The CLAW hypothesis proposes a negative feedback loop that operates between ocean ecosystems and the Earth's climate.[1] The hypothesis specifically proposes that particular phytoplankton that produce dimethyl sulfide are responsive to variations in climate forcing, and that these responses act to stabilise the temperature of the Earth's atmosphere. The CLAW hypothesis was originally proposed by Robert Jay Charlson, James Lovelock, Meinrat Andreae and Stephen G. Warren, and takes its acronym from the first letter of their surnames.[2]

CLAW hypothesis

Schematic diagram of the CLAW hypothesis (Charlson et al., 1987)[1]

Die Hypothese beschreibt einen Rückkopplungsmechanismus, der mit einer Zunahme der verfügbaren Sonnenenergie beginnt und das Wachstum von Phytoplankton entweder physiologisch (aufgrund erhöhter Temperatur) oder durch gesteigerte Photosynthese (aufgrund erhöhter Strahlungsintensität ) fördert. Bestimmte Phytoplanktonarten, wie beispielsweise Coccolithophoriden , synthetisieren Dimethylsulfoniopropionat (DMSP), und ihr verstärktes Wachstum erhöht die Produktion dieses Osmolyts . Dies wiederum führt zu einer erhöhten Konzentration seines Abbauprodukts Dimethylsulfid (DMS), zunächst im Meerwasser und anschließend in der Atmosphäre. DMS wird in der Atmosphäre zu Schwefeldioxid oxidiert , was zur Bildung von Sulfataerosolen führt . Diese Aerosole wirken als Wolkenkondensationskerne und erhöhen die Anzahl der Wolkentröpfchen, wodurch wiederum der Flüssigwassergehalt und die Wolkenfläche steigen. Dies erhöht die Wolkenalbedo , was zu einer stärkeren Reflexion des einfallenden Sonnenlichts und einer Abschwächung des ursprünglichen Strahlungsantriebs dieser Ereigniskette führt. Die Abbildung rechts zeigt ein zusammenfassendes Schema . Beachten Sie, dass der Rückkopplungsmechanismus auch in umgekehrter Richtung wirken kann, sodass ein Rückgang der Sonneneinstrahlung zu einer geringeren Wolkenbedeckung und somit zu einer Erhöhung der auf die Erdoberfläche treffenden Sonnenenergie führt.

Ein wesentliches Merkmal der oben beschriebenen Wechselwirkungskette ist die Entstehung einer negativen Rückkopplungsschleife. Dadurch wird eine Veränderung des Klimasystems (erhöhte/verringerte Sonneneinstrahlung) letztlich durch diese Schleife kompensiert und gedämpft . Die CLAW-Hypothese stellt somit ein Beispiel für planetare Homöostase oder ein komplexes adaptives System dar , das mit der Gaia-Hypothese von James Lovelock, einem der ursprünglichen Autoren der CLAW-Hypothese, übereinstimmt. [ 3 ]

Einige nachfolgende Studien zur CLAW-Hypothese lieferten Hinweise, die ihren Mechanismus stützen [ 2 , 4 ], obwohl dies nicht eindeutig ist [ 5 ] . Andere Forscher vermuteten, dass ein CLAW-ähnlicher Mechanismus im Schwefelkreislauf der Erde ohne aktive biologische Komponente wirken könnte [ 6 ] . Ein Übersichtsartikel aus dem Jahr 2014 kritisierte die Hypothese als zu vereinfacht und wies darauf hin, dass der Effekt deutlich schwächer sein könnte als angenommen [ 7 ] .

Anti-CLAW-Hypothese

In seinem 2006 erschienenen Buch „Die Rache der Gaia“ schlug Lovelock vor, dass die Komponenten der CLAW-Hypothese, anstatt eine negative Rückkopplung im Klimasystem zu bewirken, eine positive Rückkopplungsschleife erzeugen könnten . [ 8 ]

Schematische Darstellung der Anti-CLAW-Hypothese (Lovelock, 2006) [ 8 ]

Im Zuge der zukünftigen globalen Erwärmung kann die steigende Temperatur zu einer Schichtung der Weltmeere führen und so den Nährstoffeintrag aus der Tiefsee in die produktive euphotische Zone verringern . Infolgedessen nimmt die Phytoplanktonaktivität ab, was mit einem Rückgang der DMS-Produktion einhergeht. Im Gegensatz zur CLAW-Hypothese führt dieser Rückgang der DMS-Produktion zu einer Verringerung der Wolkenkondensationskerne und einer Abnahme der Wolkenalbedo . Dies hat eine weitere Klimaerwärmung zur Folge, die wiederum die DMS-Produktion weiter reduzieren kann. Die Abbildung rechts zeigt ein zusammenfassendes Schema.

Die Evidenz für die Anti-CLAW-Hypothese ist mit ähnlichen Unsicherheiten behaftet wie die des Schwefelkreislauf-Rückkopplungsmechanismus der CLAW-Hypothese. Allerdings fanden Forscher, die die zukünftige ozeanische Primärproduktion simulierten, Hinweise auf eine abnehmende Produktion mit zunehmender Ozeanschichtung [ 9 , 10 ], wodurch die Möglichkeit eines solchen Mechanismus offenbleibt.

