News: Unsichere Tatsachen
Einem optimistischen Szenario des globalen Treibhauseffekts zufolge steigert Kohlendioxid den Pflanzenwuchs - wodurch sich das klimawirksame Gas, als natürlicher Dünger, selbst zunehmend aus der Atmosphäre schafft. Bei realistischer Betrachtung löst sich dieser Effekt allerdings offenbar in Luft auf.
Lautstarke Debatten kommen manchmal mit erstaunlich wenig allgemein akzeptierten Tatsachen aus. Ein Beispiel ist die seit Jahren geführte Diskussion um den Treibhauseffekt. Wissenschaftlich wirklich unumstritten ist gerade einmal, dass sich die Atmosphäre mit der Zufuhr menschengemachter Treibhausgase stetig erwärmte – um durchschnittlich ein Grad in den letzten 100 Jahren. Fest steht auch, dass Kohlendioxid eines der bedeutendsten dieser anthropogenen, klimabeeinflussenden Gase ist. Der Kohlendioxid-Anteil der Atmosphäre stieg im vergangenen Jahrhundert, im Zuge der fortschreitenden Industrialisierung, um mehr als 30 Prozent.
Weitere Folgen dieses dramatischen Anstiegs des CO2-Gehaltes für das Leben auf der Erde sind dagegen kaum vorhersehbar – zu viele Faktoren beeinflussen die komplexen Zusammenhänge des globalen Klimageschehens. Und trotz des Drucks wissenschaftlich begründeter Schreckensszenarien bleibt immer noch heftig umstritten, welche politischen Konsequenzen zu ziehen sind, um das Problem zu bekämpfen. Dies zeigt nicht zuletzt die halbherzige Umsetzung des Kyoto-Protokolls, in dem sich die globale Staatengemeinschaft auf eine eher moderate Absenkung der Treibhausgas-Emissionen in der Zeit von 2008 bis 2012 um 5,2 Prozent gegenüber dem Niveau von 1990 einigten.
Zudem setzten sich die USA und andere Länder in Kyoto mit der Forderung durch, ihre Verpflichtungen teilweise dadurch erfüllen zu können, dass sie Bäume anpflanzen und vermehrt schützen. Bäume gelten als effektive, das Ausmaß des CO2-Anstiegs bremsende Kohlenstoffsenke – sie nehmen CO2 auf und speichern es in ihrer Biomasse. Die Wirkung dieses pflanzlichen Rettungsankers für das Weltklimas sei zudem noch unterschätzt, so eine weitere, kritisch gegen pessimistische Szenarien ins Feld geführte These. Schließlich steigerten erhöhte CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre – als gasförmiger Dünger – Wachstum und Fortpflanzung der Pflanzen. Damit würde ein natürlicher Rückkopplungsmechanismus ausgelöst, der den Anstieg des Treibhausgases in der Atmosphäre in Grenzen halten könnte.
Tatsächlich stützten erste Untersuchungen diese Überlegung: Im Labor oder in Monokulturen wachsen Pflanzen tatsächlich verstärkt bei höherem CO2-Gehalt. Wirklichkeitsnahe Experimente waren dies allerdings nicht, meint nun Harold Mooney von der Stanford University: "Um komplexe ökologische Systeme verstehen zu können, geht man traditionellerweise daran, einen Faktor zu isolieren und zu untersuchen, was er bewirkt. Daraus schließt man dann, was dieser Faktor im Gesamtsystem bewirken wird – und liegt oft falsch damit."
Mooney ging daher zusammen mit einem Forscherteam um Christopher Field von der Carnegie Institution of Washington daran, ein realistischeres Klima-Langzeitexperiment durchzuführen, um den Effekt prognostizierter Umweltbedingungen auf pflanzliche Ökosysteme zu untersuchen. Neben dem steigenden CO2-Gehalt interessierten sich die Forscher für drei weitere zu erwartende klimatische Auswirkungen des Treibhauseffektes: Außer einem verdoppelten Kohlendioxidgehalt vermuten Klimaexperten in den kommenden 100 Jahren auch einen Temperaturanstieg von gut einem Grad Celsius, etwa 50 Prozent mehr Niederschläge und einen steigenden Stickstoffeintrag – der hauptsächlich als Nebenprodukt der Verbrennung fossiler Brennstoffe anfallen dürfte.
Um den kombinierten Einfluss dieser vier Klimafaktoren auf den Pflanzenwuchs eines beispielhaften Ökosystems zu untersuchen, errichteten die Forscher auf einer Fläche von etwa 480 Hektar im kalifornischen Jasper Ridge Biological Preserve ein ausgeklügeltes Klima-Simulationsareal. Als Modell diente ihnen hier die typische Pflanzengesellschaft des kalifornischen Graslandes mit ihren schnell wachsenden Arten und kurzen Vegetationszyklen – die Ergebnisse des Versuches sollten sich aber trotzdem, so die Wissenschaftler, auch auf völlig andere Habitate von tropischen Regenwäldern bis zu arktischer Tundra übertragen lassen.
