Um "Kohlenstoffneutralität" zu erreichen, arbeiten auch die Steine ​​auf dem Qinghai-Tibet-Plateau hart

Was denken Sie, wenn Sie das Wort „Kohlendioxid absorbieren“ hören? In diesem Moment kommen Ihnen vielleicht Bilder von Bäumen und dem Meer in den Sinn und wecken in Ihnen den Wunsch, nach draußen zu gehen und der Natur näher zu kommen.

Es gibt jedoch eine Antwort, die oft übersehen wird: Steine. Es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Aufnahme und Speicherung von atmosphärischem CO2. Um das Ziel der „Kohlenstoffneutralität“ zu erreichen, wird auf dem Qinghai-Tibet-Plateau hart gearbeitet.

Was ist Klimaneutralität?

Die globale Erwärmung ist zu einem heißen Thema geworden, das die wissenschaftliche Gemeinschaft und die Regierungen verschiedener Länder beschäftigt. Um dieses Problem anzugehen, haben die Regierungen entsprechende Ziele und Pläne vorgeschlagen. Im September 2020 hielt der chinesische Präsident Xi Jinping eine wichtige Rede vor der 75. Generalversammlung der Vereinten Nationen und verkündete Chinas Ziel der CO2-Neutralität. Laut dem im Dezember 2020 von Bloomberg New Energy Finance veröffentlichten Weißbuch „China beschleunigt den Prozess der CO2-armen Entwicklung“ haben sich Länder und Regionen, die für 60 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich sind, Ziele zur CO2-Neutralität gesetzt, darunter China, die Europäische Union, das Vereinigte Königreich, Japan, Südkorea und andere.

Unter Kohlenstoffneutralität versteht man die Gesamtmenge an CO2- oder Treibhausgasemissionen, die direkt oder indirekt von einem Land, Unternehmen, Produkt, einer Aktivität oder einer Einzelperson innerhalb eines bestimmten Zeitraums verursacht werden. Es kann positive und negative Ausgleiche erzielen und relative „Null-Emissionen“ erreichen, indem es die selbst erzeugten CO2- oder Treibhausgasemissionen durch die Nutzung kohlenstoffarmer Energie anstelle fossiler Brennstoffe, durch Aufforstung, Energieeinsparung und Emissionsreduzierung ausgleicht. Einfach ausgedrückt: Wir produzieren CO2 und verbrauchen es gleichzeitig. Wenn sich die Menge, die wir konsumieren, und die Menge, die wir produzieren, gegenseitig aufheben, wird Nullwachstum erreicht.

Auf dem Weg zur CO2-Neutralität bremsen Länder die Klimaerwärmung vor allem durch Energieeinsparung und Emissionsreduzierung sowie durch die CCS-Technologie (Carbon Capture and Storage), um die CO2-Abscheidung und -Speicherung zu erhöhen. Auch bestimmte physikalische und chemische Prozesse in der Natur, wie etwa die chemische Verwitterung von Gestein, können CO2 aus der Atmosphäre abfangen und speichern. Dieses natürliche CCS-Verfahren wird als natürliches CCS bezeichnet.

Eines der CCS in der Natur: Chemische Verwitterung von Gesteinen

Zunächst müssen wir verstehen, was die chemische Verwitterung von Gestein ist. Unter Verwitterung versteht man den gesamten Prozess in der Natur, bei dem Gesteine ​​und Mineralien an der Oberfläche physikalische und chemische Veränderungen erfahren, wenn sie mit der Atmosphäre, Wasser, Luft und Organismen in Kontakt kommen und sich so an Ort und Stelle lose Ablagerungen bilden. **Der Prozess der Zersetzung und Fragmentierung von Gestein unter physikalischer und mechanischer Einwirkung wird als physikalische Verwitterung bezeichnet, während der Verwitterungsprozess, der die chemische Zusammensetzung von Gesteinen verändern kann, als chemische Verwitterung bezeichnet wird.

Temperaturunterschiede bei der Verwitterung führen zu ungleichmäßiger Erwärmung, unregelmäßigem Schrumpfen und Rissbildung im Gestein

Aufnahmeort: Namtso Qugaqie River Basin, Fotograf: Yu Zhengliang

Oxidation von Pyrit in Granit (wenn eisenhaltige Gesteine ​​verwittern, nehmen sie eine charakteristische rötlich-braune Farbe an, d. h. chemische Verwitterung). Fotografiert im Nam Co Qugaqie-Flussbecken, von Yu Zhengliang

Nach der Klassifizierung der Mineralzusammensetzung werden Gesteine ​​hauptsächlich in Silikatgesteine ​​und Karbonatgesteine ​​unterteilt. Silikatgesteine ​​absorbieren während der chemischen Verwitterung atmosphärisches CO2 und versiegeln es dann in Form von CaCO3, wodurch auf einer geologischen Zeitskala (> 1 Million Jahre) ein Kohlenstoffsenkeneffekt entsteht. Durch die Verwitterung von Karbonatgestein kann außerdem CO2 aus der Atmosphäre absorbiert werden, wodurch in kürzeren Zeiträumen (<100.000 Jahre) eine Kohlenstoffsenke in Form von HCO3- entsteht. Vereinfachtes Modell der Verwitterung von Silikatgestein:

