Der verzweifelte Wettlauf, den Ozean abzukühlen, bevor es zu spät ist

Holly Jean Buck ist Fellow am Institute of the Environment and Sustainability der UCLA. Dies ist ein angepasster Auszug aus ihrem kommenden Buch Nach Geoengineering: Klimatragödie, Reparatur und Wiederherstellung (September 2019, Verso Books).

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23. April 2019

Unsplash / Scott Webb

Korallenriffe riechen nach verrottendem Fleisch, wenn sie bleichen. Der Aufruhr der Farben – gelb, violett, himmelblau – verblasst zu gespenstischem Weiß, wenn das Fleisch der Korallen durchscheinend wird und abfällt, wodurch ihre Skelette darunter mit spinnennetzartigen Algen verschwommen zurückbleiben.

Korallen leben in Symbiose mit einer Algenart. Tagsüber betreiben die Algen Photosynthese und geben Nahrung an den Korallenwirt weiter. Nachts strecken die Korallenpolypen ihre Tentakel aus und fangen vorbeiziehende Nahrung. Nur 1 °C Meereserwärmung kann diese Korallen-Algen-Beziehung zerstören. Die gestressten Korallen stoßen die Algen aus, und nach wiederholten oder längeren Episoden einer solchen Bleiche können sie an Hitzestress sterben, verhungern, ohne dass die Algen sie ernähren, oder anfälliger für Krankheiten werden.

Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom Mai 2019

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Australiens Great Barrier Reef – eigentlich ein 2.300 Kilometer langes System, das aus fast 3.000 separaten Riffen besteht – hat in den letzten Jahren stark unter Bleiche gelitten. Daniel Harrison, ein australischer Ozeanograph, der untersucht, was getan werden könnte, um mehr Zeit für das Great Barrier Reef zu gewinnen, sagt, die Situation werde immer schlimmer. Aus präanthropogenen Zeiten sind möglicherweise nur noch 25 % der Flachwasserkorallenbedeckung übrig. Wir wissen es nicht genau, weil niemand vor 1985 mit der Vermessung angefangen hat, erzählt er mir. Sie haben weniger als 1 % des Ozeans in Korallenriffen und 25 % aller Meereslebewesen. Wir gehen davon aus, dass wir all das sehr schnell verlieren, in evolutionärer Hinsicht. In Menschenleben ausgedrückt.

Korallenriffe sind nicht nur bunte Fische und exotische Arten. Riffe schützen Küsten vor Stürmen; Ohne sie wären die Wellen, die einige pazifische Inseln erreichen, doppelt so hoch. Über 500 Millionen Menschen sind für Nahrung und Lebensunterhalt von Riffökosystemen abhängig. Selbst wenn sich der Temperaturanstieg in ein oder zwei Jahrhunderten schließlich bei 1,5 °C stabilisiert, ist nicht bekannt, wie gut die Ökosysteme der Korallenriffe ein vorübergehendes Überschießen auf höhere Temperaturen überleben werden.

Die Korallen sind wie der Kanarienvogel im Kohlebergwerk.

Die Korallen sind wie der Kanarienvogel in der Kohlemine, sagt Harrison: Sie sind sehr temperaturempfindlich. Ich denke wirklich, dass es nur ein Vorbote der Dinge ist, die noch kommen werden. Wissen Sie, das Korallenökosystem könnte zuerst zusammenbrechen, aber ich denke, dass ihm noch einige weitere Ökosysteme folgen werden. Das Leben ist sehr widerstandsfähig, aber Ökosysteme, wie wir sie kennen, sind es nicht.

Arktische Ökosysteme, Berggletscher und die Redwood-Wälder in Kalifornien sind ebenfalls einem hohen Risiko durch selbst kleine Änderungen der globalen Durchschnittstemperatur ausgesetzt. Das gilt auch für Arten, die sich nicht schnell bewegen können und eine andere geeignete Nische finden. Es sind die Dinge, die bereits an den extremen Enden der Skala leben und sich nicht bewegen können, richtig? sagt Harrison. Also Korallenriffe – wissen Sie, sie stecken bereits in einigen der wärmsten Gewässer fest. Wenn es ihnen dort zu heiß wird, dann a) können sie sich nicht bewegen und b) können sie sowieso nirgendwo hin. Und das gleiche mit den extrem kalten Ökosystemen. Und das gleiche mit den Redwood-Wäldern. Bäume können nicht schnell genug aufstehen und sich bewegen, um mit dem Klimawandel Schritt zu halten.

