Laut einer neuen Studie, die auf Beobachtungen aus Flugzeugen basiert, nehmen die Wälder und Graslandschaften im nördlichen tropischen Afrika in der Regenzeit etwa so viel Kohlendioxid auf, wie sie in der Trockenzeit abgeben. Die Ergebnisse widersprechen früheren Untersuchungen, die sich auf Satellitendaten stützten und herausfanden, dass diese Ökosysteme möglicherweise deutlich mehr Kohlenstoff in die Atmosphäre einbringen, als sie im Laufe eines Jahres absorbieren.
Die Forschung, veröffentlicht im Tagebuch Globale biogeochemische Kreisläufeunterstreicht die Schwierigkeit der Messung von Kohlendioxid aus dem Weltraum und die Notwendigkeit häufigerer und zuverlässigerer Beobachtungen sowohl aus der Luft als auch vom Boden aus.
Die Forschung wurde vom National Center for Atmospheric Research (NSF NCAR) der US-amerikanischen National Science Foundation geleitet.
„Diese Ergebnisse helfen uns, besser zu verstehen, wie sich Kohlenstoff durch unser komplexes Erdsystem bewegt, was entscheidend ist, um die Auswirkungen der anhaltenden Treibhausgasemissionen der Gesellschaft genau vorherzusagen“, sagte Benjamin Gaubert, Wissenschaftler am NSF NCAR, der die Studie leitete. „Es ist auch eine gute Nachricht, dass das nördliche tropische Afrika nicht die große Kohlenstoffquelle ist, die Satellitenbeobachtungen vermuten ließen.“
Das NSF NCAR-Forschungsteam wollte überprüfen, ob die durch satellitengestützte Beobachtungen von Kohlendioxid über dem nördlichen tropischen Afrika in früheren Untersuchungen implizierten Flüsse korrekt waren. Frühere Arbeiten mit Satellitendaten über Land ließen darauf schließen, dass die Ökosysteme der Region eine bedeutende Nettoquelle von Kohlendioxid darstellen und möglicherweise jährlich mehr als eine Milliarde Tonnen Kohlenstoff in die Atmosphäre freisetzen. Diese Menge entspricht etwa 10 % der jährlichen Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe.
Die Möglichkeit, dass diese Ökosysteme eine so große Kohlenstoffquelle darstellen könnten, war eine Überraschung und stellte das bestehende Verständnis der wissenschaftlichen Gemeinschaft über den Kohlenstoffkreislauf der Erde in Frage. Ziel der neuen Studie war es festzustellen, ob das bestehende Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs fehlerhaft war oder ob die auf Satellitenbeobachtungen basierenden Schätzungen verzerrt waren.
Ein genaues Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs ist entscheidend für die Vorhersage der Klimaveränderung und auch für die Messung des Erfolgs von Bemühungen zur Kohlenstoffreduzierung. Während der Ausstoß von Treibhausgasen zu einem Anstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre führt, hängt das Ausmaß dieses Anstiegs nicht nur von der Menge des emittierten Kohlenstoffs ab, sondern auch von der Menge des Kohlenstoffs, der von den Ozeanen und der Landoberfläche absorbiert und freigesetzt wird. Wälder beispielsweise absorbieren beim Wachsen atmosphärischen Kohlenstoff, aber Bäume geben auch Kohlenstoff ab, wenn sie verbrennen oder zerfallen.
Ebenso fungieren die Weltmeere als Netto-Kohlenstoffsenke, aber die Meeresoberfläche tauscht ständig Kohlenstoff mit der Atmosphäre aus und absorbiert und gibt das Gas abhängig von der Photosynthese durch Algen, der Temperatur und anderen Faktoren ab.
Es war jedoch eine wissenschaftliche Herausforderung, festzustellen, wo sich die Kohlenstoffquellen und -senken befinden und wie viel Kohlenstoff wann ausgetauscht wird. Dies ist teilweise auf einen Mangel an lokalen atmosphärischen Kohlendioxidbeobachtungen zurückzuführen, insbesondere in vielen Regionen des globalen Südens.
