Die Rolle der Verwitterung von Landflächen beim Kohlenstoffverbrauch und ihre Auswirkungen auf den globalen Kohlenstoffkreislauf seit dem letzten Interglazial

Warum alte Gesteine für das heutige Klima wichtig sind

Wenn wir an Klimawandel denken, stellen wir uns meist Schornsteine und Wälder vor, nicht das langsame Zerfallen von Gesteinen. Dennoch transportiert das Lösen der Landoberfläche durch Regenwasser und Pflanzenwurzeln stillschweigend Kohlenstoff aus der Luft in Flüsse und Ozeane und trägt so dazu bei, das Klima der Erde über Zehntausende von Jahren zu stabilisieren. Diese Studie stellt eine auf den ersten Blick einfache Frage: Als der Planet in den letzten 120.000 Jahren zwischen Eiszeiten und wärmeren Perioden schwankte, wie viel Bedeutung hatte diese „Gesteinsverwitterung“ tatsächlich für den globalen Kohlenstoffkreislauf und für das Auf- und Absinken des atmosphärischen Kohlendioxids (CO2)?

Eine neue Methode, 120.000 Jahre Wechselwirkungen zwischen Gestein und Wasser nachzuspielen

Die Autor:innen entwickelten einen neuen Computerknoten namens PCM‑weathering‑Modell, um zu rekonstruieren, wie viel CO2 seit dem letzten Interglazial durch Verwitterung an Land verbraucht wurde. Sie kombinierten ein bestehendes globales Vegetations‑ und Kohlenstoffmodell mit detaillierten Kartierungen von Gesteinstypen und einem Verwitterungsmodul, das auf Temperatur, Niederschlag, atmosphärisches CO2 und die Landflächen oberhalb des Meeresspiegels reagiert. So konnten sie Zellen für Zellen nachverfolgen, wie Wälder, Böden und Klima zusammenarbeiteten, um zwei große Gesteinsgruppen aufzulösen: silikatische Gesteine (wie Granit und Basalt) und karbonatische Gesteine (wie Kalkstein), die sehr unterschiedliche Folgen für die langfristige Kohlenstoffspeicherung haben.

Zwei Gesteinsarten, zwei entgegengesetzte Rhythmen

Die Simulationen zeigen, dass silikatische und karbonatische Gesteine unterschiedlichen klimatischen Rhythmen folgen. Die Silikatverwitterung, die atmosphärisches CO2 dauerhaft in neue marine Minerale bindet, war in warmen, feuchten Interglazialzeiten stärker und in kalten, trockenen Glazialzeiten schwächer. Ihre globale Kohlenstoffaufnahme schwankte etwa zwischen 119 und 163 Millionen Tonnen Kohlenstoff pro Jahr, mit der höchsten Aktivität in feuchten Tropenregionen wie dem Amazonas, Zentralafrika, Süd‑ und Südostasien sowie Teilen Südchinas. Im Gegensatz dazu verstärkte sich die Karbonatverwitterung, die CO2 größtenteils auf längeren Zeitskalen zurück in die Luft recycelt, tatsächlich während der Eiszeiten. Als der Meeresspiegel sank, wurden große kontinentalen Schelfbereiche mit karbonathaltigem Gestein in den Tropen, besonders in Südostasien, freigelegt; mehr Regen- und Bodenwasser konnte diese Gesteine auflösen, wodurch die Karbonatverwitterung in Glazialmaxima auf etwa 303–320 Millionen Tonnen Kohlenstoff pro Jahr anstieg, fast das Doppelte einiger Interglazialwerte.