Der Salzsprüher

Harrisons Arbeitsgruppe bildete Teams, um verschiedene Ideen zu prüfen, die dem Riff helfen könnten, am Leben zu bleiben. Zum Beispiel ist der Ozean in geringeren Tiefen voll von kühlerem Wasser. Sie fragten sich, ob sie nicht einfach etwas von diesem Wasser nach oben pumpen könnten, erkannten aber, dass es unmöglich wäre, genug Wasser zu bewegen, um das gesamte Riff zu kühlen.

Stattdessen konzentrierten sich die Forscher auf die Idee der Aufhellung von Meereswolken – eine Form des solaren Geoengineering, da sie das Reflexionsvermögen des Planeten erhöht. Das Sprühen winziger Salzpartikel aus Meerwasser in die niedrige Wolkenschicht, die einen Großteil der Meeresoberfläche bedeckt, würde Wolkenmikrotröpfchen bilden. Diese Tröpfchen würden die Wolken dazu bringen, mehr Sonnenlicht zu reflektieren, und könnten auch dafür sorgen, dass sie länger halten und das Gebiet kühlen. Die bisherige Modellierung von Harrisons Team deutet darauf hin, dass es mit dieser Methode möglich sein könnte, das Wasser um 0,5 bis 1 °C zu kühlen.

Das Marine Cloud Brightening Project, eine internationale Zusammenarbeit unter der Leitung des Atmosphärenforschers Robert Wood und Kollegen an der University of Washington, glaubt, dass dies ein skalierbarer Ansatz sein könnte. Kelly Wanser, eine leitende Beraterin des Projekts, beschreibt andere Möglichkeiten, wie Wissenschaftler an die Erhaltung von Korallen denken, wie z. B. die genetische Veränderung oder Züchtung, um wärmeren Gewässern standzuhalten, oder das Verbringen robuster Korallen in neue Gebiete und deren Wiederbepflanzung. Aber, sagt sie, das Ausmaß des Problems ist wie die Verstärkung der Rocky Mountains. Es ist massiv.

Im Gegensatz dazu ist das Aufhellen von Meereswolken relativ einfach. Im Wesentlichen geht es darum, Geräte zum Versprühen von Meerwasser zu bauen. Es gibt sicherlich einige technische Herausforderungen zu bewältigen, aber der grundlegende Prozess, einfach Meerwasser zu nehmen und es zu filtern und es dann in Submikrometergröße zu versprühen, ist nicht so schwierig, sagt Harrison. Seine Modellergebnisse deuten darauf hin, dass es wahrscheinlich einige Stationen etwas weit draußen auf See geben müsste, direkt am Rand des Festlandsockels – schwimmende Plattformen oder Schiffe, die Partikel in die Luft sprühen würden. Das gesamte Projekt könnte 150 bis 300 Millionen Dollar pro Jahr kosten. Teuer, aber das Riff bringt der australischen Wirtschaft jedes Jahr geschätzte 6 Milliarden Dollar ein. Nach Harrisons Konzept müssten Sie die Wolken nicht ständig oder nicht einmal jeden Sommer aufhellen. Vielmehr würde es erfolgen, wenn die Korallen zu bleichen drohten, was etwa zwei Wochen Vorwarnung erfordern würde, um das Wasser maximal abzukühlen.

Unsplash / Steve Halama

Aber ich meine, hier gibt es einige echte Unbekannte, oder? sagt Harrison. Weil noch nie jemand Feldforschung dazu betrieben hat.

Auch wenn die Technik relativ einfach sein mag, ist es schwer zu wissen, wie gut die Aufhellung von Meereswolken funktionieren würde, da Wolken wirklich komplex sind. Wenn Sie aus dem Fenster eines Flugzeugs schauen, können Sie Wolken mit allen möglichen unterschiedlichen Strukturen sehen, sagt Ben Kravitz von der Indiana University, der am Vergleich von Geoengineering-Modellsimulationen arbeitet. Sie bewegen sich. Einige von ihnen sind ein paar Meter breit, andere haben einen Durchmesser von mehreren zehn Kilometern. Einige von ihnen sind organisiert, andere nicht. Im Grunde kann man all dieses Verhalten nicht in ein einzelnes Modell einbauen.

