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Kohlenstoffbindung im Ozean

1990

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Es geht darum, CO2 abzuscheiden und in der Tiefsee zu speichern, die die größte Kohlenstoffsenke des Planeten ist. Zu den Methoden gehören die direkte Injektion von flüssigem CO2 in die Wassersäule oder auf den Meeresboden und die Ozeandüngung, um das Wachstum des Phytoplanktons anzuregen, das CO2 durch Photosynthese absorbiert. Beide Ansätze sind mit erheblichen Umweltproblemen verbunden, vor allem mit der Versauerung der Ozeane und den unvorhersehbaren Auswirkungen auf die marinen Ökosysteme.

The ocean naturally absorbs vast quantities of atmospheric CO2 through two primary mechanisms: the ‘solubility pump’ and the ‘biological pump’. The solubility pump involves CO2 dissolving in cold, dense surface water at high latitudes, which then sinks and circulates in the deep ocean for centuries. The biological pump involves marine organisms, primarily phytoplankton, converting CO2 into organic matter through photosynthesis. When these organisms die, a fraction of their carbon sinks to the deep ocean.

Ocean sequestration proposals aim to accelerate these processes. Direct injection involves pumping compressed CO2 to depths of 1,000-3,000 meters. At these depths, the high pressure causes the CO2 to become a liquid denser than seawater, theoretically forming stable pools on the ocean floor. However, this would create zones of extreme acidity, lethal to most marine life.

Bei der Ozeandüngung, insbesondere der Eisendüngung, werden Teile des Ozeans mit Mikronährstoffen wie Eisen gedüngt, um eine massive Phytoplanktonblüte auszulösen. Die Hypothese ist, dass dies die Stärke der biologischen Pumpe erhöhen würde. Experimente haben jedoch gemischte Ergebnisse gezeigt, was die Frage betrifft, wie viel Kohlenstoff tatsächlich in die Tiefsee gelangt, und es bestehen große Bedenken, dass sich die Basis des marinen Nahrungsnetzes verändert und möglicherweise anoxische ‘tote Zonen’ entstehen. Aufgrund dieser schwerwiegenden Umweltrisiken und rechtlicher Unsicherheiten im Rahmen internationaler Verträge wie dem Londoner Übereinkommen/Protokoll wird die Sequestrierung im großen Maßstab derzeit nicht weiterverfolgt.

Kohlenstoff-Emissionen, Klimawandel, CO2, Umweltauswirkungen, Umwelttechnologien, Marine Ökosysteme, Nachhaltige Entwicklung

UNESCO Nomenclature: 2508

- Meereskunde

Typ

Umwelttechnischer Prozess

Störung

Inkremental

Verwendung

Konzeptuell/Theoretisch

Vorläufer

Entdeckung der Rolle des Ozeans als wichtige Kohlenstoffsenke
Verständnis der marinen biologischen und Löslichkeitspumpen
Entwicklung von Tiefsee-Tauchbooten und ferngesteuerten Fahrzeugen (ROVs)
Forschung zur limitierenden Rolle von Mikronährstoffen (wie Eisen) bei der Meeresproduktivität
Fortschritte in der chemischen Ozeanographie und der Modellierung des Kohlenstoffkreislaufs

Anwendungen

Forschungsexperimente zur Untersuchung des Schicksals von CO2 in Tiefseeumgebungen
Modelle zum Verständnis des globalen Kohlenstoffkreislaufs und der Ozeanchemie
Vorschläge für Geoengineering, obwohl weitgehend durch internationale Abkommen verboten

Patente:

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandte Themen: Sequestrierung der Ozeane, direkte Injektion, Ozeandüngung, biologische Pumpe, Löslichkeitspumpe, Ozeanversauerung, marine Ökosysteme, Eisendüngung, Kohlenstoffkreislauf, Geoengineering.

Historischer Kontext

Paläontologe, der Dinosaurierfossilien in geologischen Schichten ausgräbt, die das Massenaussterben illustrieren.

Die “großen fünf” Massenaussterben

Die „Big Five“ sind fünf große Aussterbeereignisse der Erdgeschichte, bei denen innerhalb eines geologisch kurzen Zeitraums über 75 % der Arten verschwanden. Jack Sepkoski und David M. Raup identifizierten sie als Ordovizium-Silur, Oberdevon, Perm-Trias, Trias-Jura und Kreide-Paläogen. Diese Ereignisse veränderten die Biosphäre grundlegend und eröffneten Möglichkeiten für die Ausbreitung neuen Lebensformen.

