Verwitterte Steine gegen die Erderwärmung

Bei der Verwitterung von Silikatgesteinen wird der Atmosphäre CO2 entzogen. Indem große Mengen Gesteinsmehl auf Nutzflächen verstreut werden, könnte dieser Prozess helfen, den Klimawandel zu dämpfen. Die Forschung dazu steckt allerdings noch in den Kinderschuhen, wie eine neue Studie zeigt.


Eine Kohleschicht zwischen Gesteinsschichten
Auf Gesteinsoberflächen findet die Silikatverwitterung ganz natürlich statt. (Foto: Martin Grießmann/​Wikimedia Commons)

Die ewigen Mahnungen von Klimaforscher:innen, Treibhausgas-Emissionen zu vermeiden, sind richtig und wichtig. Das allein reicht allerdings nicht aus, um die schlimmsten Folgen des Klimawandels zu verhindern. Zu schleppend und zu zögerlich setzt sich die nachhaltige Transformation in Gang.

Der Weltklimarat IPCC rechnet in seinen Analysen vor, dass wir nicht nur die Emissionen auf null senken, sondern zusätzlich der Atmosphäre CO2 entziehen müssen. Sogenannte negative Emissionen lassen sich über verschiedene Wege realisieren.

Eine Möglichkeit ist die beschleunigte Verwitterung. Der vor allem unter der englischen Bezeichnung "Enhanced Weathering" bekannte Ansatz gewinnt von Jahr zu Jahr an Popularität in der Wissenschaftsgemeinschaft.

Eine kürzlich in der Zeitschrift Frontiers of Climate erschienene Studie fasst den bisherigen Forschungsstand zusammen und deckt Forschungslücken auf.

Gesteinsverwitterung ist ein natürlicher und reichlich komplexer Prozess. Es gibt verschiedene Verwitterungsformen, die zum Teil nur Gesteine mit einer bestimmten Mineralzusammensetzung betreffen.

Interessant für "Enhanced Weathering" ist die chemische Verwitterung von Silikatgesteinen. Dabei reagieren die Gesteine mit Wasser, etwa Regenwasser oder Grundwasser, und CO2 aus der Atmosphäre.

Am Ende der chemischen Reaktion entsteht entweder Kalziumkarbonat, das sich im Boden absetzt, oder Hydrogenkarbonat, das sich im Grundwasser auflöst und schließlich über die Flüsse ins Meer gelangt.

Jedes Jahr Milliarden Tonnen CO2

Die natürliche Silikatverwitterung vollzieht sich viel zu langsam, um den Klimawandel effektiv abfedern zu können. Gesteinsmehl könnte aber in großen Mengen auf Nutzflächen wie Feldern, Forsten und Küstengebieten ausgebracht werden.

"Durch beschleunigte Silikatverwitterung auf globalen Nutzflächen könnten der Atmosphäre theoretisch jedes Jahr Milliarden Tonnen CO2 entzogen werden", heißt es in der Studie der US-amerikanischen Forschungsgruppe. Schätzungen rangieren zwischen zwei und fünf Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr.

Rückkopplung der Silikatverwitterung

Das globale Klimasystem, und als sein Bestandteil der CO2-Gehalt der Atmosphäre, wird über verschiedene natürliche Rückkopplungseffekte reguliert. Eine dieser Rückkopplungen ist die Silikatverwitterung. In den letzten Milliarden Jahren entwichen durch Vulkanausbrüche große Mengen an CO2 in die Atmosphäre. Dennoch hat sich die Atmosphäre nicht ständig weiter erwärmt.

 

Denn CO2 reagiert bei chemischen Verwitterungs­prozessen mit Gesteinen der Erdoberfläche und wird so der Atmosphäre wieder entzogen. Je wärmer es wird, desto stärker verwittern die Gesteine. Die Verwitterungs­prozesse sind damit ein natürlicher Rückkopplungseffekt. Allerdings ist dieser natürliche Effekt nicht schnell genug, um die menschengemachte Klimaerwärmung regulieren zu können.

2021 ist mit weltweit 37 Milliarden Tonnen CO2-Ausstoß das bisher emissionsstärkste Jahr. Je nach Studie könnte "Enhanced Weathering" also zwischen 5,4 und 13,5 Prozent dieses Ausstoßes kompensieren. Ein beachtlicher Anteil.

