Das in Neoprenanzügen gekleidete Forscherteam der University of Virginia watete in die salzigen Untiefen der größten wiederhergestellten Seegraswiese der Welt, die sich vor der Ostküste von Virginia in der Nähe der Chesapeake Bay befindet.
Sie befestigten ihr hohes Stativ an der Delmarva-Halbinsel, führten ein 8 Fuß langes Rohr ein und platzierten eine kleine, vibrierende Maschine auf dem Rig. Der Mechanismus drückte die Aluminiumzylinder tief in die Schichten der Geschichte darunter – ähnlich wie das Einführen eines Strohhalms in einen extra dicken Milchshake.
Dann hat das Team den Inhalt herausgefischt.
„Wir haben ein paar lange Bohrkerne genommen und waren wirklich überrascht, als wir am Boden etwas sahen, das wie Seegrasgewebe aussah“, sagte Forschungsprofessor Peter Berg, ein Experte für die Funktionsweise des Kohlenstoffkreislaufs in Meeresumgebungen. „Einige der Kerne führten uns zurück in die Zeit um das Jahr 1000, was ungefähr der Zeit entspricht, als die Wikinger auf den nordamerikanischen Kontinent kamen.“
Jetzt sind die ersten Proben von den Labortests mit sehr guten Nachrichten zurückgekehrt.
Berg und sein Team in der UVA-Abteilung für Umweltwissenschaften haben das Rätsel gelöst, ob Seegrasböden dauerhaft Kohlenstoff speichern können. Sie gaben am Freitag bekannt, dass die Beete tatsächlich Kohlenstoff über Jahrhunderte hinweg einfangen und speichern können – selbst in Situationen, in denen das Seegras abstirbt.
Die Ergebnisse geben neuen Optimismus für den Einsatz naturbasierter Lösungen im Kampf gegen den Klimawandel.
Sex, Leben und Dating im Seegras
So viel war bereits bekannt: Zostera-Marina-Seegras – oft einfach als „Seegras“ bezeichnet – bindet effektiv Kohlendioxid, ein Treibhausgas, das die Erwärmung des Planeten antreibt.
Eine solche natürliche Speicherung kommt auch in Gezeitensümpfen und Mangrovenwäldern vor. Solange die Pflanzen gedeihen, entziehen sie der Luft Kohlendioxid. Wissenschaftler bezeichnen den Austausch als „blauen Kohlenstoff“ – wobei „blau“ für Wasser steht.
Zwar überleben die einzelnen Seegrastriebe nur ein oder zwei Jahre, doch die Ausbreitung des Seegrases ist stark ausgeprägt. Die Pflanze vermehrt sich sowohl sexuell durch die Ausbreitung der Samen in Strömungen als auch ungeschlechtlich durch ihre kriechenden Wurzelstiele. Das Ergebnis können Seewiesen sein, die sich über viele Quadratkilometer erstrecken und über Jahrhunderte bestehen bleiben.
Das macht Seegras zu einem Wunder in einem Meer, das ständig im Wandel ist.
Da die Pflanzen in Küstennähe leben, ernähren sie sich von Sonnenlicht und nehmen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf, wodurch neues Pflanzenmaterial entsteht.
Mit der Zeit versinkt ein Teil dieses Pflanzenmaterials im Sediment und verwandelt den Meeresboden im Wesentlichen in Kohlenstoffbanken.
Die offene Frage ist jedoch: Was passiert mit all dem gespeicherten Kohlenstoff, wenn Seegraswiesen absterben, und sei es auch nur vorübergehend?
Das sei ein echtes Anliegen für die Weiterentwicklung von Blue Carbon gewesen, sagte Berg. Zum Beispiel töteten der Große Sturm in Virginia im Jahr 1933 und eine Meereskrankheit namens „Schleimpilz“ die Seegraswiesen in den jetzt wiederhergestellten Gebieten, die die UVA-Forscher untersuchen.
Darüber hinaus kommt es aufgrund der Klimaerwärmung immer häufiger zu Hitzewellen im Meer. Seit Beginn des 20. Jahrhunderts sind etwa 20 % der weltweiten Seegraswiesen verloren gegangen.
Bleibt der Kohlenstoff in den Sedimenten eingeschlossen, die das Seegras an Ort und Stelle verankern? Oder kehrt ein Teil oder das gesamte eingeschlossene Kohlendioxid in die Atmosphäre zurück, was den Klimavorteilen zunichte macht?
„Diese Frage der Dauerhaftigkeit wurde viel diskutiert“, sagte Berg. „Aber es gab keine fundierte Wissenschaft dahinter – bis jetzt.“
Die Forscher erkannten, dass das Sediment eine seltene Gelegenheit bot. Sie könnten die körnigen Ablagerungen so untersuchen, wie man die Jahresringe eines gefällten Baumes untersuchen könnte – natürlich nur vertikal. Auf diese Weise konnten sie die Zeiträume vergleichen, die die jahrzehntelangen Wiesenlandverluste nach dem Sturm von 1933 umfassen und dokumentieren.
Die Seegraswiese wurde 1999 restauriert und erstreckt sich nun über 10.000 Hektar. UVA arbeitet mit The Nature Conservancy und dem Virginia Institute of Marine Sciences als Verwalter des Schutzgebiets zusammen.
Um die Antwort auf ihre Frage auf den Punkt zu bringen, mussten die Wissenschaftler gleichzeitig als Geschichtsdetektive fungieren. Sie nutzten wissenschaftliche Datierungstechniken und Sedimentzusammensetzungsanalysen, um ihre Hinweise zu sammeln.