Techniker im Außendienst, der chemische In-situ-Oxidation zur Sanierung von Schadstoffen in der Umwelt durchführt.

Chemische Oxidation vor Ort (ISCO)

Die chemische In-situ-Oxidation (ISCO) ist eine aggressive Sanierungstechnologie, bei der starke chemische Oxidationsmittel direkt in den kontaminierten Untergrund eingebracht werden, um Schadstoffe zu zerstören. Gängige Oxidationsmittel sind Permanganat, Persulfat, Wasserstoffperoxid (Fenton-Reagenz) und Ozon. Diese Chemikalien reagieren mit Schadstoffen und wandeln sie in weniger giftige Substanzen wie Kohlendioxid, Wasser und anorganische Salze um, ohne dass das kontaminierte Material ausgegraben werden muss.

Atmosphärenchemiker, die sekundäre organische Aerosole in einer Laborumgebung analysieren.

Sekundäres organisches Aerosol (SOA)

Sekundäre organische Aerosole (SOA) sind feine Partikel in der Luft, die durch die Oxidation von flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphäre entstehen. Gasförmige flüchtige organische Verbindungen reagieren mit Oxidationsmitteln wie [latex]O_3[/latex], [latex]\bullet OH[/latex] oder [latex]NO_3\bullet[/latex] zu schwerflüchtigen Produkten. Diese Produkte können dann in Gaspartikel umgewandelt werden, indem sie entweder neue Partikel bilden (Keimbildung) oder an bereits vorhandenen Aerosolen kondensieren. SOAs sind ein Hauptbestandteil von PM2,5 und wirken sich auf das Klima und die menschliche Gesundheit aus.

Kohlenstoffbindung im Ozean

Biokapazität

Die Biokapazität ist ein Maß, das die Regenerationsfähigkeit der Biosphäre in einem bestimmten Jahr darstellt. Sie misst die Menge an biologisch produktiver Land- und Meeresfläche, die unter den derzeitigen Bewirtschaftungspraktiken zur Verfügung steht, um Ressourcen bereitzustellen und Abfälle zu absorbieren. Sie ist die „Angebotsseite“ der ökologischen Bilanz, die zur Berechnung des Earth Overshoot Day verwendet wird und in globalen Hektar (gha) gemessen wird.

Toxikologe, der Fischproben in einem Labor auf PFAS analysiert.

Bioakkumulation und Biomagnifikation von PFAS

Im Gegensatz zu vielen persistenten organischen Schadstoffen, die sich im Fettgewebe anreichern, binden langkettige PFAS wie PFOA und PFOS vor allem an Proteine im Blutserum (z. B. Albumin) und reichern sich in gut durchbluteten Organen wie der Leber an. Dies führt zu einer Bioakkumulation innerhalb eines Organismus und einer Biomagnifikation entlang der Nahrungskette, was zu höheren Konzentrationen in Spitzenprädatoren, einschließlich des Menschen, führt.

Umweltbewusstseinskampagne, die den Earth Overshoot Day in der Humanökologie hervorhebt.

Erdüberlastungstag (EOD)

Der Earth Overshoot Day (EOD) ist das berechnete exemplarische Kalenderdatum, an dem der Bedarf der Menschheit an ökologischen Ressourcen und Dienstleistungen in einem bestimmten Jahr die Regenerationsfähigkeit der Erde übersteigt. Er markiert den Zeitpunkt, an dem sich der menschliche Konsum von der Nutzung der jährlichen ökologischen Ressourcen des Planeten zur Erschöpfung seines wichtigsten Naturkapitals verlagert und damit praktisch auf Pump lebt.

1982

1990

2000

2006

1980

1982

1990

1993

2001-09-01

Einschlagskrater Chicxulub mit geologischen Beweisen für die Alvarez-Hypothese.

Alvarez-Hypothese zum K-Pg-Aussterben

Die Alvarez-Hypothese geht davon aus, dass das Massenaussterben an der Kreide-Paläogen-Grenze (K-Pg), das die nicht-aviären Dinosaurier auslöschte, durch den Einschlag eines großen Asteroiden verursacht wurde. Die 1980 aufgestellte Hypothese war der Hauptbeweis für die Entstehung dieser Hypothese eine ungewöhnlich hohe Konzentration von Iridium, einem auf der Erdoberfläche seltenen, auf Asteroiden jedoch häufig vorkommenden Element, das in einer Tonschicht an dieser Grenze gefunden wurde.

