Die vulkanischen Gesteine des Südatlantiks fungieren als geologische Schwämme, die über einen Zeitraum von 60 Millionen Jahren maritimes CO₂ einfangen. Diese unterseeischen Gesteinsformationen sind natürliche CO₂-Senken, deren Prozesse langsam, entscheidend und oft unbemerkt ablaufen. Besondere vulkanische Breccien zeichnen sich durch ihre Porosität, chemische Eigenschaften und Stabilität aus, was ihnen eine besondere klimatische Bedeutung auf geologischen Zeitskalen verleiht.

Wie der Ozean CO₂ über Millionen von Jahren speichert

Aktuelle Forschungen im Südatlantik haben einen klimatischen Mechanismus beleuchtet, der sowohl leise als auch entscheidend ist. Proben von 60 Millionen Jahre alten Gesteinen, die mehrere Kilometer unter dem Meeresboden entnommen wurden, zeigen, wie große Ansammlungen fragmentierter Lava über Milliarden von Jahren Kohlendioxid speichern können, was weit über menschliche Zeiträume hinausgeht. Obwohl dieser Prozess nicht sichtbar oder unmittelbar ist, spielt er eine enorme Rolle für das globale Gleichgewicht.

Ein internationales Team, geleitet von der Universität Southampton, hat alte ozeanische Lavaströme untersucht, um zu verstehen, wie die Unterwassergeologie am tiefen Kohlenstoffzyklus beteiligt ist. Die Ergebnisse zeigen, dass vulkanische Ablagerungen, die sich an den Flanken von Unterwasserbergen ansammeln, als natürliche CO₂-Speicher fungieren, dank ihrer extrem porösen Struktur.

Wie Lava-Trümmer Kohlenstoff einfangen

Diese Ansammlungen, bekannt als vulkanische Breccien, verhalten sich wie echte mineralische Schwämme. Über Millionen von Jahren sickert Meerwasser durch die Lücken im zerbrochenen Material. Im Verlauf dieses langsamen Prozesses reagiert die Chemie: Bestimmte Ionen im Wasser reagieren mit dem Gestein und begünstigen die Bildung von carbonathaltigen Mineralien, die das CO₂ in der Materie einschließen.

Rosalind Coggon, die Hauptverantwortliche der Studie, erklärt, dass es schon lange bekannt war, dass Unterwasserberge große Mengen lockeres Material erzeugen, ähnlich den Geröllhalden, die an den Hängen kontinentaler Berge vorkommen. Neu war jedoch, dass erstmals vollständige Kerne dieser Breccien nach Millionen von Jahren, die sie mit der ozeanischen Platte zurückgelegt haben, gewonnen wurden. Dies bietet eine einzigartige Gelegenheit, zu beobachten, wie sich solche Ablagerungen im Laufe der Zeit entwickeln.

Die Kerne zeigten etwas Auffälliges: Die extreme Porosität dieser Breccien begünstigt die Zirkulation von Wasser und damit die allmähliche Einschließung von CO₂ in Form von Carbonaten. Die Struktur ist ideal, um Kohlenstoff zu speichern, ohne zu kollabieren.

Der tiefe Kohlenstoffzyklus

Der tiefe Kohlenstoffzyklus reguliert das Erdklima über lange Zeiträume hinweg. An mittelozeanischen Rücken generiert die Bewegung der Platten neue vulkanische Kruste und setzt CO₂ aus dem Erdinneren in den Ozean und die Atmosphäre frei. Allerdings fungiert diese neue Kruste, wenn sie sich vom Rücken entfernt und abkühlt, als chemischer Filter.

Das Meerwasser dringt durch die Risse im neu gebildeten Gestein, reagiert mit den Mineralien des Basalts und fällt Carbonate aus, die im Inneren eingeschlossen bleiben. Im Laufe der Zeit hört dieses Kohlendioxid auf, an die Oberfläche zu zirkulieren und wird Teil des geologischen Archivs.

Bei Bohrungen am Grund des Südatlantiks entdeckte das Team Bereiche, in denen dieser Filter hervorragend funktionierte. Die vulkanischen Breccien wiesen eine weitaus höhere Kohlenstoffmenge auf als intakte Basalte. Ihre offene Struktur vervielfacht die Reaktionsmöglichkeiten.

