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Modelling Arctic Biogenic Volatile Organic Compounds emissions (MABVOC)

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Innovatives Ökosystemmodell gibt Aufschluss über den Klimawandel in der Arktis

Mit dem Fokus auf biogene flüchtige organische Verbindungen hat sich ein EU-finanziertes Projekt zum Ziel gesetzt, eines der wichtigsten Rätsel im Hinblick auf die Rolle der Arktis im regionalen und globalen Klimasystem zu lösen und dadurch Vorhersagen zur Klimaerwärmung zu verbessern.

Klimawandel und Umwelt

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Arktis in einem noch nie dagewesenen Tempo erwärmt. Dieser Wandel vollzog sich weitaus schneller als irgendwo sonst auf dem Planeten, was sich drastisch auf die Ökosysteme der Arktis ausgewirkt hat. Erwärmungsbedingte Veränderungen bei Pflanzen und Permafrost in dieser Region können einen wesentlichen Einfluss auf die Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen haben. Die von Pflanzen und Boden freigesetzten biogenen flüchtigen organischen Verbindungen zeigen sich in der Atmosphäre reaktionsfreudig und beeinträchtigen die Luftqualität, das Klima und Ökosystemprozesse in erheblichem Maß. Zudem beeinflussen sie Klimasysteme, da sie die atmosphärische Zusammensetzung verändern. Viele Feld- und Laborbeobachtungen zu den Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen aus Pflanzen und Böden der Arktis fehlen jedoch in den aktuellen Modellschätzungen. Um dies zu ändern, hat das EU-finanzierte Projekt MABVOC mit Unterstützung der Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen die Dynamik der biogenen flüchtigen organischen Verbindungen, basierend auf Feldbeobachtungen, in ein großmaßstäbliches Ökosystemmodell LPJ-GUESS integriert. Das Forschungsteam wandte dieses Modell an, um genauere Schätzungen und Vorhersagen der Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen über der panarktischen Region treffen zu können. „Durch das Projekt erhofften wir uns ein besseres Verständnis der räumlich-zeitlichen Muster und Größenordnungen im Hinblick auf Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen aus der Arktis“, bestätigt Jing Tang, Stipendiatin der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen.

Wichtige Entdeckungen zu biogenen flüchtigen organischen Verbindungen

„Wir haben herausgefunden, dass allein die anhaltende Klimaerwärmung die Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen aus der Arktis bereits beträchtlich erhöht“, merkt Projektkoordinatorin Riikka Rinnan an. Das Projekt brachte zum Vorschein, dass Erwärmung die Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen direkt steigern kann, indem sie die photosynthetischen Prozesse anregt. Sie kann jedoch auch indirekt das Ausmaß und die chemische Speziation der Emissionen beeinflussen, indem sie die Wachstumsperiode verlängert und die Biomasse und Zusammensetzung der Vegetation verändert. „Bei der Modellierung über einen Zeitraum von 14 Jahren haben wir festgestellt, dass die direkten Auswirkungen der Erwärmung die Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen stärker erhöhen als die indirekten Auswirkungen. Für den Rest dieses Jahrhunderts wird der zukünftige Verlauf der Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen für die arktische Region weitgehend durch die zunehmenden Größenordnungen der Temperatur und der atmosphärischen CO2-Konzentration bestimmt“, berichtet Rinnan. Mit dem Hauptaugenmerk auf biogenen flüchtigen organischen Verbindungen im Boden führte MABVOC eine umfangreiche Literaturrecherche über das aktuelle Prozessverständnis durch. Auf dieser Grundlage wurden die Quellen und Senken biogener flüchtiger organischer Verbindungen zwischen den Böden und der Atmosphäre in verschiedenen Ökosystemen zusammengefasst und die am häufigsten gemeldeten Verbindungen aus Beobachtungen auf Standortebene aufgelistet. Dies versetzte das Projekt in die Lage, einen generischen Modellierungsrahmen vorzuschlagen, um Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen aus Böden in Ökosystemmodellen zu beschreiben. Dieser Modellierungsrahmen stellt einen wichtigen Schritt für die Initiierung von Modellierungsübungen zu Flüssen biogener flüchtiger organischer Verbindungen im Boden dar, die gegenwärtig in groß angelegten Ökosystemmodellen nicht berücksichtigt werden. Tang merkt an: „Die Möglichkeit, eng mit einem Team zusammenzuarbeiten, das Messungen in der Arktis durchführt, ermöglichte es uns, Daten auf Standortebene mit den modellierten großräumigen Mustern zu verbinden und zu skalieren. Darüber hinaus bezog der von uns vorgeschlagene Rahmen zur Modellierung der Flüsse biogener flüchtiger organischer Verbindungen im Boden auch die Sichtweise der Beobachtungen mit ein und integrierte zudem generische Modellierungskonzepte.“

Die Arbeit geht weiter

„Wir sind dabei, die Auswirkungen der Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen von Ökosystemen auf die Atmosphärenchemie in der arktischen Region weiter zu quantifizieren, um die aktualisierten Emissionen aus diesem Projekt zu nutzen“, schließt Tang. In der Zwischenzeit wird das Projekt damit beginnen, weitere Bodenmessdaten biogener flüchtiger organischer Verbindungen zu sammeln. Das Ziel ist, ein prozessbasiertes Bodenmodell biogener flüchtiger organischer Verbindungen zur Verfügung zu stellen, um die Rolle der Böden bei den Ökosystememissionen besser zu quantifizieren und zu verstehen.

Schlüsselbegriffe

MABVOC, biogene flüchtige organische Verbindungen, Emissionen, Arktis, Boden, Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen, Ökosystemmodell, Klimaerwärmung

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