Vereinfachtes Modell der Verwitterung von Karbonatgestein:

Da es sich um einen weit verbreiteten geologischen Oberflächenprozess handelt, besteht eine starke Kopplungsbeziehung zwischen der chemischen Verwitterung terrestrischer Gesteine ​​und dem globalen Kohlenstoffkreislauf sowie dem Klimawandel: Der Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentration führt zur globalen Erwärmung, und höhere Temperaturen führen zu einer verstärkten chemischen Verwitterung von Gesteinen, was wiederum die Menge an CO2 erhöht, die aus der Atmosphäre absorbiert wird, wodurch das schnelle Wachstum des atmosphärischen CO2 gehemmt wird und zu einer globalen Abkühlung führt, wodurch ein negativer Rückkopplungsmechanismus entsteht.

Andererseits ist bei niedrigen Erdtemperaturen auch die Intensität der chemischen Verwitterung gering und der Fluss absorbierenden atmosphärischen CO2-Gehalt sehr begrenzt. Daher kann sich das durch Vulkanismus und Gesteinsmetamorphose freigesetzte CO2 ansammeln, wodurch sich die Erde in Richtung Erwärmung entwickelt und eine zu starke Abkühlung der Erde verhindert wird. Es ist ersichtlich, dass die chemische Verwitterung von Oberflächengesteinen (insbesondere die Verwitterung von Silikatgestein) ein wichtiger Faktor bei der Regulierung der atmosphärischen CO2-Konzentration und der Förderung des globalen Klimawandels ist. Es ist ein „Stabilisator“ der Entwicklung des Erdsystems und wird als „geologische Klimaanlage“ bezeichnet.

Ist das Qinghai-Tibet-Plateau eine große Klimaanlage?

Das Qinghai-Tibet-Plateau ist kalt, sauerstoffarm und weist ein hohes Gelände auf. Es ist als dritter Pol der Erde bekannt. Als „Wasserturm Asiens“ hat das Qinghai-Tibet-Plateau zahlreiche Gletscher, Seen und Flüsse hervorgebracht. Es liegt weit entfernt vom Zentrum menschlicher Aktivitäten und ist weniger von menschlichen Aktivitäten betroffen. Es ist ein „natürliches Labor“ zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Sphären des Erdsystems. **Wissenschaftler sammeln Oberflächenwasser vom Qinghai-Tibet-Plateau, etwa Flüsse, Seen und Gletscherabfluss, und messen deren chemische Zusammensetzung, um den chemischen Verwitterungsprozess im Untersuchungsbecken widerzuspiegeln und dann den Verbrauch von atmosphärischem CO2 während der Verwitterung zu verstehen.

Aus der Perspektive der räumlichen Verteilung hat die Hebung des Himalayas zu reichlich Niederschlag an seinen Südhängen geführt, doch aufgrund der Geländehindernisse ist das Klima im Hinterland des Qinghai-Tibet-Plateaus relativ trocken. Obwohl die Hebung des Himalayas zu höheren chemischen Verwitterungsraten an den Südhängen führte, hatte die dadurch verursachte Dürre im Landesinneren einen negativen Rückkopplungseffekt auf die Gesamtintensität der chemischen Verwitterung auf dem Qinghai-Tibet-Plateau. Gemessen an den jährlichen Veränderungen sind die jahreszeitlichen Unterschiede in der chemischen Verwitterungsrate in den Binnenwassereinzugsgebieten des Qinghai-Tibet-Plateaus sehr groß, wobei die Monsunzeit viel länger ist als die Nicht-Monsunzeit.

Durch einen Vergleich der Unterschiede in den chemischen Verwitterungsprozessen und -raten zwischen Gletscherbecken und nicht-glazialen Becken im Binnenland des Qinghai-Tibet-Plateaus gelangten die Wissenschaftler außerdem zu dem Schluss, dass die Gletscheraktivität im Binnenland des Qinghai-Tibet-Plateaus die chemische Verwitterung von Gestein förderte. Das heißt, dass im Binnenland des Qinghai-Tibet-Plateaus die chemische Verwitterung in Gletscherbecken möglicherweise eine negative Rückkopplungsfunktion hat und somit den Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre reguliert.

**Vor dem Hintergrund des globalen Klimawandels ist die Erwärmungsrate auf dem Qinghai-Tibet-Plateau doppelt so hoch wie der globale Durchschnitt. **Gletscher sind Produkte des Klimas, und die Klimaerwärmung wird unweigerlich zu einem schnelleren Schmelzen der Gletscher führen. Auch die chemische Verwitterung von Gesteinen im räumlichen Maßstab von Wassereinzugsgebieten kann zunehmen und dadurch den Kohlenstoffkreislauf in den Wassereinzugsgebieten verstärken. Allerdings **wurde die obige theoretische Schlussfolgerung noch nicht durch Feldbeobachtungsdaten bestätigt. **Zukünftig sind noch langfristige Positionsbeobachtungen des chemischen Verwitterungsprozesses und seiner Kohlenstoffsenkenwirkung in typischen Gletscherbecken auf dem Qinghai-Tibet-Plateau erforderlich, um das Rätsel zu lösen, welchen Einfluss Gletscherveränderungen auf die chemische Verwitterung von Gestein und ihre Kohlenstoffsenkenwirkung haben können.

