Beobachtungen von Kohlenstoffisotopen machen es möglich zu verstehen, warum der CO2-Gehalt in der Atmosphäre eng mit den Eiszyklen zusammenhängt. • Alexey Gilyarov • Wissenschaftsnachrichten zu den "Elementen" • Klima, Ökologie, Glaziologie

Beobachtungen von Kohlenstoffisotopen machen es möglich zu verstehen, warum der Gehalt von CO 2 in der Atmosphäre eng mit den Vereisungszyklen zusammenhängt.

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Generalisiertes Diagramm, das die Dynamik von CO in der Luft zeigt2 in den letzten 24 tausend Jahren (rote Linie); Kohlenstoffisotopgehalt13C in CO2 (breites grünes Band; Bandbreite entspricht Konfidenzintervallen); schwerer Sauerstoffgehalt18Oh in der Luft (schwarze Linie an der Spitze: nach Eisbohrkernen in Grönland); Deuteriumgehalt im Eis (blaue Linie unten: nach Eisbohrkernen in der Antarktis). Der letzte Indikator ist eine Schätzung der Temperatur: Je höher die Linie, desto wärmer. Blauer vertikaler Streifen eine Zeit der raschen Erwärmung (vor 17-15.000 Jahren) wurde hervorgehoben, die möglicherweise mit der Freisetzung von CO in Verbindung gebracht wurde2zuvor angesammelt in den tiefen Schichten der Ozeanwassersäule. Grauer vertikaler Streifen Die Zeit (vor 12-7.000 Jahren) des schnellen Anstiegs des Kohlenstoffisotopengehalts wird hervorgehoben. 13C in CO2. Am wahrscheinlichsten war dies auf die Fraktionierung von Isotopen während der Photosynthese der terrestrischen Vegetation zurückzuführen, deren Masse schnell wuchs. Während der Photosynthese wird CO überwiegend absorbiert.2 leichteres Kohlenstoffisotop12C und CO2 schweres Isotop13C akkumuliert als unbenutzt. An Abszisse Null (auf der linken Seite) entspricht der heutigen Zeit. Bild aus dem Artikel: E. Brook. Die Eiszeit Kohlenstoff Puzzle in Wissenschaft

Das Wachstum von Kohlendioxid in der Atmosphäre nach dem Ende der letzten Vergletscherung ist höchstwahrscheinlich auf den Beginn der Vermischung des Ozeans und das Eindringen von anorganischem Kohlenstoff in seine Oberflächenschichten zurückzuführen, die sich zuvor in den Tiefen der Wassersäule angesammelt haben. Nach der langfristigen (über 24.000 Jahre) Dynamik des relativen Gehalts eines schweren Kohlenstoffisotops 13C, Kohlendioxid wurde durch Phytoplankton gebunden, das sehr lange in der Nähe der Oberfläche lebte, sogar vor Beginn der letzten Vergletscherung. Reduzierter Inhalt 13C in der Atmosphäre, die vor 17.500 Jahren begann, dauerte zweitausend Jahre und wurde durch einen leichten Anstieg und eine neue Rezession ersetzt. Später, vor 12 tausend Jahren, begann ein stetiger Anstieg des Inhalts 13Es wurde anscheinend durch intensive Photosynthese der terrestrischen Vegetation verursacht, die hauptsächlich ein anderes, leichteres Kohlenstoffisotop bindet. 12C. Entsprechend wenig genutzt 13C in der Atmosphäre angesammelt.

Nach geologischen Maßstäben erlebte die Erde vor 20 000 Jahren noch die letzte starke Vergletscherung.Ein großer Teil Eurasiens und Nordamerikas war mit einer dicken Eisschicht bedeckt. Der Meeresspiegel war 120 m niedriger als der Strom und die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in der Luft war nur 190 ppm (Teil pro Million, Millionstel), und nicht 390 ppm, wie es jetzt ist. Daten aus der Analyse von Kernen (Spalten) von Eis aus der Antarktis zeigen, dass in den letzten 800.000 Jahren die Dynamik des CO-Gehalts2 in der Luft war eng mit Temperaturänderungen korreliert (siehe: Antarktisches Eis berichtete über den Gehalt von Methan und CO2 in der Atmosphäre der Erde in den letzten 800 Tausend Jahren, "Elements", 22.05.2008). Seit CO2 – Das wichtigste Treibhausgas, es ist offensichtlich, dass eine Erhöhung seiner Konzentration zu einer Erhöhung der Temperatur führen sollte. Es ist jedoch nicht so einfach, denn mit steigender Temperatur steigt der Kohlendioxidstrom in die Atmosphäre, der in den Oberflächengewässern des Ozeans gelöst wurde. Darüber hinaus erhöht sich beim Erwärmen die Intensität der Atmung von Organismen (insbesondere bodenbewohnenden Bakterien und Pilzen). Dies ergibt CO2, einmal während der Photosynthese von Pflanzen gebunden.