Zu dieser Komplexität kommen Televerbindungen im Klimasystem hinzu – das heißt, Wolken an einem Ort beeinflussen das Wetter an einem anderen Ort. Wenn es darum geht, große Flächen zu kühlen, sind diese Fernwirkungen relevant. Deshalb macht mir der Gedanke Angst, Meereswolken aufzuhellen, sagt Anthony Jones, Klimawissenschaftler an der University of Exeter. Die Televerbindungen sind fast unvermeidlich, und wenn Sie einen bestimmten Bereich erheblich kühlen können, werden Sie das Klima und die Wetterreaktion verändern.

Mit Geoengineering in all seinen Formen zu rechnen bedeutet, mit Verlusten fertig zu werden.

Neuere Klimamodelle könnten bessere Schätzungen darüber liefern, wie effektiv die Aufhellung mariner Wolken sein könnte. Wanser vom Marine Cloud Brightening Project sagt, der nächste Schritt sei der Bau und Test von Düsen zum Versprühen von Meerwasser. Aber es war schwierig, Mittel aufzubringen, da das Projekt als Geoengineering-Experiment angesehen wird und die Menschen Angst vor Geoengineering haben. Ich denke, wir haben mit allen relevanten Regierungsbehörden gesprochen, die dies unterstützen könnten, und im Grunde gibt es niemanden, der bereit ist zu sagen: „Wir machen es einfach als Cloud-Aerosol-Grundlagenforschung“, sagt sie. Sie sagen: „Nein, die Katze ist aus dem Sack – das ist Geoengineering. Wir müssten die Genehmigung einholen.“

Das Aufhellen von Wolken ist also eine Technik, die helfen könnte, Meeresökosysteme zu retten, aber wir wissen nicht, wie gut sie funktionieren würde, und wir können es nicht herausfinden, weil das Stigma des Geoengineering es schwierig macht, Forschungsgelder zu erhalten. Glücklicherweise ist es nicht die einzige Möglichkeit, die Ozeane zu kühlen.

Unsplash / Thomas Peham

Die Algenwälder

Bäume saugen Kohlendioxid auf, und so wurde vorgeschlagen, massenhaft neue Wälder zu pflanzen, um die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre zu senken und dadurch die Erde zu kühlen. Aber es gibt nur so viel Land zur Verfügung. Betreten Sie die Ozeanaufforstung, ein Konzept, das 2012 von Antoine de Ramon N’Yeurt von der University of the South Pacific und Kollegen skizziert wurde. Dieser Vorschlag zum Anbau von Algen zur Kohlenstoffentfernung umfasst mehrere Schritte. Zuerst müssen die Algen wachsen und geerntet werden. Dann wird es in einen anaeroben Faulbehälter gegeben – einen großen, sauerstofffreien Tank, der das organische Material zersetzt. Dabei entsteht Biogas, das zu etwa 60 % aus Methan und zu 40 % aus Kohlendioxid besteht. Das Methan kann als Biokraftstoff verwendet werden, während das Kohlendioxid gespeichert werden muss, damit es nicht wieder in die Atmosphäre gelangt. (Eine Idee wäre, es in einem Rohr zu lagern, das auf dem Meeresboden ruhen würde, obwohl es auch unterirdisch injiziert werden könnte.) Der Vorteil der Verwendung von Seetang auf diese Weise ist, dass er schnell wächst und kein trockenes Land benötigt es wird nicht mit der Nahrungsmittelproduktion oder den Wäldern konkurrieren.

N’Yeurt und seine Forscherkollegen berechneten, dass die Aufforstung von 9 % der Meeresoberfläche der Welt und die Verarbeitung der resultierenden Biokraftstoffe fossile Brennstoffe ersetzen, die nachhaltige Fischproduktion steigern und jedes Jahr 53 Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen könnten. Bei derzeitigen Emissionen von etwa 40 Milliarden Tonnen pro Jahr könnte dies tatsächlich bedeuten, den CO2-Gehalt insgesamt zu senken.

