Auf geologischen Zeitskalen wird der atmosphärische CO2-Gehalt – und mit ihm das globale Klima – durch ein System natürlicher Rückkopplungen reguliert. In unserer Sektion untersuchen wir, wie diese Rückkopplungen funktionieren, sowohl heute als auch in der geologischen Vergangenheit.
In den letzten Milliarden Jahren haben die Vulkane und mittelozeanischen Rücken der Erde durchgehend CO2 ausgestoßen. Trotzdem ist unser Planet im Großen und Ganzen bewohnbar geblieben. Der Hauptgrund dafür ist, dass CO2 auch durch chemische Verwitterungsreaktionen mit den Gesteinen an der Erdoberfläche kontinuierlich aus der Atmosphäre gebunden wird (siehe Abbildung 1). Wenn das CO2 durch zunehmende vulkanische Injektion ansteigt, erwärmt sich das Klima, was die chemische Verwitterung der Gesteine beschleunigt und dadurch die CO2 Konzentration in der Atmosphäre reduziert. Dies wird als “die Rückkopplung der Silikatverwitterung” bezeichnet. Obwohl diese Rückkopplung ein starker Stabilisator für den CO2-Gehalt und das Klima ist, kann sie durch massive CO2-Injektionen vorübergehend überfordert oder durch eine zu geringe Verfügbarkeit von verwitterungsfähigen Mineralien geschwächt werden. In beiden Fällen führt dies zu globalen Erwärmungsereignissen. Die heutige Erderwärmung – verursacht durch massive anthropogene CO2-Emissionen – ist in ihrem Tempo nahezu beispiellos und wird nur noch von den Auswirkungen eines 20 km langen Asteroiden am Ende der Kreidezeit vor 66 Millionen Jahren übertroffen. Um zu verstehen, was dies in Zukunft für unseren Planeten bedeuten wird, ist es wichtig zu verstehen, um wie viel Grad das neue der Atmosphäre hinzugefügte CO2 unser Klima erwärmen wird, und wie kompensierende Rückkopplungen reagieren werden.
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In unserer Gruppe untersuchen wir diese Kohlenstoffkreisläufe aus mehreren Blickwinkeln. Einerseits charakterisieren und erforschen wir die spezifischen relevanten (bio)geochemischen Prozesse, die den heutigen CO2-Kreislauf oft bis in den Mikrometerbereich beeinflussen. Gleichzeitig ziehen wir globalen Ereignissen der Erdgeschichte als Analoga oder Fallstudien heran, um zu verstehen, wie Veränderungen des CO2 das Klima, die Biota und den globalen Kohlenstoffkreislauf beeinflussen können.
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Dazu verwenden wir modernste geochemische Techniken, die durch die erstklassigen Einrichtungen im HELGES-Labor ermöglicht werden. Zu diesen Ansätzen gehören (um nur einige zu nennen):
- die Verwendung stabiler Metall(loid)isotope, um die chemischen Verwitterungsprozesse zu verfolgen, die sowohl in der Gegenwart als auch in der geologischen Vergangenheit für den CO2-Abbau verantwortlich sind. Dazu gehört die Verwendung von Si-Isotopen (Beispiele hier und hier) und Li-Isotopen (Beispiele hier und hier).
- die Messung der Bor-Isotopenzusammensetzung von Foraminiferen (siehe Abb. 2), um die vergangenen atmosphärischen CO2-Gehalte und die Kohlenstoffspeicherung in den Ozeanen zu rekonstruieren (Link).
- herauszufinden, wie viel Pflanzen und andere Biota die Stärke der Rückkopplung der Silikatverwitterung beeinflussen können, z.B. durch die Verwendung von Sr- und Mg-Isotopen; Einige dieser Untersuchungen werden im Rahmen des deutsch-chilenischen DFG-Schwerpunktprogramms “Earthshape” durchgeführt.
- die Verwendung kosmogener Be-Isotope, um zu bestimmen, was die Zufuhrrate frischer verwitterungsfähiger Mineralien durch Erosion steuert (Link), und wie sehr sich die absoluten chemischen Verwitterungsflüsse im Laufe der geologischen Zeit verändert haben (oder nicht).
Wir ergänzen oft diese geochemischen Messungen durch eine Reihe von Erdsystemmodellen, von Box-Modellen (z. B. hier) über LOSCAR – ein Multi-Box-Modell mit einer Darstellung der globalen Ozeanzirkulation – bis hin zu cGENIE, mit grundlegenden atmosphärischen und ozeanischen physikalischen Grundlagen und dynamischen biogeochemischen und physikalischen Rückkopplungen. Kürzliche Beispiele unserer Arbeit sind hier, hier, hier und hier zu sehen.
Nguồn: https://vnedulink.edu.vn
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