Obwohl jeder das zwischen CO-Inhalten anerkennt2 und die Temperatur hat eine positive Rückkopplung, es ist nicht leicht herauszufinden, was die Ursache in jedem einzelnen Fall ist und was das Ergebnis ist.Es gibt jedoch einige Fortschritte bei der Entflechtung dieser Wechselbeziehungen (siehe zum Beispiel: Die globale Erwärmung nach der letzten Vergletscherung ging einher mit einem schnellen Anstieg des CO-Gehalts2 in der Atmosphäre, "Elements", 20.04.2012). Offensichtlich gab es keine irreversible Erwärmung der Erdoberfläche, und das ist in Ordnung, sonst hätte das Leben dort enden können. Zum Glück folgte die Erwärmung, gefolgt von kalten Schnappschüssen. Die Regelmäßigkeit des Alterns von Eiszeiten und Interglazialen (zumindest während der letzten Millionen Jahre) wurde durch periodische Veränderungen der Erdumlaufbahn, der sogenannten Milankovitch-Zyklen, bestimmt. Da die Veränderungen der Umlaufeigenschaften selbst zu schwach sind, um eine globale Umstrukturierung des gesamten Klimas zu bewirken, müssen Mechanismen vorhanden sein, die die anfänglichen Auswirkungen multiplizieren. Die Suche nach diesen Mechanismen ist eine wichtige Aufgabe, der Forscher in verschiedenen Ländern große Aufmerksamkeit widmen.

Insbesondere die kürzlich erschienene Arbeit von Jochen Schmitt vom Zentrum für Klimaforschung, benannt nach N. Eschger (Hans Oeschger) an der Universität Bern (Schweiz).Zusammen mit Kollegen derselben Universität sowie von wissenschaftlichen Einrichtungen in Deutschland und Frankreich analysierte Schmitt detailliert die Daten über die Langzeitdynamik (über 24.000 Jahre) des Gehalts eines stabilen Kohlenstoffisotops 13C, das Teil von CO ist2 die Atmosphäre. Das Ausgangsmaterial sind Eisbohrkerne von zwei Punkten in der Antarktis. Aufgrund der geringen Größe der Proben selbst, erfolgt die quantitative Bestimmung des Isotopengehaltes 13C war keine leichte Aufgabe, aber die Autoren konnten mit einer Modifikation der Sublimationsmethode eine Reihe von Schwierigkeiten überwinden. Der von den Autoren betrachtete Zeitraum umfasste das Ende der letzten starken Vergletscherung (vor 24.000 Jahren), die darauffolgende rasche Erwärmung (vor 17-12.000 Jahren) und dann die Stabilisierung bis heute. Als "Präsens", also als Ende der Beobachtungen, wurde es 1950 angenommen, als der Inhalt von CO2mit der Verbrennung von fossilen Brennstoffen verbunden ist, war noch nicht so schnell.

Atmosphärischer CO-Wechsel2 schweres Isotop Kohlenstoff 13C (oberste Zeile) und CO-Gehalt2 in der Atmosphäre (Unterm Strich) in den letzten 24 tausend Jahren. Punkte in verschiedenen Farben spezifizierte Werte, die in verschiedenen Laboratorien nach verschiedenen Methoden erhalten wurden. Graue Farbe zeigt Konfidenzintervalle, die die Datenstreuung charakterisieren. Das Alter wird in Tausenden von Jahren ab dem heutigen Zeitpunkt (ab 1950) angegeben, der Inhalt 13C – in ppm auf einer Skala von VPDB (Wiener Pee Dee Belemnite, Wiener Standard Kohlenstoff Isotopenzusammensetzung), CO Gehalt2 – in ppmv (Teile pro Million nach Volumen). Bild aus dem diskutierten Artikel Schmitt J., et al. Kohlenstoffisotopenzwänge auf das deglaziale CO2 steigen aus Eiskernen in Wissenschaft

