Augsburg/Gent/SD/KPP - Die Rolle von Niederschlag und Temperatur bei der Kontrolle der Kohlenstoffdynamik im Boden ist weit differenzierter als bislang angenommen. Dies zeigt die einen Gro?teil Chiles und der Antarktischen Halbinsel abdeckende Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams zum vieldiskutierten Thema der Kohlenstoffspeicherung in B?den unter dem Einfluss des Klimawandels. Die Ergebnisse der Studie wurden jetzt im Fachjournal "Nature Geoscience" ver?ffentlicht. Geleitet wurde sie von den Professoren Pascal Boeckx (Universit?t Gent, Belgien) und Erick Zagal (Universit?t Concepcion, Chile) und von Dr. Sebastian D?tterl, der am Genter Isotope Bioscience Laboratory und seit Ende 2014 auch an der Augsburger Professur für Ressourcengeographie des Wassers forscht.

B?den sind wichtige Kohlenstoffspeicher und somit auch von Bedeutung für die CO2-Konzentration in der Erdatmosph?re. Ob B?den Kohlenstoff freigeben oder speichern, ist in der Regel abh?ngig von klimatischen Faktoren. Sie steuern z. B. das Pflanzenwachstum, das Kohlenstoff in den Boden einbringen kann, und sie steuern auch die Aktivit?t von Mikroorganismen, die durch den Abbau organischen Materials zur Freisetzung von Kohlenstoff aus dem Boden als CO2 in die Atmosph?re führen k?nnen.

Gegens?tzliche Prozesse von CO2-Speicherung und -abbau

Aufgrund vieler gegens?tzlicher Prozesse von Kohlenstoffspeicherung und -abbau sind die Auswirkungen des Klimawandels auf B?den noch nicht vollst?ndig gekl?rt. Das von Boeckx, D?tterl und Zagal geleitete internationale Forscherteam hat nun untersucht, wie das Zusammenspiel von Klima und Bodenmineralogie die Kohlenstoffdynamik in B?den beeinflusst. Untersucht wurden B?den zahlreicher verschiedener Steppen, Prairie- und Graslandschaften in Chile und auf der Antarktischen Halbinsel.

"Modelle zur Vorhersage der Auswirkungen des Klimawandels auf die Natur berücksichtigen in der Regel nicht die verst?rkende oder abschw?chende Funktion von B?den auf einige potenzielle Effekte des Klimawandels, z. B. auf die zus?tzliche CO2-Freisetzung oder -Speicherung", erl?utert D?tterl. Die Studie zeige nun, wie wichtig es ist zu verstehen, was in B?den vor sich geht, die sich unter verschiedenen geologischen und klimatischen Bedingungen entwickelt haben, und wie Geologie und Klima in diesen unterschiedlichen B?den wechselwirken.

Chile als ideales Labor

Da Chile viele Klimazonen durchquert und durch die Gebirgsbildung der Anden eine sehr variable Geologie aufweist, bietet das Land sich als das ideale natürliche Labor an, um diese Wechselwirkungen und ihren Kontrolleinfluss auf die Kohlenstoffspeicherung in B?den zu untersuchen. Dass geochemische und klimatische Kontrolleinflüsse auf die Bodenkohlenstoffdynamik eng miteinander verbunden sind, konnten D?tterl und seine Kollegen in Chile nun erstmals in gro?em Ma?stab aufzeigen.

Klima, Bodenreaktivit?t und CO2-Produktion

"B?den in Regionen mit w?rmerem und feuchterem Klima sind im Allgemeinen reaktiver als B?den in trockenen oder sehr kalten Regionen", erkl?rt Erick Zagal, "und diese reaktiveren B?den k?nnen beispielsweise durch die Bildung von Komplexen aus organischen Molekülen und unterschiedlichen Mineralien mehr Kohlenstoff stabilisieren. Denn diese Komplexbildung schützt die organischen Kohlenstoffmoleküle vor der Zersetzung durch Mikroorganismen, die ihrerseits zur Produktion von CO2 führen würde, das letztlich wieder in der Atmosph?re gelangt und dort die Erw?rmung weiter verst?rken k?nnte."

