislauf weiterlaufen wird, ganz gleich, was wir der Erde antun und welche Veränderungen in der Zukunft eintreten mögen. Aber sind wir Menschen bereit für die kommenden Veränderungen?

Lösung

Die Menschheit pumpt weiterhin enorme Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre, einen unsichtbaren, unkontrollierten Strom, der Auswirkungen haben wird, wie man sie seit Millionen von Jahren nicht mehr erlebt hat. Dies ist keine Panikmache, die steigenden Kohlendioxidwerte sind keine Täuschung und die Folgen treten ebenfalls ein. Wer diese Tatsache leugnet, ist entweder ignorant, gierig oder beides.

Was sollten wir als Einzelpersonen tun? Den Menschen ein kohlenstoffneutrales Leben zu ermöglichen, ist in der heutigen Zeit eine gewaltige Herausforderung, da die Gesellschaft von Kohlenstoffemissionen durchdrungen ist und die Verwirklichung vieler unserer besten Ziele behindert. Würden Sie eine riesige Windturbine für „saubere“ Energie bauen? Dabei müssen Sie möglicherweise große Mengen Vegetation entfernen und Beton für das Fundament gießen, wodurch während des Herstellungsprozesses große Mengen Kohlendioxid freigesetzt werden. Kann man ein Elektroauto fahren? Der Strom kann aus Kraftwerken stammen, die fossile Brennstoffe verwenden. Eine bessere Nutzung des öffentlichen Nahverkehrs und des ökologischen Landbaus sowie die Verwendung von recyceltem Aluminium und Stoffwindeln – all diese Maßnahmen können den Energieverbrauch wirksam senken, sind aber dennoch bis zu einem gewissen Grad auf kohlenstoffbasierte Brennstoffe angewiesen. Egal, ob Sie in einer Stadt, auf einem Bauernhof oder irgendwo dazwischen leben, Sie sind wahrscheinlich ein Nettoproduzent von Treibhausgasen.

Wissenschaftler neigen dazu, Optimisten zu sein. Obwohl die oben beschriebenen globalen Veränderungen unerwartete Katastrophen mit sich bringen können, suchen wir weiterhin nach Lösungen und sehen einige Chancen. Peter Kelemen ist so ein Optimist. Kelemen arbeitet am renommierten Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University. Das Observatorium befindet sich auf den berühmten Basaltklippen der Palisades-Region in der Nähe des Hudson River, direkt gegenüber dem Hauptcampus der Columbia University in Manhattan, und ist ein großartiger Ort zum Studium der Gesteine, Ozeane und Atmosphäre der Erde.

Obwohl Kellemen spektakuläre Felsformationen vor sich hatte, richtete er sein Augenmerk auf die majestätischen Berge Omans auf der fernen Arabischen Halbinsel. Dort erreicht das sonnenverbrannte Land fast das ganze Jahr über Temperaturen von 60 Grad Celsius. Dort untersuchte Klemen einige der bizarrsten Gesteine ​​der Erde: Ophiolithe, riesige Blöcke aus Mantelgestein, die Dutzende von Kilometern unter der Erde begraben liegen sollten, aber irgendwie auf der Spitze von 3.000 Meter hohen Bergen auftauchen.

Auf den ersten Blick scheint Kelemen ein lockerer Typ zu sein. Er hat einen weichen, leicht ergrauenden Bart und wann immer er alte oder neue Freunde trifft, lächelt er spontan, schüttelt einem die Hand und spricht in einem beruhigenden, entspannten Ton. Er vermittelt den Menschen ein entspanntes Gefühl und man möchte gerne einen langen Spaziergang mit ihm machen. Der erste Eindruck kann jedoch täuschen.

Eine Karriere in der Geologie im Oman ist nichts für entspannte Geologen. Die omanische Kultur ist bis zu einem gewissen Grad gastfreundlich, aber es ist nicht einfach, dort geologische Feldarbeiten durchzuführen, da die Arbeit etwas invasiv zu sein scheint. Sie stehen Ausländern, die ihr Land ausnutzen, zwangsläufig feindselig gegenüber. Aber Kellemen wollte mehr, als nur ein paar Steine ​​von einem Felsvorsprung am Straßenrand zu schlagen; Er wollte in Tausende von Metern Tiefe bohren, um Kerne zu gewinnen. Daher kommt es verständlicherweise zu einigen Verzögerungen und Hindernissen bei der Arbeit hier. Forscher müssen eine von der Land-, Wasser- und Mineralienbehörde genehmigte Lizenz einholen, ein lokales omanisches Bohrunternehmen beauftragen und die entsprechenden Gebühren entrichten. Da in diesen Ophiolithbergen noch nie gebohrt wurde, könnten neue Forschungen neue Vorschriften erfordern, aber darüber ist sich noch keine Behörde sicher.

