Die komplexen Systeme der Erde interagieren in Rückkopplungsschleifen zwischen atmosphärischen, terrestrischen, hydrologischen, kryologischen (Eis und Schnee) und biologischen Prozessen. Das Verständnis ihrer Zusammenhänge ist wichtig für die Modellierung ihrer zukünftigen Auswirkungen, insbesondere im Hinblick auf den Klimawandel.
Es ist bekannt, dass Gase Auswirkungen auf das Klima haben, wobei Stickoxide nach Kohlendioxid und Methan als drittwichtigstes Treibhausgas gelten. Stickoxid kann aus anthropogenen Aktivitäten wie Kraftwerken, Fahrzeugen, Baumaschinen und vielem mehr stammen, kommt aber auch in Seen vor.
Im Allgemeinen wurde das Stickoxid in Seen im Vergleich zu menschlichen Quellen nicht als wesentlicher Faktor in Luftqualitäts- oder Klimamodellen angesehen, neue Forschungsergebnisse wurden jedoch in veröffentlicht Naturgeowissenschaften Die Konzentration auf abgelegene Seen auf dem tibetischen Plateau (dem Schnittpunkt von Zentral-, Süd- und Ostasien) hat dieses Verständnis in Frage gestellt.
Das tibetische Plateau enthält Tausende von Seen und macht etwa die Hälfte der Seenlandschaft in China aus. Es stellt wertvolle Wasserressourcen für über 2 Milliarden Menschen in China, Indien, Pakistan, Nepal, Bhutan, Tadschikistan und Kirgisistan bereit. Diese Seen befinden sich in der Regel in isolierten Regionen ohne Abflüsse, wodurch alkalische (pH-Wert 9 bis 12) und salzhaltige (mit Salzen und anderen Mineralien angereicherte) Umgebungen entstehen.
Forscher am Labor für Klima- und Ozean-Atmosphären-Studien der Universität Peking, China, und ihre Mitarbeiter haben Satellitenbeobachtungen von 135 Seen mit einer Größe von mehr als 50 km2 (diese Größe ist für die effiziente Nutzung von Satellitendaten erforderlich) genutzt, um einen Gesamtstickstoffoxidausstoß von 1,9 zu erfassen Tonnen pro Stunde, vergleichbar mit den Emissionen globaler Megastädte. Beispielsweise emittiert Peking 7,8 Tonnen Stickoxid/Stunde, New York City 3 Tonnen/Stunde, London 1,7 Tonnen/Stunde und Paris 0,3 Tonnen/Stunde. Es überstieg auch die Emissionen von Ackerfeldern. In den Seen im Süden des tibetischen Plateaus waren die Stickstoffdioxidwerte im Umkreis von 20 km um 31,2 % höher als in der unmittelbaren Umgebung.
Die zehn Seen, die am häufigsten Stickstoffmonoxid ausstoßen, fallen mit den Regionen zusammen, die die stärkste Urbanisierung und das größte Bevölkerungswachstum verzeichnen, was die Erwärmung auf dem gesamten tibetischen Plateau verschärft. Außergewöhnlicherweise hatte der Qinghai-See so hohe Emissionen (0,24 Tonnen/Stunde), dass sie mit denen eines Kohlekraftwerks mit einer Leistung von 450 Megawatt vergleichbar sind.
Die Ursache für solch ungewöhnlich hohe Stickoxidwerte aus den Seen wird auf eine Kombination mikrobieller Prozesse sowie auf die Erwärmung und das Schmelzen von Gletschern und Permafrost auf dem Plateau zurückgeführt (obwohl andere Ursachen auch Blitzschlag und Verbrennung umfassen). Solche Prozesse wandeln das Stickoxid in Stickstoffdioxid in der Atmosphäre um, genauer gesagt auf dem troposphärischen Niveau (bis zu durchschnittlich 13 km über dem Meeresspiegel), das von den Satelliten gemessen wird.
Die Erwärmung der Seen im Sommer beschleunigt sich jedes Jahrzehnt um 0,40 °C, wobei das Schmelzen von Eis und Permafrost dazu führt, dass die Seen auf dem Plateau an Größe und Häufigkeit zunehmen. Da die Seen zwischen 4,5 km und 5 km über dem Meeresspiegel liegen, sind sie den stärksten Auswirkungen auf die Gletscher- und Permafrostzerstörung ausgesetzt. Die saisonale Zyklizität der Stickstoffdioxidmessungen ergab, dass die Spitzenwerte im Sommer doppelt so hoch waren wie im Winter.
In diesen Seen gedeihen bestimmte Bakterien in anoxischen (sauerstoffarmen) Umgebungen und wandeln Stickstoff aus natürlichen Quellen, landwirtschaftlichen Abwässern und Abwässern in Ammoniak um, das dann in Nitrite (Nitrifikation) und anschließend in Stickstoffgas (Denitrifikation) umgewandelt wird, letzteres Als Nebenprodukt entsteht Stickoxid.
Die Bildung von Stickoxid in solch großen Mengen ist problematisch, da es zum Abbau der Ozonschicht beiträgt, was einen positiven Rückkopplungsmechanismus für den Klimawandel darstellt. Wenn die Ozonschicht weiter geschädigt wird, kann mehr Sonnenstrahlung bis zur Erdoberfläche vordringen und den Planeten erwärmen. Wenn der Planet Wärme abgibt, fängt die ständig wachsende Treibhausgasschicht diese Wärme ein, sodass sie den Planeten nicht wieder in den Weltraum entweicht, sondern den Planeten weiter erwärmt, wodurch eine positive Rückkopplungsschleife entsteht.
Während die Lachgasemissionen aus Seen bisher im Vergleich zu anthropogenen Quellen als unwichtig galten, legt dieser Bericht nahe, dass sich die Sichtweise ändern muss. Die Forscher befürworten eine künftige Modellierung der globalen Erwärmung unter Einbeziehung der weltweiten Stickoxidemissionen aus Seen und Binnengewässern, um uns zu helfen, zu verstehen, wie alle Aspekte des Erdsystems den Klimawandel beeinflussen und von ihm beeinflusst werden können.
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Hao Kong et al., Hohe natürliche Stickoxidemissionen aus Seen auf dem tibetischen Plateau bei rascher Erwärmung, Naturgeowissenschaften (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01200-8
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