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ a b Charlson, RJ, Lovelock, JE , Andreae, MO und Warren, SG (1987). „Ozeanisches Phytoplankton, atmosphärischer Schwefel, Wolkenalbedo und Klima“. Nature . 326 (6114): 655–661 . Bibcode : 1987Natur.326..655C . doi : 10.1038/326655a0 . S2CID  4321239 .{{cite journal}}: CS1 Wartung: Mehrere Namen: Autorenliste ( Link )
  2. Andreae , MO, Elbert, W und Demora, SJ (1995). „ Biogene Schwefelemissionen und Aerosole über dem tropischen Südatlantik, 3. Atmosphärisches Dimethylsulfid, Aerosole und Wolkenkondensationskerne“ . J. Geophys. Res . 100 (D6): 11335–56 . Bibcode : 1995JGR...10011335A . doi : 10.1029/94JD02828 . Archiviert vom Original am 30.09.2007 . Abgerufen am 30.08.2007 .{{cite journal}}: CS1 Wartung: Mehrere Namen: Autorenliste ( Link )
  3. ^ Lovelock, J. E. (2000) [1979]. Gaia: Ein neuer Blick auf das Leben auf der Erde (3. Aufl.). Oxford University Press . ISBN 0-19-286218-9Die
  4. Cropp , RA, Gabric, AJ, McTainsh, GH, Braddock, RD und Tindale, N. (2005). „Kopplung zwischen Meeresorganismen und atmosphärischen Aerosolen: Staub, Dimethylsulfid oder Artefakt?“ Global Biogeochemical Cycles . 19 (4): GB4002. Bibcode : 2005GBioC..19.4002C . doi : 10.1029/2004GB002436 . hdl : 10072/4405 . S2CID 13631729. Archiviert vom Original am 31.08.2007 . Abgerufen am 30.08.2007 . {{cite journal}}: CS1 Wartung: Mehrere Namen: Autorenliste ( Link )
  5. ^ Vallina, SM, Simo, R., Gasso, S., De Boyer-Montegut, C., del Rio, E., Jurado, E. und Dachs, J. (2007). „Analyse eines potenziellen Zusammenhangs zwischen Sonnenstrahlungsdosis, Dimethylsulfid und Wolkenkondensationskernen anhand global kartierter saisonaler Korrelationen“ . Global Biogeochemical Cycles . 21 (2): GB2004. Bibcode : 2007GBioC..21.2004V . doi : 10.1029/2006GB002787 . hdl : 10261/11184 . S2CID 128377799. Archiviert vom Original am 30.09.2007 . Abgerufen am 30.08.2007 . {{cite journal}}: CS1 Wartung: Mehrere Namen: Autorenliste ( Link )
  6. ^ Shaw, GE ; Benner, RL; Cantrell, W; Clarke, AD (1998). „Die Regulierung des Klimas: Eine Rückkopplungsschleife von Sulfatpartikeln unter Beteiligung tiefer Konvektion – Ein Leitartikel“. Climate Change . 39 : 23–33 . doi : 10.1023/A:1005341506115 . S2CID 150898991 . 
  7. ^ Green, Tamara; Hatton, Angela (1. September 2014). „Die CLAW-Hypothese: Eine neue Perspektive auf die Rolle von biogenem Schwefel bei der Regulierung des globalen Klimas“ . Oceanography and Marine Biology . 52 : 315–336 . doi : 10.1201/b17143-7 . ISBN 9780429161391Die
  8. ^ a b Lovelock, James (2007). Die Rache der Gaia . Penguin. ISBN 978-0-14-102597-1Die
  9. ^ Cox, PM, Betts, RA, Jones, CD, Spall, SA und Totterdell, IJ (2000) . „Beschleunigung der globalen Erwärmung durch Rückkopplungen des Kohlenstoffkreislaufs in einem gekoppelten Klimamodell“. Nature . 408 (6809): 184–187 . Bibcode : 2000Natur.408..184C . doi : 10.1038/35041539 . PMID 11089968. S2CID 2689847 .  {{cite journal}}: CS1 Wartung: Mehrere Namen: Autorenliste ( Link )
  10. Steinacher , M.; Joos, F.; Frölicher, T.L.; Bopp, L.; Cadule, P.; Cocco, V.; Doney, S.C.; Gehlen, M.; Lindsay, K.; Moore, J.K.; Schneider, B. & Segschneider, J. (2010). „Prognostizierter Rückgang der marinen Produktivität im 21. Jahrhundert: Eine Multi-Modell-Analyse“ . Biogeosciences . 7 (3): 979–1005 . Bibcode : 2010BGeo....7..979S . doi : 10.5194/bg-7-979-2010 . hdl : 11858/00-001M-0000-0011-F69E-5 .