Klimaforschung: Mehr bringt mehr
Globale Erwärmung, Sommertrockenheit, höherer Abfluss - was steckt hinter den steigenden Gehalten von gelöstem organisch gebundenen Kohlenstoff in Bächen, die Moore entwässern? Keiner der drei Mechanismen, so scheint es - die Erklärung liegt ganz woanders.
Wenn ein Speicher plötzlich leckt, sollte die Suche nach dem Loch schnell erfolgreich sein – so lässt sich vielleicht verhindern, dass alle gelagerten Vorräte verloren gehen. Zumal, wenn es sich um ein im globalen Klimageschehen so wichtiges Reservoir handelt wie Sümpfe, Moore und sonstige Feuchtgebiete, die als Kohlenstoffsenke gelten, weil sie mehr Biomasse produzieren, als sie abbauen – und so dem Treibhauseffekt entgegenwirken. Dieser Ruf geriet in Gefahr, als Forscher in verschiedenen Studien feststellten, dass die Gebiete entwässernde Bäche und Flüsse höhere Konzentrationen von gelöstem organisch gebundenen Kohlenstoff (DOC) aufwiesen: Die Moore, so schien es, waren vom Speicher zur Quelle geworden.
Auf der Suche nach dem Leck im System präsentierten Wissenschaftler verschiedene Erklärungsansätze. Da galten zum einen die im Rahmen der Klimaerwärmung gestiegenen Temperaturen als die Schuldigen: Sie würden die Aktivität der Mikroorganismen im Boden ankurbeln, die dadurch mehr abgestorbenes Material abbauen und so auch mehr DOC freisetzen. Langzeituntersuchungen hatten jedoch keinen derartigen Zusammenhang aufzeigen können, und laut Experimenten wäre eine Erwärmung um mehr als zehn Grad Celsius nötig, um die beobachteten Werte zu erklären – so pessimistisch sind noch nicht einmal die Prognosen des Intergovernmental Panel on Climate Change. Die Rechnung ging also nicht auf.
Als zweiter möglicher Auslöser geriet ein verstärkter Abfluss der Gewässer in Diskussion, der zu einem erhöhten Kohlenstoff-Export führen sollte. Aber auch dieser Mechanismus bestätigte sich nicht: Einige Studien ermittelten steigende DOC-Konzentration, obwohl die Wassermenge in den Bächen und Flüssen konstant geblieben war. Daraus entwickelte sich die Idee, dass eine Verschiebung der jährlichen Niederschlagsverteilung die Kohlenstoff-Konzentrationen klettern lassen könnte, weil trockenere Sommer die zersetzerische Tätigkeit der mikrobiellen Bodenbewohner ebenfalls fördern würde. Ein feuchter Herbst sollte dann den frischen Kohlenstoff-Vorrat im Boden besonders gut mobilisieren – eine Überlegung, die Chris Freeman und seine Mitarbeiter nun einmal genauer unter die Lupe nahmen.
Die Wissenschaftler von der walisischen Universität in Bangor konstruierten dafür mehrere Becken mit künstlichen Moorflächen, deren Wasserzufluss sie regulieren konnten, um sommerliche Dürren zu simulieren. Als sie mehrere Jahre hintereinander einem ihrer Moore weniger Zufluss im Sommer gönnten, sollte sich das also – falls die Idee mit der Niederschlagsverteilung richtig sein sollte – in höheren DOC-Konzentrationen zeigen.
Doch das Gegenteil war der Fall: Die trockenere Fläche gab erheblich weniger gelösten organisch gebundenen Kohlenstoff ab als die Kontrollgebiete. Eigentlich kein Wunder, sagen die Forscher: Geringere Bodenfeuchte bedeutet mehr Sauerstoff und damit als Endprodukt des Zersetzungsprozesses statt DOC vor allem Kohlendioxid, das dem Moor entweicht. Jedenfalls scheint damit auch die dritte These widerlegt.
Und wo kommen die erhöhten Kohlenstoff-Konzentrationen nun wirklich her? Die Antwort überraschte selbst Freeman und seine Kollegen: Die erhöhten CO2-Gehalte in der Atmosphäre wirken offenbar Kohlenstoff treibend. Denn Flächen, die mit erhöhten CO2-Konzentrationen belüftet wurden, lieferten am Ausgang schließlich den größten DOC-Ertrag, und das nicht etwa nur als Eintagsfliege, sondern mit stabilem Trend nach oben.
Dieses Ergebnis kann nicht allein darauf zurückgehen, dass sich vorhandene Kohlenstoff-Vorräte im Boden in Bewegung setzten, erklären die Wissenschaftler. Vielmehr habe die Pflanzenbesiedlung auf das höhere CO2-Angebot mit verstärktem Stoffumsatz reagiert und vor allem mehr DOC über die Wurzeln an den Boden abgegeben.
Aber auch diese Überlegung will überprüft sein. Also behandelten die Forscher ihre Moore mit dem Kohlenstoff-Isotop 13C und verfolgten dessen weiteres Schicksal. Und siehe da, unter erhöhten CO2-Konzentrationen der Luft gaben die pflanzlichen Moorbewohner tatsächlich die zehnfache Menge an DOC ins Bodenwasser ab als ihre Kollegen in den Kontrollflächen. Das passt zu anderen Studien, in denen unter CO2-reicher Luft die Methanabgabe anstieg, die eng mit der unterirdischen DOC-Freisetzung zusammenhängt. Außerdem beobachteten die Forscher, dass sich die Zusammensetzung ihrer Pflanzengemeinschaft hin zu mehr Gefäßpflanzen verschob, die – so ist aus anderen Untersuchungen bekannt –, mehr DOC abgeben als Moose.