Auch sonst spricht einiges für diesen Ansatz. Silikatgestein ist auf unserem Planeten in üppigen Mengen vorhanden. Etwa 90 Prozent der Erdkruste besteht aus Silikaten.

Flächen, auf denen das Gesteinsmehl ausgebracht werden könnte, ohne die Biodiversität zu gefährden, sind auch nicht rar. 38 Prozent der weltweiten Landfläche sind Acker- und Weideflächen und somit ohnehin bereits stark von menschlichem Einfluss geprägt.

Tatsächlich gehen die meisten Studien davon aus, dass "Enhanced Weathering" positive Nebeneffekte für die Landwirtschaft haben wird. Das Kalziumkarbonat wirkt der Versauerung des Bodens entgegen.

Damit fördert es die Fähigkeit des Bodens, Wasser zu speichern und Nährstoffe aufzunehmen und abzugeben. Besonders für Böden, die in den letzten Jahren unter intensiven Landwirtschaftspraktiken gelitten haben, könnte dieses Verfahren Wunder für die Bodengesundheit wirken.

Techniken, um großflächig Gesteinsmehl auszubringen, existieren in der Landwirtschaft bereits. Es besteht kaum ein Unterschied zwischen dem Ausbringen etwa von Düngemitteln oder von Gesteinsmehl.

Im Meer reagiert das Gesteinsmehl mit im Wasser gelöstem CO2 und hilft damit gegen die Versauerung der Ozeane.

Alles nur Theorie

In der Theorie hört sich also alles großartig an. Das Problem ist nur, viel mehr als Theorie gibt es bisher nicht. Kaum eine Studie überprüfte den Ansatz bisher unter natürlichen Bedingungen, sprich auf dem Acker.

Bei einer Literaturrecherche fand das Team um Maya Almaraz von der University of California nur fünf Feldstudien zu dem Thema – darunter vier von derselben Forschungsgruppe über dasselbe Feld in der kanadischen Provinz Ontario.

"Die Überprüfung der CO2-Speicherkapazität von 'Enhanced Weathering' ... für verschiedene Klimazonen, Nutzpflanzenarten, Bodentypen und Bewirtschaftungsformen erfordert eine drastische Zunahme von Feldstudien", schreiben die Wissenschaftler:innen.

Dafür ist ihnen zufolge eine Verbindung geologischer und agrarwissenschaftlicher Konzepte und Methoden nötig, etwa bei der Ermittlung der CO2-Menge, die der Atmosphäre entzogen wird.

Da Kohlenstoff in verschiedenen Formen gespeichert werden kann, muss sowohl der feste Boden analysiert werden als auch Wasser in den Bodenporen, Bodenluft und Biomasse. Dabei kommen typischerweise geologische Methoden zum Einsatz, allerdings in einem agrarwissenschaftlichen Kontext.

Das bedeutet, dass geologische Techniken nach einem agrarwissenschaftlichen Konzept angewendet werden, also in entsprechenden Zeitintervallen, mit einer entsprechenden Probenanzahl und mit dem Wissen über den Einfluss landwirtschaftlicher Praktiken, zum Beispiel der Pflugtiefe.

Viele ungeklärte Fragen

Um "Enhanced Weathering" global einsetzen zu können, müssen alle möglichen Auswirkungen umfassend erforscht werden. Welchen Einfluss haben Klima und Bodentyp auf die Wirkung des Verfahrens? Wohin wandern die entstehenden Verwitterungsprodukte? Wie wirkt sich das Verfahren auf die Erträge verschiedener Nutzpflanzen aus?

Die beschleunigte Verwitterung fällt unter den Sammelbegriff Geoengineering. Das sind großräumige Eingriffe in natürliche Kreisläufe der Erde, die zu Recht kontrovers diskutiert werden. Wobei sich unter dem Dachbegriff eine große Vielfalt an kaum zu vergleichenden Ansätzen versammelt.

Dennoch dürfen derartige Eingriffe nur dann in Erwägung gezogen werden, wenn alle Wenns und Abers geklärt sind. Einen entscheidenden Beitrag leisten hierfür Studien, die Forschungslücken aufdecken und neue Forschungsrichtungen vorgeben.

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