Verzögerungen bedeuten, dass Arbeitsplätze in der Schwebe sind, Exkursionen auf Eis gelegt und Reisepläne abgesagt werden. Angesichts dieser administrativen Hürden würden viele Wissenschaftler ihre Forschung hier aufgeben. Doch Kelemen besaß Entschlossenheit, Tatkraft und, wie es Außenstehenden schien, grenzenlose Geduld und Ruhe. Nach jahrelangem Warten wurde das Bohrprojekt im Oman endlich gestartet und erzielte historische Ergebnisse.

Kellemens Forschung bestätigt, was wir bereits wissen: Die Ophiolithberge Omans entstanden, als Mantelgesteine ​​unter der Einwirkung der Plattentektonik auf eine flachere basaltische ozeanische Kruste geschoben wurden. Diese Mantelgesteine ​​sind reich an Magnesium und Kalzium, aber arm an Silizium. Wenn sie der Erdatmosphäre ausgesetzt werden, reagieren sie schnell mit Kohlendioxid und bilden kreuz und quer verlaufende weiße Adern aus Magnesium- und Kalziumkarbonat .

Kelemen und seine Kollegen stellten fest, dass sich die Karbonatmineralien mit erstaunlicher Geschwindigkeit bildeten. Ophiolithe absorbieren Kohlendioxid aus der Luft und bilden mit extrem hoher Geschwindigkeit neue Karbonatmineralien. Sie können sogar beobachten, wie sich in Teichen oder Tümpeln Kristalle bilden und wachsen, wenn mineralreiches Grundwasser aus Felsvorsprüngen sickert. Im Gegensatz zu vielen Mineralien, die sich nur bei hohen Temperaturen tief in der Erde schnell bilden, können Ophiolithe bei Raumtemperatur entstehen, obwohl die Durchschnittstemperatur im Oman viel höher ist als in Ihrem Wohnzimmer. Diese neuen Mineralien nehmen ein größeres Volumen ein als die ursprünglichen Mineralien und erweitern die Formation. Dies könnte erklären, warum die Berge im Oman trotz nahezu keiner lokalen seismischen Aktivität noch immer um mehrere Millimeter pro Jahr ansteigen.

Kellemen gelangte zu folgendem Schluss: Ophiolithe verbrauchen ständig Kohlendioxid . Oman verfügt über genügend Ophiolithen, um das gesamte von Menschen produzierte Kohlendioxid über Hunderte von Jahren zu speichern. Derzeit möchte sich die omanische Regierung nicht an dem Speicherplan beteiligen, da die Wirtschaft des Landes auf Öl und nicht auf der Speicherung von Kohlenstoff basiert. Doch diese Gesteine ​​werden nicht verschwinden und ihr Potenzial, zur Lösung der Kohlenstoffkrise der Erde beizutragen, bleibt bestehen. Peter Kelemen ist ein geduldiger Optimist .

Einführung des Übersetzers: Was für eine Art Buch ist „How Carbon Runs the Earth“?

Geschrieben von Dong Hanwen

Im Sommer 2021 erhielt ich plötzlich eine Einladung vom Jiangsu Phoenix Science and Technology Publishing House, ein populärwissenschaftliches Buch zum Thema Kohlenstoff zu übersetzen: „Symphony in C: Carbon and the Evolution of (Almost) Everything“. Ich fühlte mich sehr geehrt. Als ich erfuhr, dass der Autor des Buches der Geologe Robert Hazen war, war ich erneut begeistert.