Die schnelle Umsetzung der Ozeanaufforstung wäre eine Anstrengung in der Größenordnung, einen Mann auf den Mond zu bringen, aber sowohl weniger teuer als auch wahrscheinlich eine viel bessere Kapitalrendite, schrieben die Autoren des Papiers. Eine solche Anstrengung erfordert jedoch die Koordination mehrerer wissenschaftlicher und technischer Bereiche, um überhaupt Demonstrationsprojekte zu bilden. Es gibt keine Institutionen, die an einer solchen ganzheitlichen Forschung und Entwicklung arbeiten.

Andererseits ist die grundlegende Technologie der Ozeanaufforstung, wie bei der Wolkenaufhellung, ziemlich einfach. Es erfordert Fortschritte in Dingen wie Niedrigenergietechniken für den Anbau und die Ernte von Algen, effiziente Gastrennung sowie Kohlenstoffabscheidung und -speicherung – alles aufbauend auf Dingen, die wir bereits kennen. Die Advanced Research Projects Agency for Energy der US-Regierung hat ein 22-Millionen-Dollar-Programm namens Mariner, ein Akronym für Makroalgenforschung, das neue Energieressourcen inspiriert, zur Erforschung von Innovationen, die eine Algenindustrie ankurbeln könnten.

Der Anbau von Algen kann auch andere Vorteile haben, wie z. B. die Beseitigung landwirtschaftlicher Verschmutzungen. Düngemittelabflüsse aus der industriellen Landwirtschaft spülen Stickstoff und Phosphor in die Ozeane. Ein Artikel in Nature Scientific Reports aus dem Jahr 2017 besagt, dass Chinas Algenindustrie jedes Jahr bereits 75.000 Tonnen Stickstoff und 9.500 Tonnen Phosphor aus den Küstengewässern entfernt – und dass nur 150 % mehr Algenanbau den gesamten Phosphor entfernen könnte, der in die chinesischen Küstengewässer fließt, wenn auch viel mehr wäre erforderlich, um mit dem überschüssigen Stickstoff fertig zu werden.

Um diese Vorteile nutzen zu können, benötigen wir ein gut konzipiertes System, aber derzeit ist die Branche größtenteils unreguliert. Warum müssen Algen reguliert werden? Zum einen, um die Ausbreitung invasiver Arten oder Krankheiten zu verhindern. Zum Beispiel infiziert eine bakterielle Krankheit namens Eis-Eis eine so genannte Rotalge Kappaphycus , die ihre Zweige in grässliche weiße Eiszapfen verwandelt. Die Krankheit verursachte auf den Philippinen Ernteverluste in Millionenhöhe und breitete sich dann auf Farmen in Tansania und Mosambik aus.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, die Algenzucht zu einem expliziten Bestandteil der Klimapolitik zu machen. Die Definition einer Kohlenstoffsenke im Rahmen der UN-Klimarahmenkonvention wurde für Bäume geschrieben. Es passt nicht ganz in das Profil von Algen – der von ihnen aufgenommene Kohlenstoff wird leicht zersetzt und wieder freigesetzt. Natürlich gibt es Ideen, wie man die Biomasse binden kann – indem man sie in die Tiefsee oder in Unterwasserschluchten versenkt. Aber die derzeitige UN-Politik bedeutet, dass Algen hauptsächlich für Lebensmittel, Biokraftstoffe und andere Produkte angebaut werden, anstatt ausdrücklich die Kohlenstoffbindung im Auge zu behalten.

Ein weiteres Hindernis für die Verwendung von Algen zur Kohlenstoffentfernung ist der Klimawandel selbst, der beispielsweise bereits natürliche Seetangwälder dezimiert. Ein wissenschaftlicher Bericht beschreibt die Seeigelöde, die sich dort ansiedeln, wo früher Kelpwald war; Diese Warmwasserarten mähen alles auf ihrem Weg nieder. Anscheinend sind sie fast immun gegen Hunger und einige Arten leben über fünf Jahrzehnte. Wenn sie durch Hunger gestresst sind, vergrößern sich ihre Kiefer und Zähne tatsächlich und sie bilden Fronten, die auf der Jagd nach Nahrung über den Meeresboden marschieren. Sie sind nur ein Beispiel dafür, wie der Klimawandel alle Arten von Landwirtschaft schwieriger macht.

