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Suess-Effekt: Menschliche CO₂-Emissionen erreichen die Tiefsee
Spur der Industrie: Der durch fossile Brennstoffe verursachte Suess-Effekt ist inzwischen in fast allen untersuchten Wassermassen des Nordatlantiks nachweisbar. Besonders deutlich zeigt sich die veränderte Kohlenstoff-Isotopensignatur im Westen, wo junges Tiefenwasser den menschlichen Einfluss bis zum Meeresboden und ein großer Wirbel bis in 2.000 Meter Tiefe transportiert.
Bremen (Deutschland). Kohlenstoff aus Kohle, Öl und Gas trägt eine verräterische Isotopensignatur. Fossile Brennstoffe enthalten relativ viel leichtes Kohlenstoff-12, weshalb ihre Verbrennung das Verhältnis von Kohlenstoff-13 zu Kohlenstoff-12 in Atmosphäre und Ozean verschiebt. Dieser sogenannte Suess-Effekt lässt sich deshalb als chemischer Fingerabdruck menschlicher Emissionen verfolgen.
Wie weit diese Spur bereits in den tiefen Nordatlantik vorgedrungen ist, haben Forscher des Zentrums für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen (MARUM) um Emma Bavoux untersucht. Die Korrespondenzautorin und ihr Team analysierten Wasserproben zweier Expeditionen aus den Jahren 2017 und 2018 entlang eines Schnitts bei rund 48 Grad Nord.
Die Forscher bestimmten das Verhältnis der stabilen Kohlenstoffisotope im gelösten anorganischen Kohlenstoff. Zusätzlich nutzten sie Messungen von Schwefelhexafluorid (SF₆), einem vom Menschen freigesetzten Spurengas, als Marker für die Belüftung und das Alter der Wassermassen. Daraus rekonstruierten sie, wie stark sich die Kohlenstoff-Isotopensignatur gegenüber der vorindustriellen Zeit verändert hat.
„Uns hat überrascht, wie groß der Suess-Effekt in den Tiefenwassermassen des Nordatlantiks bereits ist“, sagt Emma Bavoux.
Am stärksten war das Signal in jungen Wassermassen, die erst vergleichsweise kurze Zeit von der Atmosphäre getrennt sind. Im Labradorseewasser lag der mediane Suess-Effekt bei rund −0,57 Promille, im durch die Dänemarkstraße absinkenden Tiefenwasser bei rund −0,35 Promille. Im alten Nordostatlantischen Bodenwasser auf der Ostseite des Mittelatlantischen Rückens war das Signal mit rund −0,02 Promille dagegen innerhalb der Messunsicherheit nicht nachweisbar.
Damit zeichnet sich am Meeresboden eine Ost-West-Asymmetrie ab. Junges Wasser transportiert den anthropogenen Isotopenfingerabdruck im westlichen Nordatlantik bis in große Tiefe, während das sehr alte Bodenwasser im Osten bisher kaum messbar davon geprägt ist. Die Autoren führen diesen Unterschied vor allem auf das Alter der Wassermassen und den Zeitpunkt ihres letzten Kontakts mit der Atmosphäre zurück.
2018 fiel ein großer Wirbel im westlichen Nordatlantik besonders auf. Er führte junges, SF₆-reiches Labradorseewasser nach unten und transportierte einen starken Suess-Effekt bis in 2.000 Meter Tiefe. In diesem Wirbel erreichten einzelne berechnete Werte bei 1.500 Metern rund −1,01 Promille und bei 2.000 Metern bis zu etwa −0,93 Promille.
Die Berechnung ist allerdings mit methodischen Grenzen verbunden. Für rund 40 Prozent der verwendeten SF₆-Werte mussten die Forscher Konzentrationen auf die Proben-Tiefen interpolieren. Zudem zeigten die Kohlenstoff-Isotopenmessungen von 2017 einen systematischen Versatz von 0,16 Promille gegenüber 2018, dessen Ursache ungeklärt blieb. Das Team korrigierte diesen Versatz und berichtet, dass er die Schätzung des Suess-Effekts nicht beeinflusst.
Die Veränderung ist auch für die Rekonstruktion früherer Ozeanzustände wichtig. Kohlenstoffisotope in den Kalkschalen von Foraminiferen dienen als Hinweise auf vergangene Wassermassen und Meeresströmungen. Der Suess-Effekt schwächt jedoch den vorindustriellen vertikalen Isotopengradienten und kann damit moderne Vergleichswerte verschieben.