Forscher finden heraus, dass zerfallende Biomasse in arktischen Flüssen mehr Kohlenstoff exportiert als bisher angenommen

Der Kohlenstoffkreislauf durch die Umwelt ist ein wesentlicher Bestandteil des Lebens auf dem Planeten.

Das Verständnis der verschiedenen Kohlenstoffquellen und -reservoirs ist ein wichtiger Schwerpunkt der erdwissenschaftlichen Forschung. Pflanzen und Tiere nutzen das Element für das Zellwachstum. Es kann in Gesteinen und Mineralien oder im Ozean gespeichert werden. Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid kann in die Atmosphäre gelangen, wo er zu einer Erwärmung des Planeten beiträgt.

Eine neue Studie unter der Leitung von Forschern der Florida State University ergab, dass Pflanzen und kleine Organismen in arktischen Flüssen für mehr als die Hälfte der organischen Partikel verantwortlich sein könnten, die in den Arktischen Ozean fließen. Das ist ein deutlich größerer Anteil als zuvor geschätzt, und es hat Auswirkungen darauf, wie viel Kohlenstoff im Ozean gebunden wird und wie viel in die Atmosphäre gelangt.

Wissenschaftler haben lange die organische Substanz in Flüssen gemessen, um zu verstehen, wie Kohlenstoff durch Wassereinzugsgebiete zirkulierte. Aber diese Forschung, veröffentlicht in Proceedings of the National Academy of Scienceszeigt, dass Organismen in den großen Flüssen der Arktis einen entscheidenden Beitrag zum Kohlenstoffexport leisten und etwa 40 bis 60 Prozent der organischen Partikel ausmachen – winzige Teile zerfallender Organismen – die in den Ozean fließen.

„Wenn die Menschen an diese großen arktischen Flüsse und viele andere Flüsse weltweit dachten, betrachteten sie sie eher als Abwasserkanäle des Landes, die die Abfallstoffe aus der Primärproduktion und Zersetzung an Land exportieren“, sagte Rob Spencer, Professor am Department of Earth , Ozean- und Atmosphärenwissenschaften. „Diese Studie unterstreicht, dass es in diesen Flüssen selbst viel Leben gibt und dass ein Großteil des exportierten organischen Materials aus der Produktion in den Flüssen stammt.“

Wissenschaftler untersuchen Kohlenstoff, der über Wasserwege exportiert wird, um besser zu verstehen, wie das Element durch die Umwelt zirkuliert. Wenn sich organisches Material an Land zersetzt, kann es in Flüsse gelangen, die wiederum in den Ozean abfließen. Ein Teil dieses Kohlenstoffs unterstützt das Leben im Meer, und ein Teil sinkt auf den Grund des Ozeans, wo er in Sedimenten begraben wird.

Die Forscher untersuchten die sechs großen Flüsse, die im Arktischen Ozean fließen: Yukon und Mackenzie in Nordamerika sowie Ob‘, Jenissei, Lena und Kolyma in Russland. Unter Verwendung von Daten, die über fast ein Jahrzehnt gesammelt wurden, bauten sie Modelle, die die stabilen und radioaktiven Isotopensignaturen von Kohlenstoff und die Kohlenstoff-zu-Stickstoff-Verhältnisse der organischen Partikel verwendeten, um den Beitrag möglicher Quellen zur Chemie jedes Flusses zu bestimmen.

Nicht alle organischen Partikel werden gleich erzeugt. Kohlenstoff aus Böden, der flussabwärts gespült wird, wird mit größerer Wahrscheinlichkeit im Ozean vergraben als der in einem Fluss produzierte Kohlenstoff. Dieser Kohlenstoff schwimmt eher im Ozean, wird dort von Organismen gefressen und schließlich als Kohlendioxid ausgeatmet.

„Es ist wie der Unterschied zwischen einer Pommes Frites und einem Brokkolistängel“, sagte Hauptautorin Megan Behnke, eine ehemalige FSU-Doktorandin, die jetzt Forscherin an der University of Alaska, Southeast ist. „Dieser Brokkoli wird in Ihrem Gefrierschrank gelagert bleiben, aber die Pommes Frites werden viel eher gegessen.“

Das bedeutet, dass eine kleine Zunahme der Biomasse eines Flusses einer größeren Zunahme von organischem Material aus dem Land entsprechen könnte. Wenn der Kohlenstoff in diesem organischen Material in die Atmosphäre gelangt, würde dies die Rate des Kohlenstoffkreislaufs und den damit verbundenen Klimawandel in der Arktis beeinflussen.

„Als Wissenschaftler oder Forscher freue ich mich immer, wenn wir neue Dinge finden, und diese Studie hat etwas Neues in der Art und Weise herausgefunden, wie diese großen arktischen Flüsse funktionieren und wie sie Kohlenstoff in den Ozean exportieren“, sagte Spencer. „Wir müssen den modernen Kohlenstoffkreislauf verstehen, wenn wir wirklich anfangen wollen zu verstehen und vorherzusagen, wie er sich verändern wird. Dies ist wirklich relevant für die Arktis angesichts der Geschwindigkeit, mit der sie sich erwärmt, und aufgrund der riesigen Kohlenstoffspeicher, die sie enthält .“

Die Studie war ein internationales Unterfangen, an dem Forscher aus zehn verschiedenen Institutionen beteiligt waren.

„Diese panarktische Sicht der Wissenschaft ist wichtiger denn je“, sagte Behnke. „Die stattfindenden Veränderungen sind weitaus größer als eine Institution in einem Land, und wir brauchen diese langjährige Zusammenarbeit. Das ist von entscheidender Bedeutung, um fortzufahren.“

Zu den Co-Autoren des Artikels gehörten Suzanne E. Tank, University of Alberta; James W. McClelland, Universität von Texas; Robert M. Holmes und Anya Suslova, Woodwell Climate Research Center; Negar Haghipour und Timothy I. Eglinton, ETH Zürich; Peter A. Raymond, Universität Yale; Alexander V. Zhulidov und Tatiana Gurtovaya, South Russia Centre for Preparation and Implementation of International Projects; Nikita Zimov und Sergey Zimov, Russische Akademie der Wissenschaften; Edda A. Mutter, Intertribal Watershed Council des Yukon River; und Edwin Amos, Western Arctic Research Center.