Robert Hazen ist ein großartiger Geologe, den ich seit langem bewundere. Hasson ist Senior Fellow an der Carnegie Institution of America und Professor für Geowissenschaften an der George Mason University. Er ist ehemaliger Präsident der Mineralogical Society of America und leitender Forscher des Deep Carbon Observatory (DCO). Hasson erhielt einen Bachelor- und Master-Abschluss in Geologie vom Massachusetts Institute of Technology und einen Doktortitel in Geowissenschaften von der Harvard University. Hasson ist ein sehr produktiver Geologe. Bisher hat er mehr als 400 Artikel und 25 Bücher veröffentlicht, darunter viele populärwissenschaftliche Bestseller. Besonders „Die Geschichte der Erde“ (oder „Die tausend Gesichter der Erde“) hat mich tief fasziniert. Es war einmal meine Bettlektüre und ich habe es viele Male gelesen und vielen Freunden empfohlen. Hasson ist mit großer Leidenschaft dabei, der Öffentlichkeit wissenschaftliche Erkenntnisse zu vermitteln und nutzt dazu verschiedene Formen wie Radio, Fernsehen, öffentliche Vorträge und Videokurse. Dafür erhielt er auch Auszeichnungen wie den Mineralogical Society of America Award und den Outstanding Public Communication Award.

„Was für eine Ehre, Hassans Buch übersetzen zu dürfen!“ dachte ich mir. Als ich daran dachte, nahm ich die Einladung ohne langes Zögern an.

Übersetzer Dong Hanwen trifft sich mit Autor Robert Hasen (Foto vom Autor bereitgestellt)

Das Buch ist Teil des von der Sloan Foundation finanzierten Projekts Deep Carbon Observatory (DCO), bei dem Hazen als leitender Wissenschaftler fungiert. Das Projekt zielt darauf ab, Wissenschaftler aus verschiedenen Bereichen auf der ganzen Welt zusammenzubringen, um die Geheimnisse des Kohlenstoffs auf der Erde zu lösen.

In diesem Buch kombiniert Hasson geschickt sein Verständnis der Kohlenstoffwissenschaft mit einem orchestralen Hintergrund, der im gesamten Buch geschickt arrangiert ist. Um einen schlüssigen Rahmen zu schaffen, dachte er an die antike griechische Theorie der vier Elemente, aus denen die materielle Welt besteht: Erde, Luft, Feuer und Wasser. Jedes Element hat seine eigenen Eigenschaften, jedes ist ein integraler Bestandteil des Universums, aber alle sind die Quelle aller materiellen Schöpfung. Unter den Atomen im Periodensystem weist nur Kohlenstoff andere Eigenschaften auf als die vier klassischen Elemente „Erde, Luft, Feuer und Wasser“ und bietet so einen „vierteiligen“ Rahmen für das gesamte Buch. Wie eine Symphonie unterscheiden sich die vier Sätze des Buches in Thema, Emotion und Rhythmus.

Der erste Satz, „Erde in Bewegung: Kohlenstoff in Kristallen“, identifiziert Mineralien und Gesteine ​​als feste kristalline Grundlage der Erde. Diese Bewegung begann zu Beginn der Schöpfung, lange vor der Entstehung der Erde, als Kohlenstoffatome aus kleineren „Fragmenten“ synthetisiert wurden. Dann begannen auf der Erde Mineralvorkommen aufzutauchen und sich zu entwickeln, die eine zunehmende Vielfalt und Fülle kohlenstoffhaltiger Verbindungen in kristalliner Form darstellten.

Der zweite Satz, „Die Bewegung der Luft: Kohlenstoff im Kreislauf“, konzentriert sich auf den großartigen Kohlenstoffkreislauf auf der Erde. Kohlenstoffatome bewegen sich ständig zwischen Reservoirs – sie tauschen ihre Plätze zwischen Ozean und Atmosphäre, gelangen über die Plattentektonik ins Erdinnere und kehren über heiße Gase, die von Hunderten aktiver Vulkane freigesetzt werden, an die Oberfläche zurück. Dieser tiefe Kohlenstoffkreislauf hat über Millionen von Jahren ein stabiles Gleichgewicht bewahrt, doch menschliche Aktivitäten könnten dieses Gleichgewicht verändern, mit unbeabsichtigten Folgen.

Der dritte Satz, „Die Bewegung des Feuers: Kohlenstoff in Materialien“, erzählt die Geschichte der aktiven Rolle von Kohlenstoff in den Bereichen Energie, Industrie und aufstrebende Hightech-Bereiche. Kohlenstoff ist Bestandteil zahlreicher Materialien mit unzähligen unterschiedlichen Eigenschaften und begegnet uns im Alltag.

Schließlich untersucht der vierte Satz, „Die Bewegung des Wassers: Kohlenstoff im Leben“, den Ursprung und die Evolution des Lebens und bringt dabei viele Themen der Kohlenstoffwissenschaft zusammen.

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