Die Auswirkungen des Klimawandels auf Kohlenstoffsenken im Permafrost
Die Ökosysteme in Permafrost- und Trockengebieten sind extrem anfällig und leiden in besonderem Maße unter den Folgen des Klimawandels. Tauen die Permafrostböden auf, können die bisher gefrorenen und dadurch stabilisierten organischen Substanzen im Boden schneller durch Mikroben abgebaut werden. Da so erhebliche CO2-Mengen in die Atmosphäre gelangen, verstärken die positiven Rückkopplungseffekte den Klimawandel weiter. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts VULCAN sollte genau ermittelt werden, wie anfällig organische Bodensubstanz in Permafrostböden und Trockengebieten auf die Folgen des Klimawandels reagiert und dadurch die Erderwärmung steigt. „Mit welcher Geschwindigkeit die Zersetzung organischer Stoffe im Boden durch die Erderwärmung beschleunigt wird, ist noch sehr ungewiss, ebenso wie die Auswirkungen auf Permafrost- und Trockenlandökosysteme“, sagt César Plaza, der VULCAN betreute. Aktualisierung von Modellen zur Umwandlung organischer Stoffe Die Forscher wollen die Unsicherheiten derzeitiger Modelle ausräumen und grundlegende Prozesse genauer erforschen, durch die organische Substanzen im Boden stabilisiert bzw. destabilisiert werden. Schwerpunkt waren Destabilisierungs-, Stabilisierungs- und Umwandlungsprozesse organischer Bodensubstanz auf molekularer Ebene. Dabei wurden modernste Fraktionierungsmethoden für organische Bodensubstanz in Kohlenstoffsenken, radioaktive Isotopentechniken und Kernspinresonanz kombiniert. Experimentelle Erderwärmung in Alaska und Spanien Die Forscher wollten die noch großen Wissenslücken schließen und die Daten dann Wissenschaftlern, politischen Entscheidungsträgern sowie der breiten Öffentlichkeit zugänglich machen. So konzipierten Ted Schuur (Northern Arizona University, Vereinigte Staaten) und Fernando T. Maestre völlig neue Erderwärmungsexperimente, die im Landesinneren Alaskas und in Zentralspanien durchgeführt wurden. Das Experiment in Alaska fand 2008 in einer Tundra, das Experiment in Spanien an einem semiariden Standort am Mittelmeer statt. „Bei beiden Experimenten nahmen wir Bodenproben, um herauszufinden, wie sich die Erwärmung auf den Gehalt organischer Substanzen im Boden auswirkt“, stellt Plaza fest. Das VULCAN-Team untersuchte, welche Mengen an organischem Kohlenstoff in geschützten Böden durch das Auftauen des Permafrosts beeinflusst wurden, und zwar mit CiPEHR, einem einzigartigen Permafrost-Experiment. Dabei werden Schneezäune gesetzt, damit sich besonders viel Schnee ansammelt und der Boden vor der strengsten Kälte geschützt ist. „Im Permafrost-Experiment direkte Messwerte über veränderten organischen Bodenkohlenstoff zu erhalten, war besonders schwierig“, so Plaza. „Durch das Auftauen des Permafrosts kommt es im Boden zu starken physikalischen Veränderungen. Herkömmliche Methoden, mit denen Veränderungen bei Kohlenstoffsenken in definierten Tiefen bislang gemessen werden, sind daher kaum geeignet.“ Um das Problem der direkten Messwerte bei Kohlenstoffsenken im Permafrost zu lösen, verwendeten die Forscher die relativ stabile Mineralkomponente des Bodens als Messgröße für längere Vergleichsuntersuchungen der Senken. Schließlich gelang ihnen der Nachweis, dass sich mit dieser Methode Veränderungen des Kohlenstoffs in Permafrostböden direkt messen lassen. Messung der Kohlenstoffveränderungen im Boden für die globale Forschung Mit Blick auf die Zukunft planen die Forscher wiederholte Messungen bodengebundenen Kohlenstoffs in großem Maßstab für die gesamte Permafrostregion. „Nur so lässt sich das Ausmaß der Rückkopplung zwischen Permafrost und Kohlenstoffgehalt und deren Effekt auf das Klima wirklich verstehen“, sagt Plaza. Die Projektforscher demonstrierten weiterhin, wie wichtig globale Beobachtungsstudien zur Anfälligkeit organisch gebundenen Bodenkohlenstoffs in Trockengebieten sind.
Schlüsselbegriffe
VULCAN, Permafrost, Klimawandel, Kohlenstoffsenke, Trockengebiete, globale Erwärmung, CO2, Fraktionierung
