Kohlendioxid ist ein häufig vorkommendes Gas in der Atmosphäre. Normalerweise hält der Kohlenstoffkreislauf der Erde durch das "Atmen des Planeten" ein natürliches Gleichgewicht des Kohlenstoffs in der Atmosphäre, an Land und im Meer aufrecht. Menschliche Aktivitäten wie die Emission fossiler Brennstoffe stören jedoch das Gleichgewicht des Kohlenstoffkreislaufs und verursachen den Klimawandel, indem sie den Treibhauseffekt und die Versauerung der Ozeane verstärken.
Um die Folgen der Ozeanversauerung zu verstehen, muss man also zunächst den Kohlenstoffkreislauf rekapitulieren. Darüber habe ich hier geschrieben1.
Der Treibhauseffekt ermöglicht das Leben auf der Erde, indem er die Wärme in der Atmosphäre einfängt und den Planeten erwärmt. Ich habe hier gezeigt, wie er funktioniert1. Doch trotz seiner Bedeutung hat sich der Anstieg des Kohlendioxids zu einem Problem entwickelt.
Aber nicht das gesamte überschüssige Kohlendioxid bleibt in der Atmosphäre. Wissenschaftler schätzen, dass die Ozeane ein Drittel des gesamten durch menschliche Aktivitäten erzeugten Kohlendioxids absorbiert haben. Die Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre durch die Ozeane trägt dazu bei, das Ausmaß des Klimawandels zu verzögern. Dieser Nutzen hat jedoch seinen Preis.
Kohlendioxid und die Chemie des Ozeans
Sobald es im Meerwasser gelöst ist, reagiert CO2 mit Wasser (H2O) und bildet Kohlensäure: H2CO3: CO2 + H2O ↔ H2CO3. Die Kohlensäure löst sich schnell auf und bildet H+-Ionen (eine Säure) und Bicarbonat, HCO3- (eine Base). Das Meerwasser ist von Natur aus mit einer anderen Base gesättigt, dem Karbonat-Ion (CO3-2), das wie ein Antisäuremittel wirkt, um die H+-Ionen zu neutralisieren und mehr Bikarbonat zu bilden. Die Nettoreaktion sieht wie folgt aus: CO2 + H2O + CO3-2→ 2HCO3-
Die Aufnahme von Kohlendioxid verändert die Chemie des Ozeans grundlegend, indem sie Reaktionen auslöst, die das Meerwasser saurer machen - ein Phänomen, das als Versauerung der Ozeane bezeichnet wird. Tatsächlich ist der Säuregehalt der Ozeane um fast 30 % höher als zu Beginn des Industriezeitalters. Diese Veränderung ist größer und schneller als in den fossilen Aufzeichnungen, die mindestens 800.000 Jahre zurückreichen, d. h. vor dem Auftreten von Wirbeltieren und Pflanzen in den fossilen Aufzeichnungen.
Wie wirkt sich die Versauerung der Ozeane auf Meereslebewesen wie Fische, Korallen und Schalentiere aus?
Mit zunehmender Wasserstoffionenkonzentration wird das Wasser immer saurer. Außerdem werden die Karbonat-Ionen weniger reichlich vorhanden sein.
Einige der zusätzlichen Wasserstoffionen reagieren mit Karbonat-Ionen und bilden mehr Bikarbonat. Wenn weniger Karbonat vorhanden ist, haben diese Organismen, wie z. B. Korallen und Muscheln, mehr Schwierigkeiten, ihre Schalen und Skelette aufzubauen und zu erhalten. Ein erhöhter Säuregehalt kann sogar dazu führen, dass sich einige Karbonatschalen und -skelette auflösen. Wasserstoffionen reagieren mit dem festen Kalziumkarbonat und wandeln es in lösliches Bikarbonat und Kalzium-Ionen um.
In der Mischung aus winzigen Pflanzen und Tieren, die das Plankton ausmachen, lebt eine winzige Meeresschnecke, der Pteropode. Trotz ihrer geringen Größe sind Pteropoden eine wichtige Nahrungsquelle für viele Arten, darunter Fische, Robben und Wale. Pteropoden haben jedoch empfindliche Kalziumkarbonatschalen, die durch die Versauerung der Ozeane gefährdet sind. In einer Reihe von Experimenten wurden Pteropodenschalen in Meerwasser mit dem pH-Wert (Säuregehalt) gelegt, der für den Südlichen Ozean im Jahr 2100 prognostiziert wird. Innerhalb von 48 Stunden begannen sich die Schalen der Pteropoden aufzulösen.
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