Klima, Küstenlinien und Wälder als versteckte Hebel

Durch Sensitivitätsexperimente entwirrte das Team, welche Faktoren diese Veränderungen antrieben. Bei silikatischen Gesteinen zeigte sich über den Großteil des letzten Glazialzyklus das atmosphärische CO2 selbst als der wichtigste Steuerfaktor: Höheres CO2 förderte stärkeres Pflanzenwachstum und höheren Boden‑CO2‑Gehalte, was wiederum die Gesteinszersetzung beschleunigte. Niederschlag verstärkte diesen Effekt zusätzlich, während niedrigere Temperaturen ihn tendenziell bremsten. Im stabileren Holozän hingegen wurden Temperatur und Niederschlag für die Silikatverwitterung wichtiger als CO2. Die Karbonatverwitterung erzählte eine andere Geschichte: Hier war vor allem die freigelegte Landfläche durch Vor‑ und Rückzug der Eisschilde sowie das Steigen und Fallen des Meeresspiegels der dominierende Hebel. Neu freigelegte Schelfbereiche während glazialer Tiefstände waren Hotspots der Karbonatauflösung, während steigende Meere in warmen Perioden diese Plattformen überschwemmten und ihren Beitrag reduzierten.

Die leise, aber mächtige Rolle der Verwitterung im Kohlenstoffhaushalt

Wenn die Autor:innen die Zahlen über komplette Eiszeiten hinweg aufsummierten, stellten sie fest, dass der Gesamtkohlenstoff, der durch Silikat‑ und Karbonatverwitterung verbraucht wurde, die Nettoveränderungen in Kohlenstoffspeichern von Wäldern, Böden und Ozeanen bei Weitem überstieg. Sowohl im letzten Interglazial als auch im letzten Glazial entfernte die Karbonatverwitterung etwa doppelt so viel Kohlenstoff wie die Silikatverwitterung, mit besonders hohen Aufnahmen in glazialen Zeiten aufgrund der erweiterten Schelfexposition. Obwohl ein Großteil des durch Karbonatverwitterung aufgenommenen CO2 letztlich durch ozeanische Chemie wieder in die Atmosphäre gelangt, formen diese Flüsse weiterhin die Verteilung des Kohlenstoffs zwischen Land, Meer und Luft über Jahrtausende. Die Arbeit zeigt außerdem, dass Vegetationsmuster stark beeinflussen, wo und wann Verwitterung am intensivsten ist, und unterstreicht damit die Bedeutung tropischer Wälder als Motoren langfristiger Kohlenstoffentnahme.

Was das für unsere Zukunft bedeutet

Mit Blick nach vorn deutet das Modell darauf hin, dass mit der vom Menschen verursachten Erwärmung und der damit verbundenen Zunahme von Pflanzenwachstum und Bodenaktivität die chemische Verwitterung an Land in allen zukünftigen Emissionsszenarien zunehmen wird. Unter hohen Emissionspfaden könnten die globalen Flüsse der Silikat‑ und Karbonatverwitterung bis 2100 mehr als doppelt so groß werden. Diese Beschleunigung wird die schnellen menschlichen CO2‑Emissionen auf menschlichen Zeitskalen nicht ausgleichen, aber sie wirkt als langsame, natürliche Bremse auf atmosphärisches CO2 über viele Tausend Jahre. Die Hauptbotschaft der Studie für Nicht‑Spezialisten lautet: Die steinige Haut des Planeten ist nicht inert; sie ist ein aktives, klimasensitives System. Wenn Eisschilde vorrücken und zurückweichen, Küstenlinien sich verschieben und Wälder sich ausdehnen oder schrumpfen, stellt das Gleichgewicht zwischen Silikat‑ und Karbonatverwitterung die Kohlenstoffbilanzen der Erde immer wieder neu auf und hilft, das Klima über tiefe Zeiträume in einem bewohnbaren Bereich zu halten.

Zitation: Xu, S., Wu, H., Yuan, Y. et al. The role of land weathering in carbon consumption and its impact on global carbon cycling since the Last Interglacial period. Sci Rep 16, 14575 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44594-2

Schlüsselwörter: chemische Verwitterung, glazial–interglaziale Zyklen, Kohlenstoffkreislauf, silikatische und karbonatische Gesteine, Klimarückkopplungen