18.01.2017 - Max-Planck-Institut für Biogeochemie

Wasser - der heimliche Treiber des Kohlenstoffkreislaufs?

Aktuell nimmt die Landoberfläche etwa ein Viertel der anthropogenen Kohlendioxidemissionen aus der Atmosphäre wieder auf. Ob die Aufnahmefähigkeit dieser Kohlenstoffsenke erhalten bleibt und wie sie sich zukünftig weiterentwickeln wird, ist ungewiss. Wie sie reguliert wird, konnte nun eine Forschergruppe unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie näher beleuchten: Global gesehen werden jährliche Schwankungen der Kohlenstoffsenke vornehmlich durch die Temperatur bestimmt. Blickt man aber auf die lokale Ebene, so ist die Wasserverfügbarkeit der dominierende Faktor. Die neue Studie zeigt auch, wie kompensierende Effekte der Wasserverfügbarkeit zu den Unterschieden zwischen lokalen und globalen Skalen führen.

Der aktuell fortschreitende Klimawandel ist gekennzeichnet durch steigende Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre, die mit einer globalen Erwärmung einhergehen. Der seit Jahrzehnten gemessene Anstieg von atmosphärischem CO₂ variiert allerdings erheblich von Jahr zu Jahr. Diese Variationen haben ihre Ursache vor allem in Schwankungen in der Kohlenstoffaufnahme durch die Landökosysteme und weniger in einer veränderter Aufnahme durch die Ozeane oder in Schwankungen der anthropogenen Emissionen.

Wie wird diese Landsenke reguliert? Die Frage, ob eher die Temperatur oder das Wasser das Aufnahmevermögen der Landvegetation bestimmen, wird unter den Wissenschaftlern kontrovers diskutiert. Nach heutigem Wissensstand stehen die jährlichen, globalen Schwankungen des Kohlenstoffhaushalts in statistischem Zusammenhang mit tropischen Temperaturen. Allerdings zeigen andere Untersuchungen, dass die stärksten Schwankungen in der Kohlenstoffaufnahme in großräumigen Gebieten auftreten, wo Wasserknappheit herrscht.

Dieser scheinbare Widerspruch konnte nun durch ein internationales Expertenteam unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena erklärt werden. In einem aktuellen Artikel des Wissenschaftsjournals Nature beschreiben Dr. Martin Jung und seine Teamkollegen, wie sie durch Kombination empirischer und prozessbasierter Computermodelle die Wirkung von Temperatur und Wasserverfügbarkeit auf den Kohlenstoffaustausch zwischen der Atmosphäre und der Landoberfläche auf unterschiedlichen Größenskalen analysierten.

Es zeigte sich, dass auf lokaler Ebene die Verfügbarkeit von Wasser entscheidend ist für die Jahr-zu-Jahr-Schwankungen der Kohlenstoffsenke. Die Wasserverfügbarkeit beeinflusst die Photosynthese, bei der Kohlendioxid aufgenommen wird und auch die Atmung der Pflanzen und Mikroorganismen, die wiederum CO₂ in die Atmosphäre abgeben. In der Summe wird der Nettoaustausch von CO₂ zwischen der Atmosphäre und der terrestrischen Biosphäre stark davon bestimmt, wieviel Wasser vorhanden ist. Eigenartigerweise werden auf globaler Ebene die Schwankungen im Nettoaustausch überwiegend durch die Temperatur reguliert.

“Was im ersten Moment als paradox erscheint, lässt sich mit einem Blick auf die verschiedenen räumlichen und zeitlichen Schwankungen im Zusammenspiel der Biosphäre und der Atmosphäre erklären“, erläutert Dr. Martin Jung, Erstautor der Veröffentlichung. „Es gibt zwei sich kompensierende Wasser-Effekte.“ Die stärkste Kompensation entsteht durch ungleichmäßig auftretende Auswirkungen von außergewöhnlichen Wasseranomalien. „Wenn es in einem Gebiet der Erde sehr trocken ist, ist es in anderen Gebieten sehr feucht, so dass sich weltweit wasserbedingte Anomalien im Netto-Austausch des Kohlenstoffs gegenseitig fast aufheben.“ Das Wasser ist also der eigentliche Treiber des Kohlenstoffkreislaufs, auch global gesehen.

Die Ergebnisse der Studie klären nicht nur die scheinbar widersprüchlichen Ergebnisse zur Frage, ob das Wasser oder die Temperatur die Stärke der Landsenke bestimmen. Sie zeigen auch, wie wichtig es ist, das Augenmerk auf die Abweichungen von Klimavariablen in unterschiedlichen Untersuchungsräumen zu richten. „Die schlichte Beziehung zwischen der Temperatur und der globalen Kohlenstoffsenke an Land sollte man mit Vorsicht betrachten“, resümiert Professor Markus Reichstein, Koautor der Untersuchungen und Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie, „sie sollte nicht für Rückschlüsse auf ökologische Prozesse oder gar Langzeitprognosen dienen.“

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