Fokussierung auf Klimavariable greift zu kurz

Welcher Faktor ist nun aber wichtiger für die Kohlenstoffspeicherung in B?den - das Klima oder die Geologie? Die komplexe Antwort, die ihre Studie auf diese Frage gibt, fassen D?tterl und seine Kollegen in einigen wesentlichen Ergebnissen zusammen:

"Fest steht unseren Analysen zufolge, dass das Klima nicht als der alleinige Faktor angesehen werden kann, der kontrolliert, wieviel Kohlenstoff in den B?den gespeichert wird", so Pascal Boeckx. Das Klima wirke vielmehr indirekt kontrollierend auf Elemente und Prozesse in B?den - z. B. auf die Verwitterung von Bodenmineralien, die wiederum direkt mit dem Kohlenstoff interagieren. Wenn sich globale Modelle für die Vorhersage der Kohlenstoffspeicherkapazit?t von B?den nur auf Klimavariablen fokussieren, fallen diese fundamentalen Wechselwirkungen und Rückkopplungen der Bodengeochemie mit dem globalen Kohlenstoffzyklus unter den Tisch.

Komplexe Wechselwirkung von Klima(wandel) und Bodenkohlenstoffdynamik

"Ob und wie der Klimawandel dazu beitr?gt, in B?den zus?tzlichen Kohlenstoff zu stabilisieren oder freizusetzen, ist daher meist eine Frage der geochemischen Eigenschaften des Bodens und der Bedingungen, unter denen sich diese B?den entwickelt haben", so D?tterl. In arktischen Regionen zum Beispiel k?nnte eine Temperaturerh?hung die Stabilisierung von Kohlenstoff in B?den mit reaktiven Mineralien verbessern und die erh?hte Zersetzung von Kohlenstoff aus den schmelzenden Permafrostschichten teilweise kompensieren. In hei?en Trockengebieten hingegen werde die Bodenkohlenstoffdynamik wahrscheinlich kaum durch einen weiteren Temperaturanstieg betroffen sein; hier aber k?nnte eine h?here bzw. niedrigere Wasserverfügbarkeit wiederum sowohl die Bodenreaktivit?t als auch die biologische Aktivit?t stimulieren bzw. weiter einschr?nken - anders als in den meisten tropischen Regionen, in denen reaktive Bodenmineralien bereits durch eine Millionen von Jahren andauernde Verwitterung gr??tenteils ausgewaschen oder in weniger reaktive Formen umgewandelt wurden. In den Tropen werde der Klimawandel daher wahrscheinlich nicht direkt zu signifikanten Ver?nderungen der Bodenkohlenstoffdynamik führen, wohl aber indirekt, und zwar über massive Ver?nderungen in der Vegetationsdynamik eines ?kosystems und den Konsequenzen, die diese wiederum für den Boden haben.

Mitautor Prof. Dr. Johan Six von der ETH Zürich resümiert: "Wir werden eine Reihe sehr unterschiedlicher, teilweise drastischer Reaktionen von B?den auf den Klimawandel sehen, je nachdem welche klimatischen, biologischen und geologischen Bedingungen vorherrschen. Entscheidend ist, nie zu vergessen, welch eine wichtige Bedeutung dem Boden für alle terrestrischen ?kosysteme zukommt."

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Publikation:

Doetterl S., Stevens A., Six J., Merckx R., Van Oost K., Casanova-Pinto M., Casanova-Katny A., Mu?oz C., Boudin M., Zagal Venegas E., Boeckx P. 2015. Soil carbon storage controlled by interactions between geochemistry and climate. Nature Geoscience, DOI: 10.1038/ngeo2516 .

Online am 31. August 2015 vorab ver?ffentlicht unter:
http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2516.html