Kernwissen erschließen
Assistenzprofessorin Lauren Miller öffnete einen handelsüblichen Kühlschrank, um ihre Schatzkiste mit Sedimentkernen – oder Kernhälften, um genauer zu sein – zur Schau zu stellen.
Sie waren jeweils in der Mitte gespalten und in dünnes Plastik eingewickelt. Eine Seite war zum Testen gedacht. Die andere ließen sie unberührt und bewahrten sie zum späteren Nachschlagen auf.
„Das hier ist eine Bibliothek“, sagte Miller. „Eine Bibliothek, die wirklich schwer zu bekommen ist.“
Mehrere Fakultätsmitglieder und eine Vielzahl von Studenten gehören zu der großen Gruppe von Forschern, die mitgeholfen haben, um die körnigen Inhalte bis auf die atomare Ebene zu sammeln, zu katalogisieren und zu analysieren. Das UVA Environmental Institute stellte einen Zuschuss in Höhe von 110.000 US-Dollar zur Verfügung, um dies zu ermöglichen.
Miller demonstrierte, wie die Kerne für die Analyse vorbereitet werden. Sie entfernte ausgefallene Salzbrocken und ritzte mit einem kleinen, spachtelähnlichen Metallwerkzeug den Inhalt ein, der wie nasser Zement oder Künstlerton aussieht. Aber wenn man es zwischen Daumen und Zeigefinger verreibt, ist die Textur kühl, meist trocken und pudrig.
Während sie arbeitete, erklärte Berg den anfänglichen Prozess der Feststellung, ob überall Kohlenstoff gebunden wurde.
„Man nimmt kleine Proben des feuchten Sediments, trocknet es bei niedriger Temperatur, sodass das gesamte Wasser verschwindet, und wiegt es“, sagte er. „Dann legt man es in einen Hochtemperaturofen, sodass das gesamte organische Material verbrennt, und wiegt es erneut. Dieser Unterschied ist das organische Material. Das kann man dann in Kohlenstoff umwandeln.“
Das Team hatte bereits eine ziemlich gute Vorstellung davon, welche Jahre in der Geschichte zu bestimmten Kerntiefen passten. Aber sie mussten genau sein.
Sie führten zunächst eine Blei-210-Datierungsanalyse durch, bei der die Zeit anhand des radioaktiven Zerfalls von Bleiisotopen verfolgt wird. Sie konnten die Sedimente auf das Jahr 1860 zurückführen.
Anschließend bestimmten sie das Alter älterer Sedimente aus größeren Bohrkerntiefen durch Kohlenstoff-14-Datierung.
Miller, der immer noch das Sediment herauszog, zeigte auf ein paar kleine, zarte Muscheln, die sie gefunden hatte. Einige waren durch natürliche Prozesse wie Stürme zerbrochen und zerdrückt worden, was sie für die Kohlenstoffdatierung ungeeignet machte.
„Wir können Muscheln aus den Sedimentkernen erkennen und wissen, wann sie lebten“, sagte Miller. „Die Muscheln sind wie wir Menschen. Wir nehmen Radiokohlenstoff aus der Atmosphäre, in unseren Körper und in unsere Knochen auf. Aber wenn wir sterben, passiert das nicht mehr. Und dieser Radiokohlenstoff zerfällt in verschiedene Produkte, sobald Organismen sterben, und das können wir.“ Finden Sie heraus, wann sie in der Vergangenheit gelebt haben.
Die abschließende Laboranalyse sollte feststellen, dass Seegrasreste tatsächlich in den unmittelbaren Jahrzehnten vor der fast 70-jährigen Ruhephase, in der der Kohlenstoff gefangen wurde, eingefangen wurden.
„Angesichts der Tatsache, dass der Gehalt an organischer Substanz in den jahrhundertealten Sedimentschichten höher ist als in den oberen Schichten mit modernem Seegras, kann man meiner Meinung nach mit Sicherheit sagen, dass nahezu 100 % des vor langer Zeit eingefangenen Kohlenstoffs im Sediment erhalten geblieben sind.“ „, sagte Berg.
Insgesamt hatten die Forscher eine Schlüsselspanne von 1.000 Jahren im Auge.
Das Einfangen von blauem Kohlenstoff ist also nicht nur effektiv, sondern auch robust, selbst angesichts von Veränderungen in der natürlichen Umwelt. Das könnte wichtig sein, da die Welt nach belastbaren Lösungen für das Klimadilemma sucht.
„Es ist in vielerlei Hinsicht ein Gewinn“, sagte die Umweltwissenschaftlerin Karen McGlathery, Sherrell J. Aston-Professorin an der UVA und Expertin für flache Küstensysteme, die an der Forschung mitgewirkt hat.
Zu den weiteren Mitwirkenden gehörten die Postdoktorandin Marion McKenzie sowie die Absolventen und Studenten der UVA Renee Hebert, Luke Groff, Charlotte Wiman, Mackenzie Fiss, Sophia Kuzminski, Tahi Wiggins, Santiago Munevar Garcia und Ziwen Guo. Auch die Professoren der Northeastern University, Samuel Munoz und Aron Stubbins, arbeiteten mit.
„Seegraswiesen bieten über den blauen Kohlenstoff hinaus so viele Vorteile, wie die Förderung der Fischerei und die Verbesserung der Wasserqualität“, sagte McGlathery. „Wir arbeiten jetzt daran, diesen Vorteilen auch einen Marktwert zu verleihen. Das wird uns ein umfassendes Bild davon vermitteln, warum die Erhaltung und Wiederherstellung von Seegras wichtig ist.“