Für ihre seit 1997 über drei Jahre hinweg durchgeführten Versuche trennten die Forscher 36 kreisförmige Parzellen von etwa 1,80 Meter Durchmesser im Grasland ab und unterteilten diese jeweils wieder in vier Sektoren. Diese Auftrennung ermöglichte es, gezielt den Einfluss der vier untersuchten Klimareize auf den zu Versuchsbeginn noch identischen Pflanzenwuchs der knapp 150 Testareale zu untersuchen – und zudem den Einfluss aller 16 möglichen Reizkombinationen.
Nach drei Jahren Beobachtungszeit zeigte sich tatsächlich, wie die zuvor durchgeführten Laborsimulationen bereits nahegelegt hatten, dass erhöhte Kohlendioxidgehalte als alleiniger Faktor die Produktivität der pflanzlichen Testhabitate steigerte. Auch erhöhte Temperatur, größerer Stickstoffeintrag und eine stärkere Bewässerung förderte das Pflanzenwachstum – kombinierte man diese drei Klimafaktoren, so dankten es die Pflanzen sogar mit einem um 84 Prozent gesteigerten Wachstum im Vergleich zu einem völlig unbeeinflusst gehaltenen Testareal. Gute Zeiten also für den Pflanzenwuchs im Treibhaus Erde?
Ein völlig unerwartetes Bild erwartete die Wissenschaftler auf dem Versuchsfeld, das der Kombination aller vier Klimareize ausgesetzt war – und damit der in 100 Jahren am ehesten zu erwartenden Atmosphäre. Die Pflanzen dieser Testfläche wuchsen nicht schneller als die einer unbeeinflussten Kontrollparzelle – offensichtlich hatte Kohlendioxid in Kombination mit den übrigen drei Klimafaktoren einen wachstumsbegrenzenden Einfluss.
Die Frage nach der Ursache hierfür können die Forscher nicht beantworten – sie vermuten aber die Antwort in den komplexen Verflechtungen des Ökosystems. Field denkt, dass "erhöhte Temperaturen oder bessere Bewässerung das Wachstum so stark gesteigert haben könnten, dass andere Ressourcen des Ökosystems plötzlich nur noch begrenzt verfügbar waren." Wenn sich dann zudem der CO2-Gehalt erhöht, begünstigt dies möglicherweise Bodenorganismen, die mit den Pflanzen um die plötzlich begrenzte Ressource, etwa Mineralien, streiten – und sich vermehrt durchsetzen könnten. Jedenfalls zeige die Studie, so fügt Moony hinzu, dass "wir noch einiges lernen müssen über die Faktoren, die den Klimawandel beeinflussen."
So steht nach den Experimenten von Field und seinen Kollegen wieder weniger gesichert fest als zuvor. Außer, dass es unvorhersehbare Folgen hat, an einem Rädchen eines noch unverstandenen komplexen Geschehens zu drehen. Und dass die Hoffnung, das Geschehen werde sich schon selbst wieder ausbalancieren, trügerisch sein könnte.
Weitere Folgen dieses dramatischen Anstiegs des CO2-Gehaltes für das Leben auf der Erde sind dagegen kaum vorhersehbar – zu viele Faktoren beeinflussen die komplexen Zusammenhänge des globalen Klimageschehens. Und trotz des Drucks wissenschaftlich begründeter Schreckensszenarien bleibt immer noch heftig umstritten, welche politischen Konsequenzen zu ziehen sind, um das Problem zu bekämpfen. Dies zeigt nicht zuletzt die halbherzige Umsetzung des Kyoto-Protokolls, in dem sich die globale Staatengemeinschaft auf eine eher moderate Absenkung der Treibhausgas-Emissionen in der Zeit von 2008 bis 2012 um 5,2 Prozent gegenüber dem Niveau von 1990 einigten.
Zudem setzten sich die USA und andere Länder in Kyoto mit der Forderung durch, ihre Verpflichtungen teilweise dadurch erfüllen zu können, dass sie Bäume anpflanzen und vermehrt schützen. Bäume gelten als effektive, das Ausmaß des CO2-Anstiegs bremsende Kohlenstoffsenke – sie nehmen CO2 auf und speichern es in ihrer Biomasse. Die Wirkung dieses pflanzlichen Rettungsankers für das Weltklimas sei zudem noch unterschätzt, so eine weitere, kritisch gegen pessimistische Szenarien ins Feld geführte These. Schließlich steigerten erhöhte CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre – als gasförmiger Dünger – Wachstum und Fortpflanzung der Pflanzen. Damit würde ein natürlicher Rückkopplungsmechanismus ausgelöst, der den Anstieg des Treibhausgases in der Atmosphäre in Grenzen halten könnte.