Um lokale Beobachtungen zu ergänzen, haben Wissenschaftler auf satellitengestützte Instrumente zurückgegriffen, die eine globale Sicht ermöglichen. Aber Kohlendioxid mit der nötigen Genauigkeit aus dem Weltraum zu messen, ist schwierig. Beispielsweise beeinträchtigen Aerosole in der Atmosphäre, die durch die Verbrennung von Biomasse und industrielle Prozesse entstehen können, die Fähigkeit eines Satelliten, die Kohlendioxidkonzentrationen genau zu ermitteln. Aufgrund dieser und anderer Herausforderungen ist es wichtig, Satellitendaten mit luftgestützten und bodengestützten Beobachtungen zu überprüfen.
Für die neue Studie stützte sich das Forschungsteam auf luftgestützte Messungen von Kohlendioxid, die während der Atmospheric Tomography Mission (ATom) der NASA gesammelt wurden. Diese Messungen wurden während vier einmonatiger globaler Missionen – einer in jeder Saison – zwischen 2016 und 2018 durchgeführt.
Die Messungen umfassten Transekte über dem Atlantischen Ozean vor dem Wind von Afrika. Die Forscher verglichen diese Beobachtungen mit den Kohlendioxidkonzentrationen, die Modelle an denselben Orten erwarten würden, wenn die früheren Untersuchungen korrekt wären. Sie fanden heraus, dass die Flugzeugbeobachtungen niedriger waren als die von den Modellen vorhergesagten Konzentrationen. Tatsächlich deuten die Flugzeugmessungen auf nahezu neutrale Netto-Kohlenstoffemissionen aus dem nördlichen tropischen Afrika hin, was darauf hindeutet, dass die Satellitenmessungen des atmosphärischen Kohlendioxids in der Region während der Trockenzeit zu hoch sind.
Die Autoren stellten jedoch fest, dass die Kohlendioxiddaten von Satelliten die Schätzungen des Kohlenstoffflusses für das nördliche tropische Afrika in anderen Jahreszeiten verbessert haben und dass sich die Korrekturen der Satellitendaten im Laufe der Zeit immer weiter verbessern. Sowohl die Flugzeug- als auch die Satellitenbeobachtungen stimmten darin überein, dass während der Regenzeit mehr Kohlendioxid absorbiert und während der Trockenzeit auch mehr freigesetzt wurde, als Forscher zuvor allein aus Oberflächenbeobachtungen abgeleitet hatten.
Es wird immer dringlicher, umfassende Überwachungssysteme zu entwickeln, um die Planung und Validierung von Bemühungen zur Reduzierung von Treibhausgasen zu unterstützen, wie in der im November veröffentlichten Nationalen Strategie des Weißen Hauses zur Förderung eines integrierten US-amerikanischen Systems zur Messung, Überwachung und Information von Treibhausgasen gezeigt wird. Der Erfolg dieser Bemühungen wird von unserer Fähigkeit abhängen, den Kohlendioxidaustausch mit den natürlichen Komponenten des Erdsystems genauer zu erklären, wie in dieser Studie dargelegt. Diese Forschung unterstreicht insbesondere den Wert von Flugzeugbeobachtungen.
„Flugzeuge sind für die Untersuchung des atmosphärischen Innenraums von unschätzbarem Wert“, sagte NSF NCAR-Wissenschaftler Britton Stephens. „Sie helfen uns, eine Brücke zwischen bodengestützten und satellitengestützten Beobachtungen von Kohlendioxid zu schlagen und die Grenzen beider zu überwinden.“
Mehr Informationen:
Benjamin Gaubert et al., Neutraler CO2-Austausch im tropischen Afrika, geschätzt aus Flugzeug- und Satellitenbeobachtungen, Globale biogeochemische Kreisläufe (2023). DOI: 10.1029/2023GB007804