Die wechselvolle Geschichte des Endes der Azha-Gletscherzunge im südöstlichen Qinghai-Tibet-Plateau

Wie kann man die Gesteinsverwitterung sinnvoll nutzen?

Kann der Mensch also die wichtige Funktion der chemischen Verwitterung von Gestein als Kohlenstoffsenke nutzen? Die Antwort auf diese Frage ist höchstwahrscheinlich ja.

Einige Studien haben gezeigt, dass es möglich ist, den schnellen Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre durch eine künstliche Verstärkung der chemischen Verwitterung von Gestein einzudämmen. Beispielsweise Beerling et al. glauben, dass die Zugabe von zerkleinertem Basalt oder anderen Silikatmineralien zum Boden nicht nur die notwendigen Nährstoffe wie K und Si für das Pflanzenwachstum während der chemischen Verwitterung liefern kann, sondern auch die Absorption von atmosphärischem CO2 verbessern kann (wodurch jedes Jahr 500–200 Millionen Tonnen CO2 absorbiert werden). **Diese Technologie ist einfach zu bedienen und kostengünstig, sodass die Förderung dieser Technologie in der Zukunft dazu beitragen kann, das große Ziel der „Kohlenstoffneutralität“ so schnell wie möglich zu erreichen.

Beobachtungsdaten der National Oceanic and Atmospheric Administration der Vereinigten Staaten zufolge ist die globale atmosphärische CO2-Konzentration von 280 ppm vor der industriellen Revolution auf 416,74 ppm im März 2021 gestiegen. Es ist zwingend erforderlich, verschiedene Maßnahmen zu ergreifen, um die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu senken und die Dynamik der globalen Erwärmung einzudämmen. Obwohl es für die breite Öffentlichkeit schwierig ist, sich direkt an der relevanten wissenschaftlichen Forschung zu beteiligen, kann sie dennoch durch die Anpassung ihres Lebensstils zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung beitragen und so dazu beitragen, das Ziel der „Kohlenstoffneutralität“ zu erreichen.

Quellen:

[1]Beerling, DJ, Kantzas, EP, Lomas, MR et al. Potenzial für eine großflächige CO2-Entfernung durch verstärkte Gesteinsverwitterung mit Ackerland. Nature583, 242–248 (2020).
[2]Dupré B., Dessert C., Oliva P., et al. 2003. Flüsse, chemische Verwitterung und das Klima der Erde. Comptes Rendus Geoscience, 335(16): 1141-1160.
[3]Viers J., Oliva P., Dandurand, JL, et al. 2004. Chemische Verwitterungsraten, CO2-Verbrauch und Kontrollparameter, abgeleitet aus der chemischen Zusammensetzung von Flüssen. In: Drever, JI (Hrsg.), Oberflächen- und Grundwasser, Verwitterung und Böden. Holland, HD, Turekian, KK (Exec. Hrsg.), Abhandlung über Geochemie, Bd. 5. Elsevier Ltd.: 1-25.
[4]Yu ZL, Wu GJ, Keys L., et al. 2019. Saisonale Variation der chemischen Verwitterung und ihre bestimmenden Faktoren in zwei alpinen Einzugsgebieten, Nam Co-Becken, zentrales tibetisches Plateau. Journal of Hydrology, 576: 381–395.
[5]Yu ZL, Yan N., Wu GJ, et al. 2021. Chemische Verwitterung im Ober- und Mittellauf des Yarlung-Tsangpo-Beckens, südliches tibetisches Plateau, Chemical Geology, Band 559.
[6]IPCC-Bericht, Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid, Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger und technische Zusammenfassung.
[7] Liu Haiying, 2013, Chemische Verwitterung kann die sich erwärmende Erde abkühlen – Britische Wissenschaftler glauben, dass die Zeit zur Erholung des Klimas viermal kürzer ist als ursprünglich angenommen, Science and Technology Daily.

Autoren: Yan Ni, Yu Zhengliang, Wu Guangjian, An Baosheng

Autoreinheit: Institut für tibetische Hochlandforschung, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Der Artikel wurde zuerst im Science Park veröffentlicht und stellt lediglich die Ansichten des Autors dar und repräsentiert nicht die Position von Science Park.

Science Academy ist die offizielle Mikroplattform der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zur Popularisierung der Wissenschaft. Es wird vom Wissenschaftskommunikationsbüro der Chinesischen Akademie der Wissenschaften veranstaltet und vom Team der China Science Popularization Expo betrieben. Es ist der eingehenden Interpretation der neuesten wissenschaftlichen Forschungsergebnisse und der wissenschaftlichen Stellungnahme zu aktuellen gesellschaftlichen Ereignissen verpflichtet.