Moore, Sümpfe und andere Feuchtgebiete reagieren also vor allem intensiv auf steigende Kohlendioxid-Gehalte. Die Folgen davon sind insbesondere für die davon gespeisten Gewässer bedeutsam: Mehr DOC bedeutet dort zunächst einmal eine stärkere organische Belastung – als ob eine Kläranlage nicht mehr ausreichend reinigt. Und das wiederum zehrt an den Sauerstoffvorräten mit allen negativen Folgen für die Lebewelt im Wasser und am Grund – bis hin zur Nase der Anwohner. Das befürchtete Leck im Speicher steckt aber offenbar nicht dahinter.
Auf der Suche nach dem Leck im System präsentierten Wissenschaftler verschiedene Erklärungsansätze. Da galten zum einen die im Rahmen der Klimaerwärmung gestiegenen Temperaturen als die Schuldigen: Sie würden die Aktivität der Mikroorganismen im Boden ankurbeln, die dadurch mehr abgestorbenes Material abbauen und so auch mehr DOC freisetzen. Langzeituntersuchungen hatten jedoch keinen derartigen Zusammenhang aufzeigen können, und laut Experimenten wäre eine Erwärmung um mehr als zehn Grad Celsius nötig, um die beobachteten Werte zu erklären – so pessimistisch sind noch nicht einmal die Prognosen des Intergovernmental Panel on Climate Change. Die Rechnung ging also nicht auf.
Als zweiter möglicher Auslöser geriet ein verstärkter Abfluss der Gewässer in Diskussion, der zu einem erhöhten Kohlenstoff-Export führen sollte. Aber auch dieser Mechanismus bestätigte sich nicht: Einige Studien ermittelten steigende DOC-Konzentration, obwohl die Wassermenge in den Bächen und Flüssen konstant geblieben war. Daraus entwickelte sich die Idee, dass eine Verschiebung der jährlichen Niederschlagsverteilung die Kohlenstoff-Konzentrationen klettern lassen könnte, weil trockenere Sommer die zersetzerische Tätigkeit der mikrobiellen Bodenbewohner ebenfalls fördern würde. Ein feuchter Herbst sollte dann den frischen Kohlenstoff-Vorrat im Boden besonders gut mobilisieren – eine Überlegung, die Chris Freeman und seine Mitarbeiter nun einmal genauer unter die Lupe nahmen.
Die Wissenschaftler von der walisischen Universität in Bangor konstruierten dafür mehrere Becken mit künstlichen Moorflächen, deren Wasserzufluss sie regulieren konnten, um sommerliche Dürren zu simulieren. Als sie mehrere Jahre hintereinander einem ihrer Moore weniger Zufluss im Sommer gönnten, sollte sich das also – falls die Idee mit der Niederschlagsverteilung richtig sein sollte – in höheren DOC-Konzentrationen zeigen.
Doch das Gegenteil war der Fall: Die trockenere Fläche gab erheblich weniger gelösten organisch gebundenen Kohlenstoff ab als die Kontrollgebiete. Eigentlich kein Wunder, sagen die Forscher: Geringere Bodenfeuchte bedeutet mehr Sauerstoff und damit als Endprodukt des Zersetzungsprozesses statt DOC vor allem Kohlendioxid, das dem Moor entweicht. Jedenfalls scheint damit auch die dritte These widerlegt.
Und wo kommen die erhöhten Kohlenstoff-Konzentrationen nun wirklich her? Die Antwort überraschte selbst Freeman und seine Kollegen: Die erhöhten CO2-Gehalte in der Atmosphäre wirken offenbar Kohlenstoff treibend. Denn Flächen, die mit erhöhten CO2-Konzentrationen belüftet wurden, lieferten am Ausgang schließlich den größten DOC-Ertrag, und das nicht etwa nur als Eintagsfliege, sondern mit stabilem Trend nach oben.
Dieses Ergebnis kann nicht allein darauf zurückgehen, dass sich vorhandene Kohlenstoff-Vorräte im Boden in Bewegung setzten, erklären die Wissenschaftler. Vielmehr habe die Pflanzenbesiedlung auf das höhere CO2-Angebot mit verstärktem Stoffumsatz reagiert und vor allem mehr DOC über die Wurzeln an den Boden abgegeben.
Aber auch diese Überlegung will überprüft sein. Also behandelten die Forscher ihre Moore mit dem Kohlenstoff-Isotop 13C und verfolgten dessen weiteres Schicksal. Und siehe da, unter erhöhten CO2-Konzentrationen der Luft gaben die pflanzlichen Moorbewohner tatsächlich die zehnfache Menge an DOC ins Bodenwasser ab als ihre Kollegen in den Kontrollflächen. Das passt zu anderen Studien, in denen unter CO2-reicher Luft die Methanabgabe anstieg, die eng mit der unterirdischen DOC-Freisetzung zusammenhängt. Außerdem beobachteten die Forscher, dass sich die Zusammensetzung ihrer Pflanzengemeinschaft hin zu mehr Gefäßpflanzen verschob, die – so ist aus anderen Untersuchungen bekannt –, mehr DOC abgeben als Moose.
Moore, Sümpfe und andere Feuchtgebiete reagieren also vor allem intensiv auf steigende Kohlendioxid-Gehalte. Die Folgen davon sind insbesondere für die davon gespeisten Gewässer bedeutsam: Mehr DOC bedeutet dort zunächst einmal eine stärkere organische Belastung – als ob eine Kläranlage nicht mehr ausreichend reinigt. Und das wiederum zehrt an den Sauerstoffvorräten mit allen negativen Folgen für die Lebewelt im Wasser und am Grund – bis hin zur Nase der Anwohner. Das befürchtete Leck im Speicher steckt aber offenbar nicht dahinter.
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