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Beitrag von Dr. Helmuth Thomas, Leiter der Arbeitsgruppe Alkalinität
Anfang der 2000er Jahre wurde in der Nordsee eine intenationale Studie des Kohlenstoffkreislaufs begonnen, auf deren Basis heute die zeitliche Veränderlichkeit des Systems untersucht wird. Eines der Hautprobleme dabei ist die Identifizierung und Separierung von Auswirkungen der natürlichen Variabilität und denen des Klimawandels und anderer anthropogener Einflüsse.
Vor diesem Hintergrund wird in der gerade veröffentlichten Arbeit mit den Kollegen aus Norwegen eine Zeitserie von CO2 Beobachtungen untersucht, die den Zeitraum von 2003-2015 umfasst. Die Daten wurden zum überwiegenden Teil auf sogenannten “voluntary observing ships” (VOS) enhoben, d.h. üblicherweise auf Frachtschiffen, auf denen autonome Messgeräte installiert sind.
Anhand der Daten aus der nördlichen Nordsee lassen sich die Hauptkomponenten der Veränderlichkeit identifizieren und quantifizieren, und darüber hinaus auch deren regionale/räumliche Unterschiede feststellen. Zusammenfassend lässt sich zeigen, dass im westlichen Teil des Untersuchungsgebiets, das erheblich stärker vom Nordatlantik geprägt wird als der östliche, die anthropogene Störung aus der Atmosphäre, d.h. die steigendenen CO2 Gehalte, sowie die Variabilität des Atlantiks selbst das Geschehen entscheidend prägen.
In den östlichen Bereichen der nördlichen Nordsee spielen landseitige Effekt wie zum Beispiel Frischwasser- und Nährstoffzufuhr, oder die Ostsee eine größere Rolle, die die Veränderungen aus dem Atlantik und der Atmosphäre überlagern können. Die aus der Atmopshäre verursachte Entwicklung der Ozeanversauerung werden somit „1:1“ im westlichen Teil der Nordsee abgebildet, wohingegen im östlichen Teil diese unausweichliche Entwicklung von anderen Prozessen überlagert wird und somit verändert oder gar unsichtbar erscheint.
Omar, A.M., Thomas, H., Olsen, A., Becker, M., Skjelvan, I., & Reverdin, G. (2019): Trends of ocean acidification and pCO2 in the northern North Sea, 2003–2015. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 124, 3088– 3103, doi:10.1029/2018JG004992
Abstract:
For continental shelf regions, the long‐term trend in sea surface carbon dioxide (CO2) partial pressure (pCO2) and rates of ocean acidification are not accurately known. Here, we investigate the decadal trend of observed wintertime pCO2 as well as computed wintertime pH and aragonite saturation state (Ωar) in the northern North Sea, using the first decade long monthly underway data from a voluntary observing ship covering the period 2004–2015. We also evaluate how seawater CO2 chemistry, in response to physical and biological processes, drives variations in the above parameters on seasonal and interannual timescales.
In the northern North Sea, pCO2, pH, and Ωar are subject to strong seasonal variations with mean wintertime values of 375 ± 11 μatm, 8.17 ± 0.01, and 1.96 ± 0.05. Dissolved inorganic carbon is found to be the primary driver of both seasonal and interannual changes while total alkalinity and sea surface temperature have secondary effects that reduce the changes produced by dissolved inorganic carbon. Average interannual variations during winter are around 3%, 0.1%, and 2% for pCO2, pH, and Ωar, respectively and slightly larger in the eastern part of the study area (Skagerrak region) than in the western part (North Atlantic Water region). Statistically significant long‐term trends were found only in the North Atlantic Water region with mean annual rates of 2.39 ± 0.58 μatm/year, −0.0024 ± 0.001 year‐1, and −0.010 ± 0.003 year‐1 for pCO2, pH, and Ωar, respectively. The drivers of the observed trends as well as reasons for the lack of statistically significant trends in the Skagerrak region are discussed.
Plain Language Summary:
Temperate and high latitude marine shelf areas are generally net sinks of atmospheric carbon dioxide (CO2), and they are experiencing ocean acidification. Decadal trends in the magnitude of the sinks and acidification occurring in these regions are not accurately known mainly due to limited time series and higher natural spatiotemporal variability compared to open oceans. Hence, an important question is whether the surface seawater CO2 growth and acidification on the shelves can be predicted from atmospheric CO2 increase as is the case for the open oceans? To contribute to the answer of this question, we compiled the first decade‐long, monthly time series of surface seawater CO2 and acidification parameters in the northern North Sea (2004–2015). Our analyses confirm that the area is a year‐round CO2 sink and further demonstrate its strong seasonal and interannual variations. In the western parts of the study area, we found wintertime trends that are statistically significant and similar to what is expected from atmospheric CO2 increase and observed in the open ocean. In the eastern parts, seasonal and interannual changes were somewhat stronger, but wintertime trends were weaker and not statistically significant.