Die Überlegenheit von Lava-Trümmern gegenüber festem Gestein

Auch massiver Basalt kann CO₂ speichern, jedoch geschieht dies langsamer. Seine innere Oberfläche ist begrenzt und die Flüssigkeiten benötigen länger, um in frische Zonen vorzudringen, in denen Reaktionen beginnen können. Vulkanische Breccien hingegen sind von vornherein zerbrochen und bieten viele Lücken und Spalten, in denen Wasser fast ohne Widerstand zirkuliert.

Die neuen Daten bestätigen, was die geologische Intuition vermuten ließ. In einigen Fällen speichern diese Breccien zwischen zwei und vierzigmal mehr Kohlenstoff als die bisher untersuchten kompakten Laven. Dies ist ein bemerkenswerter Anstieg, der eine Neubewertung der Menge an CO₂ erforderlich macht, die über die Lebensdauer in der ozeanischen Kruste gespeichert werden kann.

Die verborgene klimatische Rolle der Erdkruste

Die ozeanische Kruste wurde immer als Kohlenstoffsenke betrachtet, doch bis jetzt wurde die Bedeutung dieser fragmentierten Schichten nicht anerkannt. Da Breccien jedes Mal entstehen, wenn ein Unterwasser-Vulkan wächst und zusammenbricht, sind sie viel häufiger, als bisher angenommen. Ihre speichernde Fähigkeit könnte erheblich zum globalen Kohlenstoffhaushalt auf geologischen Zeitskalen beitragen.

Diese Entdeckung bietet keine schnelle Lösung für die aktuelle Klimakrise. Die beteiligten Prozesse schreiten im Tempo der Tektonik und Mineralisation voran, weit unterhalb menschlicher Zeitrahmen. Dennoch verbessert sie unser Verständnis darüber, wie der Planet in der Vergangenheit das Klima stabilisieren konnte und welche stillschweigende Rolle die Ozeane in diesem Gleichgewicht spielen.

Sie liefert auch entscheidende Informationen zur Rekonstruktion vergangener atmosphärischer CO₂-Niveaus, was entscheidend ist, um die klimatische Sensitivität der Erde zu bewerten und zu verstehen, wie das Erdsystem auf anhaltende Veränderungen reagiert.

Ein Fenster unter den Wellen

Die Gewinnung dieser Kerne war alles andere als einfach. Das Team bohrte in Ablagerungen, die in einem bereits verschwundenen mittelozeanischen Rücken entstanden sind und langsam durch den Ozean von der sich bewegenden Platte transportiert wurden. Diese geologische Reise verwandelte diese Gesteine in ein fortlaufendes Archiv, in dem die Wechselwirkungen zwischen marinen Fluiden und der Kruste über Millionen von Jahren aufgezeichnet sind.

Durch die Kombination von Meeresgeologie, Carbonatchemie und Fluiddynamik trägt die Studie ein Schlüsselstück dazu bei, das klimatische Puzzle des tiefen Zeitraums zu verstehen. Es zeigt, dass unter Wasser Prozesse existieren, die unermüdlich arbeiten, auch wenn sie niemand sieht.

Potenzial

Der Fund eröffnet neue Wege zur Entwicklung von CO₂-Speicherstrategien, die auf natürlichen Prozessen basieren. Einige realistische Ansätze sind:

• Technologien zur schnellen Mineralisation inspirieren: Basaltformationen an Land nutzen, um CO₂ in wenigen Jahren, nicht in Millionen, zu fixieren, basierend auf den Erkenntnissen aus ozeanischen Breccien.
• Klimaplanung verbessern: Die Rolle der ozeanischen Kruste in globale Modelle integrieren, um die Entwicklung von atmosphärischem CO₂ präziser vorherzusagen.
• Politiken zum Schutz geologischer Meeresgebiete fördern: Unterwasserberge und -rücken bewahren, nicht nur wegen ihrer Biodiversität, sondern auch wegen ihrer Rolle im tiefen Kohlenstoffzyklus.
• Forschung in der ozeanischen Geochemie verstärken: Ein besseres Verständnis der Entwicklung dieser Ablagerungen könnte helfen, Minderungsstrategien zu optimieren, die nicht ausschließlich auf Ingenieurwesen basieren.

Der Ozean reguliert nicht nur das Klima durch Strömungen, Eis oder direkte CO₂-Absorption. Er tut dies auch von unten, aus der Kruste heraus. Und das Wissen um diese verborgene Rolle ist entscheidend, um eine ausgewogenere Zukunft zu gestalten.

Quelle: Ancient rocks reveal themselves as ‘carbon sponges’ | Nature Geoscience