Gletscher bremsen

Abgesehen von der Störung der Ökosysteme wird die Erwärmung der Ozeane natürlich auch den Meeresspiegel erhöhen. Sie sind bereits 13 bis 20 Zentimeter (5 bis 8 Zoll) höher als im Jahr 1900. Im 20. Jahrhundert stammte der größte Teil dieses Anstiegs aus der Ausdehnung des Ozeanwassers, als es wärmer wurde, aber jetzt haben die Auswirkungen des Schmelzens von Gletschern und Eisschilden weit übertroffen Wärmeausdehnung. Der durch schmelzende Gletscher verursachte Anstieg wird voraussichtlich atemberaubend sein – in der Größenordnung von Metern pro Jahrhundert.

Aber was wäre, wenn wir bestimmte Gletscher so konstruieren könnten, dass sie nicht schmelzen? John Moore, ein Glaziologe und Leiter des chinesischen Geoengineering-Forschungsprogramms, hat sich kürzlich damit befasst, und er schrieb einen Kommentar mit Kollegen in Nature, der einige Möglichkeiten skizziert, dies zu tun.

Ein Beispiel betrifft zwei antarktische Gletscher, auf die Wissenschaftler ein nervöses Auge haben: Pine Island und Thwaites. Darunter dringt warmes Meerwasser ein. Konventionelle Weisheit sagt, dass dies aufgrund der Neigung und Geometrie des Grundgesteins unaufhaltsam und irreversibel ist. Aber Moore schlägt vor, dass der Bau künstlicher Inseln vor den Gletschern sie stützen könnte, indem das Eis festgenagelt und zurückgehalten wird, wie es natürliche Felsen und Inseln tun.

Eine andere Technik wäre, Wasser unter den Gletschern zu extrahieren, um zu verhindern, dass sie in den Ozean abrutschen. Gletscher sitzen auf subglazialen Bächen oder dünnen Wasserschichten, aber das Trocknen dieser Bäche könnte ihr Abrutschen ins Meer verlangsamen.

Moore sagt, er sehe darin einen sehr demokratischen, egalitären Weg, mit dem Anstieg des Meeresspiegels umzugehen: Anstatt zu versuchen, Mauern rund um die gesamte Küstenlinie der Welt zu bauen – was eigentlich bedeutet, dass die reichen Länder dies natürlich mehr tun werden als die armen Länder – Sie können das Problem an der Quelle angehen, wo Sie es mit etwas in der Größenordnung von hundert Kilometern zu tun haben, anstatt mit Zehntausenden von Küstenkilometern. Das technische Know-how ist vorhanden, sagt er – Schauen Sie sich Dinge wie den Bau des Suezkanals oder den Bau des neuen Flughafens von Hongkong an.

Wenn wir mit Glaziologen darüber gesprochen haben, gibt es zunächst viel Entsetzen, fügt Moore hinzu. Es ist klar, dass Sie einige Leute [in die Antarktis] mit einer Menge Zeug bringen müssen. Das wird definitiv die Umwelt und die Ökologie durcheinander bringen. Aber wenn man die Schäden durch den Zusammenbruch der Eisdecke vergleicht, ist das irgendwie in den Schatten gestellt.

Leben in den Ruinen

Moores Ideen mögen vorerst nur ein Gedankenexperiment sein, aber wir brauchen mehr Gedankenexperimente. Mit Geoengineering in all seinen Formen zu rechnen bedeutet, sich mit Verlusten abzufinden – zu erforschen, was es bedeutet, in den Ruinen zu leben, um es mit den Worten der Anthropologin Anna Tsing zu sagen. Geoengineering ist ein Schock für Menschen, die derzeit nicht das Gefühl haben, in Trümmern zu leben, die sich noch nicht mit den erlittenen Verlusten abgefunden haben. In Peking, wo Moore lebt, ist das anders, vor allem wegen der Luftverschmutzung. Das lässt sich nicht leugnen – jeder kann sehen, was wir tun, sagt er. Wir haben dieses Chaos angerichtet; wir sollten es klären. Auf die Natur kann man sich dabei nicht verlassen.

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