Tatsächlich stützten erste Untersuchungen diese Überlegung: Im Labor oder in Monokulturen wachsen Pflanzen tatsächlich verstärkt bei höherem CO2-Gehalt. Wirklichkeitsnahe Experimente waren dies allerdings nicht, meint nun Harold Mooney von der Stanford University: "Um komplexe ökologische Systeme verstehen zu können, geht man traditionellerweise daran, einen Faktor zu isolieren und zu untersuchen, was er bewirkt. Daraus schließt man dann, was dieser Faktor im Gesamtsystem bewirken wird – und liegt oft falsch damit."
Mooney ging daher zusammen mit einem Forscherteam um Christopher Field von der Carnegie Institution of Washington daran, ein realistischeres Klima-Langzeitexperiment durchzuführen, um den Effekt prognostizierter Umweltbedingungen auf pflanzliche Ökosysteme zu untersuchen. Neben dem steigenden CO2-Gehalt interessierten sich die Forscher für drei weitere zu erwartende klimatische Auswirkungen des Treibhauseffektes: Außer einem verdoppelten Kohlendioxidgehalt vermuten Klimaexperten in den kommenden 100 Jahren auch einen Temperaturanstieg von gut einem Grad Celsius, etwa 50 Prozent mehr Niederschläge und einen steigenden Stickstoffeintrag – der hauptsächlich als Nebenprodukt der Verbrennung fossiler Brennstoffe anfallen dürfte.
Um den kombinierten Einfluss dieser vier Klimafaktoren auf den Pflanzenwuchs eines beispielhaften Ökosystems zu untersuchen, errichteten die Forscher auf einer Fläche von etwa 480 Hektar im kalifornischen Jasper Ridge Biological Preserve ein ausgeklügeltes Klima-Simulationsareal. Als Modell diente ihnen hier die typische Pflanzengesellschaft des kalifornischen Graslandes mit ihren schnell wachsenden Arten und kurzen Vegetationszyklen – die Ergebnisse des Versuches sollten sich aber trotzdem, so die Wissenschaftler, auch auf völlig andere Habitate von tropischen Regenwäldern bis zu arktischer Tundra übertragen lassen.
Für ihre seit 1997 über drei Jahre hinweg durchgeführten Versuche trennten die Forscher 36 kreisförmige Parzellen von etwa 1,80 Meter Durchmesser im Grasland ab und unterteilten diese jeweils wieder in vier Sektoren. Diese Auftrennung ermöglichte es, gezielt den Einfluss der vier untersuchten Klimareize auf den zu Versuchsbeginn noch identischen Pflanzenwuchs der knapp 150 Testareale zu untersuchen – und zudem den Einfluss aller 16 möglichen Reizkombinationen.
Nach drei Jahren Beobachtungszeit zeigte sich tatsächlich, wie die zuvor durchgeführten Laborsimulationen bereits nahegelegt hatten, dass erhöhte Kohlendioxidgehalte als alleiniger Faktor die Produktivität der pflanzlichen Testhabitate steigerte. Auch erhöhte Temperatur, größerer Stickstoffeintrag und eine stärkere Bewässerung förderte das Pflanzenwachstum – kombinierte man diese drei Klimafaktoren, so dankten es die Pflanzen sogar mit einem um 84 Prozent gesteigerten Wachstum im Vergleich zu einem völlig unbeeinflusst gehaltenen Testareal. Gute Zeiten also für den Pflanzenwuchs im Treibhaus Erde?
Ein völlig unerwartetes Bild erwartete die Wissenschaftler auf dem Versuchsfeld, das der Kombination aller vier Klimareize ausgesetzt war – und damit der in 100 Jahren am ehesten zu erwartenden Atmosphäre. Die Pflanzen dieser Testfläche wuchsen nicht schneller als die einer unbeeinflussten Kontrollparzelle – offensichtlich hatte Kohlendioxid in Kombination mit den übrigen drei Klimafaktoren einen wachstumsbegrenzenden Einfluss.
Die Frage nach der Ursache hierfür können die Forscher nicht beantworten – sie vermuten aber die Antwort in den komplexen Verflechtungen des Ökosystems. Field denkt, dass "erhöhte Temperaturen oder bessere Bewässerung das Wachstum so stark gesteigert haben könnten, dass andere Ressourcen des Ökosystems plötzlich nur noch begrenzt verfügbar waren." Wenn sich dann zudem der CO2-Gehalt erhöht, begünstigt dies möglicherweise Bodenorganismen, die mit den Pflanzen um die plötzlich begrenzte Ressource, etwa Mineralien, streiten – und sich vermehrt durchsetzen könnten. Jedenfalls zeige die Studie, so fügt Moony hinzu, dass "wir noch einiges lernen müssen über die Faktoren, die den Klimawandel beeinflussen."
So steht nach den Experimenten von Field und seinen Kollegen wieder weniger gesichert fest als zuvor. Außer, dass es unvorhersehbare Folgen hat, an einem Rädchen eines noch unverstandenen komplexen Geschehens zu drehen. Und dass die Hoffnung, das Geschehen werde sich schon selbst wieder ausbalancieren, trügerisch sein könnte.
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