Analyse der Dynamik des Isotopens 13C ermöglicht es Ihnen, zu bestimmten Schlussfolgerungen über die unmittelbaren Ursachen der Erhöhung oder Verringerung der Konzentration von CO zu kommen2 in der Atmosphäre. Tatsache ist, dass im Verlauf einiger biochemischer Reaktionen eine Isotopenfraktionierung auftritt (Trennung). Während der Photosynthese konsumieren Pflanzen (oder mikroskopische Planktonalgen und Cyanobakterien) hauptsächlich CO.2 leichteres Kohlenstoffisotop 12C. Dementsprechend der relative Gehalt des schweren Isotops 13C in der Umgebung (Luft oder Wasser) steigt.

Die Ergebnisse von Schmitt und seinen Kollegen zeigen, dass mit dem Beginn einer Erhöhung der Konzentration von CO2 vor etwa 17.500 Jahren Isotopeninhalt 13C begann stark zu sinken. Dieser Rückgang setzte sich mit der Gesamtkonzentration von CO für etwa 2 000 Jahre fort2 In der damaligen Atmosphäre wuchs.Es war wichtig für die Forscher zu verstehen, woher CO kommt.2erschöpft in schwerem Kohlenstoffisotop CO2. Wahrscheinlich hat es sich lange Zeit in den tiefen Schichten des Ozeans angesammelt, und dann, als Folge der begonnenen Vermischung, war es in Oberflächengewässern, von wo es bereits in die Atmosphäre gelangt war. Die Frage stellt sich unwillkürlich: Warum sammelt sich dieses CO in den Tiefen des Ozeans?2sowie andere Formen von anorganischem Kohlenstoff (HCO3 und CO32-), unterschieden sich so niedrig relativer Inhalt 13C? Fast jeder stimmt zu, dass diese CO2 war das Produkt der Atmung von Organismen, die organische Materie zersetzen, die während der Photosynthese in den oberen Schichten des Ozeans gebildet wurde, dann aber allmählich abstieg. Es ist möglich, dass die Synthese von organischer Substanz schon vor dem Beginn der letzten Vergletscherung vor 24 Tausend Jahren stattgefunden hat. Es gibt keinen Konsens darüber, dass der Impuls für die Vermischung der Wassersäule, der vor 17.500 Jahren begann, nicht gegeben wurde, und dies ist wahrscheinlich der anfälligste Punkt in der gesamten Hypothese.

Etwas später, vor 16 tausend Jahren, der Niedergang 13C hörte auf und es gab sogar einen leichten Anstieg, der bald durch einen neuen leichten Rückgang ersetzt wurde (siehe Abbildung oben). Die Gründe für diese schwachen Schwankungen sind nicht klar, und die entsprechende Periode wird sogar das "mystische Intervall" genannt.Aber vor 12 tausend Jahren begann ein stetiger Anstieg des relativen Gehalts 13C, die für etwa 6000 Jahre dauerte, nach der Stabilisierung begann, erreichte ein Plateau entsprechend der bereits modernen Ebene. Dieser Anstieg wird von den Autoren auf die Entwicklung der terrestrischen Vegetation zurückgeführt, mit massivem Verbrauch während der Photosynthese von Kohlendioxid, das das leichtere Isotop enthält – 12C. Dementsprechend schwer 13C in der Atmosphäre angesammelt.

Die Arbeit von Schmitt und seinen Kollegen gibt keine endgültige Antwort auf viele Fragen, die sich ergeben, es berücksichtigt nicht zum Beispiel die Effekte, die mit der Freisetzung von CO verbunden sind2 von tektonischen Störungen (bei Vulkanausbrüchen und durch allmähliches Aussterben). Nichtsdestoweniger zeigt es Möglichkeiten für weitere Analysen auf, was die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich zieht.

Quelle von: Jochen Schmitt, Robert Schneider, Joachim Elsig et al. Kohlenstoffisotopenzwänge auf das deglaziale CO2 Aufstieg aus Eiskernen // Wissenschaft. 2012. V. 336. P. 711-714.

Siehe auch:
Edward Brook. Das Eiszeit-Kohlenstoffpuzzle // Wissenschaft. 2012. V. 336. P. 682-683.

Alexey Giljarow


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