Paläontologe, der fossile Proben in einem Labor analysiert und sich dabei auf Aussterbeereignisse konzentriert.

Der Signor-Lipps-Effekt

Der Signor-Lipps-Effekt ist ein paläontologisches Prinzip, das besagt, dass das letzte bekannte Fossil einer Art aufgrund der Unvollständigkeit des Fossilienbestands mit ziemlicher Sicherheit vor dem tatsächlichen Aussterben dieser Art existiert. Dieses Artefakt kann dazu führen, dass abrupte Massenaussterben im Fossilienbestand allmählich erscheinen, da die letzten Vorkommen verschiedener Arten zeitlich verwischt werden.

Laboranalyse von flüchtigen organischen Verbindungen mit Hilfe der Gaschromatographie in der organischen Chemie.

Flüchtige organische Verbindungen (VOC)

Eine flüchtige organische Verbindung (VOC) ist eine organische Chemikalie, die bei Raumtemperatur einen hohen Dampfdruck aufweist und daher stark verdunstet. Diese Eigenschaft ist auf den niedrigen Siedepunkt zurückzuführen. Die Europäische Union definiert VOC als jede organische Verbindung mit einem Siedepunkt von höchstens 250 °C bei einem Standarddruck von 101,3 kPa.

Geologischer Standort für die Kohlenstoffsequestrierung mit Injektionsbohrungen und Pipelines für die CO2-Speicherung.

Geologische Kohlenstoffbindung

Der Prozess der Abscheidung von Kohlendioxid (CO2) aus großen Punktquellen wie Kraftwerken und dessen Einpressung in tiefe Gesteinsformationen zur langfristigen Speicherung. Geeignete Formationen sind beispielsweise salzhaltige Grundwasserleiter, erschöpfte Öl- und Gaslagerstätten sowie nicht abbaubare Kohleflöze. Das CO2 wird durch ein undurchlässiges Deckgestein und verschiedene physikalische und chemische Mechanismen gebunden, wodurch seine Freisetzung in die Atmosphäre verhindert wird.

Stadtplanungstreffen zur Erörterung der Metrik des ökologischen Fußabdrucks im Umweltmanagement.

Ökologischer Fußabdruck

Der ökologische Fußabdruck ist eine Kennzahl zur Ressourcenberechnung, die die menschliche Inanspruchnahme der Natur misst. Er quantifiziert die Menge an biologisch produktiver Land- und Meeresfläche, die benötigt wird, um die von einer Bevölkerung verbrauchten Ressourcen (wie Nahrungsmittel, Fasern und Holz) zu produzieren und ihre Abfälle, insbesondere Kohlenstoffemissionen, zu absorbieren. Er ist die „Nachfrageseite“ der Berechnung des Earth Overshoot Day (EOD).

Umweltökonomen bei der Analyse von Daten über Kohlenstoffemissionen in einem modernen Büro.

Also Identität

Die Kaya-Identität ist eine mathematische Formel, die besagt, dass die Gesamthöhe der Kohlendioxidemissionen als das Produkt von vier Faktoren ausgedrückt werden kann: Bevölkerungszahl, Pro-Kopf-BIP, Energieintensität (Energie pro BIP-Einheit) und Kohlenstoffintensität (Emissionen pro Energieeinheit). Die Formel lautet [latex]F = P \mal \frac{G}{P} \mal \frac{E}{G} \mal \frac{F}{E}[/latex], wobei F die CO2-Emissionen, P die Bevölkerung, G das BIP und E der Energieverbrauch sind.

Unternehmenstreffen zur Erörterung des Umfangs der Treibhausgasemissionen im Umweltmanagement.

Emissionsbereiche des Treibhausgasprotokolls

Das Greenhouse Gas (GHG) Protocol kategorisiert Treibhausgasemissionen in drei Bereiche. Bereich 1 umfasst direkte Emissionen aus eigenen oder kontrollierten Quellen. Bereich 2 umfasst indirekte Emissionen aus der Erzeugung von zugekauftem Strom, Dampf, Wärme und Kälte. Bereich 3 umfasst alle anderen indirekten Emissionen, die in der Wertschöpfungskette eines Unternehmens sowohl vor- als auch nachgelagert entstehen, wie z. B. gekaufte Waren, Geschäftsreisen und Produktnutzung.

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)