Studie zeigt anthropogene CO₂-Emissionen Abgas bis zum Absinken: CO₂-Fingerabdruck im Meer

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Der CO₂-Fußabdruck gilt als Bild für die Menge an Emissionen. Doch ebenfalls wichtig ist die Art und Herkunft: der Fingerabdruck der CO₂-Emissionen. Diese anthropogenen Emissionen, die wir durch Verbrennung fossiler Rohstoffe selbst freisetzen, sind analytisch vom natürlich freigesetzten Kohlendioxid in der Atmosphäre zu unterscheiden. Und sie reichen längst bis tief in den Ozean.

Die Spuren des Menschen zeigen sich in vielerlei Hinsicht. Manche davon sind zunächst unsichtbar und nur mit entsprechender Analytik nachzuweisen. So etwa die veränderte Zusammensetzung von Kohlenstoff in der Luft.

In seiner stabilen Form besteht Kohlenstoff aus den Isotopen C-12 und C-13. Pflanzen binden während der Photosynthese bevorzugt das leichtere C-12 und reichern es in ihrer Biomasse an. Da erdölbasierte Brennstoffe überwiegend aus fossilem Pflanzenmaterial bestehen, enthalten diese vergleichsweise wenig des schweren Kohlenstoffisotops C-13. Durch ihre Verbrennung nimmt deshalb das Verhältnis von C-13 zu C-12 in der Atmosphäre ab. Diese Veränderung des Isotopenverhältnisses ist Teil des so genannten Suess-Effektes.

Weil das Oberflächenwasser der Ozeane in ständigem (Gas)Austausch mit der Atmosphäre steht, nimmt auch das im Wasser gelöste Gas zunehmend diese veränderte Isotopensignatur mit weniger C-13 an. Durch vertikale Vermischung und die Bildung von Tiefenwasser gelangt der anthropogene Kohlenstoff mit der Zeit bis tief in den Ozean hinein.

Neue Messungen zeigen nun, wie weit dieses anthropogene Kohlenstoffsignal bereits in die Tiefenwassermassen des Nordatlantiks vorgedrungen ist. Für ihre Studie untersuchte das Team um Emma Bavoux den so genannten Suess-Effekt anhand von Kohlenstoff-Isotopenverhältnissen in Wasserproben, die während zweier Expeditionen mit dem Forschungsschiff Maria S. Merian in den Jahren 2017 und 2018 entlang eines Schnitts bei etwa 48° Nord durch den gesamten Nordatlantik gewonnen wurden. Zusätzlich nutzten die Forschenden frühere Messungen des ebenfalls durch menschliche Aktivitäten erzeugten Spurengases Schwefelhexafluorid (SF₆), um den von Menschen verursachten Anteil im Kohlenstoff-Isotopenverhältnis abzuschätzen.

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„Uns hat überrascht, wie groß der Suess-Effekt in den Tiefenwassermassen des Nordatlantiks bereits ist“, sagt Bavoux. Der Suess-Effekt ist mittlerweile in fast allen untersuchten Wassermassen des Nordatlantiks nachweisbar. Junge, unter der Oberfläche liegende Wassermassen im Nordatlantik oder solche, die zuletzt Kontakt zur Atmosphäre hatten, wiesen den stärksten Suess-Effekt auf.

Der Suess-Effekt war in tiefen, alten Wassermassen wie dem Nordostatlantischen Tiefenwasser, die wahrscheinlich seit mehreren hundert Jahren keinen Kontakt zur Atmosphäre hatten, äußerst schwach oder nicht nachweisbar. Proben aus dem westlichen Nordatlantik hingegen – das Labradormeerwasser und die durch die Dänemarkstraße strömenden und anschließend in größere Tiefen absinkenden Wassermassen – wiesen seit der vorindustriellen Zeit einen Suess-Effekt von etwa 0,3 bis 0,6 Promille auf. Den Forschenden gelang es darüber hinaus, einen großen ozeanischen Wirbel in der Labradorsee zu beobachten, der ein deutliches Suess-Effekt-Signal in Wassertiefen von bis zu 2.000 Metern transportiert.

Auch Mikrofossilien enthalten anthropogenen Kohlenstoff

Die Veröffentlichung zeigt, dass sich die Spuren industrieller Aktivitäten zunehmend im Ozean nachweisen lassen. Die Forschenden weisen aber auch darauf hin, dass der Suess-Effekt bereits in den Schalen von Mikrofossilien nachweisbar ist. Dazu gehören etwa die so genannten Foraminiferen, die in den letzten Dekaden am Ozeanboden abgelagert wurden.

„Mit dem Suess-Effekt konserviert der Ozeanboden Signale menschlichen Ursprungs, die nun langfristig in diesen geologischen Archiven den Beginn des Anthropozäns markieren“, sagt Stefan Mulitza, Mitautor der Studie. „Wie stark sich diese stratigraphische Grenze ausprägen wird, hängt vor allem von der Entwicklung der zukünftigen Kohlendioxid-Emissionen ab.“ Im Rahmen des Exzellenzclusters „Ozeanboden – unerforschte Schnittestelle der Erde“ arbeiten die Wissenschaftler daran, die Rolle des Ozeans und seiner Ökosysteme im globalen Kohlenstoffkreislauf weiter zu entschlüsseln.

Originalpublikation: Bavoux, E., Mulitza, S., Steinfeldt, R., Kuhnert, H., Martinez-Mendez, G., & Pälike, H.: Anthropogenic carbon isotope signals in North Atlantic water masses at 48°N. Geophysical Research Letters, 53; DOI: 10.1029/2025GL121339