Wie Emissionen aus den Sodaseen des brasilianischen Pantanal zum Klimawandel beitragen

Saisonale Schwankungen mit abwechselnden Trocken- und Regenzeiten und schwankende Nährstoffwerte sind Faktoren, die die Treibhausgasemissionen aus Sodaseen im Pantanal erheblich beeinflussen und als weniger verbreitet gelten als Emissionen aus Süßwasserseen. Das Pantanal ist das größte tropische Feuchtgebiet der Welt mit einer Fläche von 153.000 km2, größtenteils (77,41 %) im Südwesten Brasiliens, aber auch teilweise in Bolivien (16,41 %) und Paraguay (6,15 %).

Eine Studie von Wissenschaftlern der Universität São Paulo (USP) und der Bundesuniversität São Carlos (UFSCar) in Brasilien bietet eine neue Perspektive auf die biologischen Faktoren, die diese Emissionen beeinflussen, und unterstreicht den dringenden Bedarf an weiterer Forschung zu diesem Thema.

Im Pantanal gibt es etwa 900 Sodaseen. Sie sind flach und stark alkalisch, mit pH-Werten von bis zu 11 und Konzentrationen von Salzen wie Karbonaten und Bikarbonaten, die einen direkten Einfluss auf die Mikrobiologie der Umwelt und ihre Planktonvielfalt haben.

Ein Artikel zur Studie veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaft der gesamten Umwelt weist darauf hin, dass die Zusammensetzung und Funktionen mikrobieller Gemeinschaften in Modelle für Treibhausgasemissionen einbezogen werden müssen, um diese Ökosysteme umfassender analysieren und vorhersagen zu können, wie sie auf Umweltveränderungen reagieren könnten, die beispielsweise durch extreme Wetterbedingungen und Waldbrände verursacht werden.

In den letzten Jahren litt das Pantanal unter aufeinanderfolgenden extremen Dürren und beispiellosen Waldbrandwellen, die im Jahr 2020 mit 22.116 ihren Höhepunkt erreichten. In den ersten acht Monaten des Jahres 2024 waren es 9.167, mehr als in den gesamten zwölf Monaten der drei vorangegangenen Monate Jahre, laut BDQueimadas, einer Waldbranddatenbank des brasilianischen Nationalen Weltraumforschungsinstituts (INPE).

Der Artikel klassifiziert Soda-Seen im Pantanal auf der Grundlage der Wasserchemie und der darin enthaltenen mikrobiellen Gemeinschaften in drei Haupttypen: eutrophe Trübung (ET), oligotrophe Trübung (OT) und klar bewachsene Oligotrophe (CVO).

Die Forscher fanden heraus, dass ET-Seen das meiste Methan ausstoßen, wahrscheinlich aufgrund der Blüte von Cyanobakterien und der Zersetzung organischer Stoffe. Die Zersetzung abgestorbener Cyanobakterien und der durch die Photosynthese erzeugte organische Kohlenstoff beschleunigen den Abbau organischer Stoffe im Wasser durch Bakterien und Archaeen. Nebenprodukte dieses Prozesses werden im Bodensediment zu Methan verstoffwechselt, insbesondere in Dürreperioden.

CVO-Seen emittierten ebenfalls Methan, allerdings in geringerem Maße. Aus OT-Seen wurden keine Methanemissionen festgestellt, möglicherweise aufgrund hoher Sulfatwerte im Wasser, sie emittierten jedoch Kohlendioxid (CO2) und Lachgas (N2O).

„Wir sehen große Unterschiede in diesen Seen und der Landschaft, zu der sie gehören. Seit wir 2017 unsere ersten Proben gesammelt haben, sind sie aufgrund steigender Temperaturen, veränderter Niederschlagsmuster und Waldbränden fast ausgetrocknet. Satellitenbilder zeigen.“ „Die Fläche unter Wasser schrumpft zwischen 2000 und 2022, zusammen mit der Vermehrung von Cyanobakterien, Mikroorganismen, die Photosynthese betreiben und das Wasser grün machen“, sagt Thierry Alexandre Pellegrinetti, Forscher am Zentrum für Kernenergie (CENA). USP) und Erstautor des Artikels, sagte Agência FAPESP.

