Der Untergrund ist der größte Kohlenstoffspeicher und eine der wichtigsten Kohlendioxidquellen in der Atmosphäre. Die globale Erwärmung beschleunigt den Abbau von Bodenhumus. Es wirkt sich auch auf die wachsartigen und holzigen Verbindungen aus, die den Pflanzen dabei helfen, Kohlenstoff in ihren Blättern und Wurzeln zu speichern, und die früher als stabil galten. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie von Forschenden des Geographischen Instituts der Universität Zürich im Sierra Nevada National Forest.
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Naturgeowissenschaften.
Rund ein Viertel der weltweiten CO2-Emissionen wird durch Wälder, Grasland und Weideland gebunden. Pflanzen nutzen die Photosynthese, um Kohlenstoff in ihren Zellwänden und im Boden zu speichern. Etwa die Hälfte des Kohlenstoffs im Boden befindet sich in den tieferen Schichten, mehr als 20 Zentimeter tief. Aber auch diese unteren Schichten erwärmen sich durch den Klimawandel.
Verlust lebenswichtiger Kohlenstoffsenken
Das sich erwärmende Klima führt zu einem erheblichen Verlust organischer Verbindungen, die Pflanzen dabei helfen, Kohlenstoff in ihren Blättern und Wurzeln zu speichern. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass komplexe Polymere, die über eine stabilere Molekülstruktur verfügen, dem natürlichen Abbau länger standhalten und so Kohlenstoff im Boden speichern können.
Die von der UZH geleitete Studie hat nun jedoch gezeigt, dass die Verbindung Lignin, die Pflanzen ihre Steifheit verleiht, um 17 % reduziert wurde, während wachsartige Verbindungen namens Cutin und Suberin, die Pflanzen vor Krankheitserregern schützen und in Blättern, Stängeln und Wurzeln vorkommen, um 17 % reduziert wurden. waren um 30 % gesunken. Selbst pyrogener Kohlenstoff, die organische Verbindung, die nach einem Waldbrand zurückbleibt, war in deutlich geringeren Mengen vorhanden.
Die Experimente wurden in den Wäldern der Sierra Nevada in Kalifornien durchgeführt. Der ein Meter tiefe Boden wurde im Laufe von 4,5 Jahren im Tages- und Jahreszeitenrhythmus künstlich um 4°C erwärmt. Dieses Ausmaß der Erwärmung steht im Einklang mit den Prognosen bis zum Ende des Jahrhunderts in einem „Business-as-usual“-Klimaszenario.
Konsequenzen für die Nutzung von Böden zur Bekämpfung der globalen Erwärmung
Diese Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für eine der Schlüsselstrategien im Kampf gegen die globale Erwärmung, nämlich den Einsatz von Böden und Wäldern als natürliche Kohlenstoffsenken. Im Rahmen dieser Strategie werden Kulturpflanzen mit besonders tiefen Wurzeln und korkreicher Biomasse entwickelt. „Bisher ging man davon aus, dass dadurch CO2 im Boden gebunden bleibt“, sagt Michael W. Schmidt, Geographieprofessor und Letztautor der Studie.
„Aber unsere Ergebnisse zeigen, dass alle Bestandteile des Bodenhumus gleichermaßen abnehmen, sowohl einfache chemische Verbindungen als auch Polymere. Sollten sich diese ersten Beobachtungen in längerfristigen Feldversuchen bestätigen, sind die Folgen alarmierend.“ Wenn der Waldboden in großem Umfang Humus verliert und dadurch Kohlenstoff als CO2 freigesetzt wird, beschleunigt sich das Tempo der globalen Erwärmung noch weiter. „Unser Ziel muss es sein, die Emissionen an der Quelle zu stoppen“, sagt Schmidt.
Mehr Informationen:
Cyrill U. Zosso et al., Schneller Verlust komplexer Polymere und pyrogenen Kohlenstoffs im Unterboden bei Erwärmung des gesamten Bodens, Naturgeowissenschaften (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01142-1