Einige Aspekte der Studie waren Teil von Pellegrinettis Doktorarbeit. Forschung. Seine Betreuerin für die Abschlussarbeit war Marli de Fátima Fiore, Professorin am CENA-USP und letzte Autorin des Artikels.

Auswirkungen auf das Klima

Obwohl natürliche Feuchtgebiete nur 5–8 % der Erdoberfläche einnehmen, speichern sie vor allem in tropischen und subtropischen Regionen 20–30 % des Bodenkohlenstoffs und spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des atmosphärischen CO2 und beeinflussen dadurch das Klima .

Die meisten Sodaseen des Pantanal liegen in einem Gebiet namens Nhecolândia, einem Bezirk der Gemeinde Corumbá im brasilianischen Bundesstaat Mato Grosso do Sul. Das Biom beherbergt viele Pflanzen- und Tierarten. Seine Artenvielfalt umfasst mehr als 2.000 Pflanzen und 580 Vögel, die von der reichlich vorhandenen Planktonbiomasse in den Seen profitieren.

Die Studie ergab, dass sich die Cyanobakterienblüten in den Seen stark vermehren und dass die betreffenden Gebiete bald zu Hauptquellen für Treibhausgasemissionen werden könnten.

„Unser anfänglicher Fokus lag darauf, die Geologie dieser Seen zu verstehen, wie sie sich im Laufe der Zeit gebildet haben, ihre biogeochemischen Kreisläufe, insbesondere im Hinblick auf Methan-, CO2- und N2O-Emissionen“, sagte Pellegrinetti.

Für die Mikrobiologin Simone Raposo Cotta, Zweitautorin des Artikels und jetzt Professorin am Fachbereich Bodenkunde der Landwirtschaftshochschule Luiz de Queiroz (ESALQ-USP), spielen Mikroorganismen in diesen Bereichen eine entscheidende Rolle.

„Mikroorganismen sind die Grundlage für alle ökologischen Prozesse und Ökosysteme von Soda-Seen. Sie führen im Allgemeinen einen Nährstoffkreislauf durch und halten verschiedene Prozesse aufrecht. Daher sind sie von enormer Bedeutung“, sagte sie.

Im Jahr 2022, so die Forscher veröffentlicht ein Artikel, der den sogenannten „Lebensstil“ der Bakteriengemeinschaften in den Sodaseen beschreibt und zu dem Schluss kommt, dass sich Cyanobakterien während der Trockenzeit an widrige Umweltbedingungen anpassen können, indem sie CO2 absorbieren, und dass sie unter günstigeren Bedingungen während der Regenzeit das Bakterienwachstum aufrechterhalten.

Ähnliche Sodaseen, wenn auch größer und tiefer, gibt es in Kanada, Russland (wo sie noch salzhaltiger sind) und Afrika. Die Studie nutzte metagenomische Daten, um ihre biogeochemischen Kreisläufe und Emissionen von Methan und anderen Treibhausgasen zu analysieren.

Laut Cotta konnte der Beitrag der Emissionen dieser Seen zur Gesamtmenge des Pantanal-Bioms noch nicht abgeschätzt werden, die Gruppe arbeitet jedoch an mehreren Entwicklungen, darunter auch Modellen zur Beantwortung dieser Frage.

„Wir schließen Studien in anderen Bereichen der geochemischen Funktion und Bildung dieser Seen ab, da sie sich bereits verändern. Einige weisen höhere Konzentrationen an Cyanobakterien auf, was zu Veränderungen im Wasser führt. Eine Frage, die wir zu beantworten versuchen, ist, warum das so ist.“ und wie man es abmildern kann“, sagte sie.