Wie wird sich eine sich erwärmende Welt auf die Fähigkeit der Erde auswirken, unsere Kohlenstoffemissionen auszugleichen?

Wie sehr können wir uns angesichts der zunehmenden Erwärmung der Welt aufgrund des Klimawandels weiterhin darauf verlassen, dass Pflanzen und Böden dazu beitragen, einen Teil unserer selbstverschuldeten Schäden zu lindern, indem sie die Kohlenstoffverschmutzung aus der Atmosphäre entfernen?

Eine neue Arbeit unter der Leitung von Wu Sun und Anna Michalak von Carnegie befasst sich mit dieser Schlüsselfrage, indem sie einen mutigen neuen Ansatz zur Ableitung der Temperaturempfindlichkeit der Ökosystematmung einsetzt – was eine Seite der Gleichung darstellt, die die Kohlendioxidaufnahme und den Kohlendioxidausstoß in terrestrischen Umgebungen ausgleicht. Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Naturökologie und Evolution.

„Derzeit leisten Pflanzen in der terrestrischen Biosphäre einen ‚kostenlosen Dienst‘ für uns, indem sie zwischen einem Viertel und einem Drittel der Kohlenstoffemissionen der Menschheit aus der Atmosphäre entfernen“, erklärte Michalak. „Werden sie angesichts der Erwärmung der Welt in der Lage sein, diese Rate der Kohlendioxidentfernung aufrechtzuerhalten? Die Beantwortung dieser Frage ist entscheidend für das Verständnis der Zukunft unseres Klimas und die Entwicklung fundierter Strategien zur Klimaminderung und -anpassung.“

Die Photosynthese, der Prozess, bei dem Pflanzen, Algen und einige Bakterien die Energie der Sonne in Zucker für die Nahrung umwandeln, erfordert die Aufnahme von atmosphärischem Kohlendioxid. Dies geschieht während der Tageslichtstunden. Aber genau wie wir atmen diese Organismen Tag und Nacht auch und „atmen“ Kohlendioxid aus.

Die Möglichkeit, das Gleichgewicht dieser beiden Prozesse in allen Komponenten landbasierter Ökosysteme – von Bodenmikroben bis hin zu Bäumen und allem dazwischen – besser zu quantifizieren und ihre Empfindlichkeit gegenüber der Erwärmung zu verstehen, wird die Modelle der Wissenschaftler für Klimawandelszenarien verbessern.

In den letzten Jahren haben Forscher – darunter Joe Berry von Carnegie – bahnbrechende Ansätze zur Messung der von Pflanzen durch Photosynthese aufgenommenen Kohlendioxidmenge entwickelt, beispielsweise durch den Einsatz von Satelliten zur Überwachung der globalen Photosyntheseaktivität und die Messung der Konzentration des atmosphärischen Spurengases Carbonylsulfid.

Bisher war es jedoch nicht möglich, ähnliche Tools zur Verfolgung der Atmung auf der Ebene ganzer Biome oder Kontinente zu entwickeln. Daher wird die Atmung oft indirekt als Differenz zwischen Photosynthese und der Gesamtaufnahme von Kohlendioxid geschätzt.

„Wir wollten einen neuen Weg entwickeln, um abzuleiten, wie die Atmung durch Temperaturänderungen in verschiedenen Ökosystemen in Nordamerika beeinflusst wird“, sagte Sun. „Dies ist absolut entscheidend für die Verfeinerung unserer Prognosen zum Klimawandel und für fundierte Eindämmungsstrategien.“

Michalak, Sun und ihre Kollegen entwickelten eine neue Methode, um anhand von Messungen der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen im großen Maßstab abzuleiten, wie stark die Atmung bei steigenden Temperaturen zunimmt. Diese Messungen wurden von einem Netzwerk aus Dutzenden von Überwachungsstationen in ganz Nordamerika durchgeführt.

Das Team stellte fest, dass atmosphärische Beobachtungen auf eine geringere Temperaturempfindlichkeit der Atmung schließen lassen, als sie in den meisten modernen Modellen dargestellt wird. Sie fanden auch heraus, dass diese Empfindlichkeit zwischen Wäldern und Ackerland unterschiedlich ist. Bisher wurden die Temperaturempfindlichkeiten der Atmung nicht mithilfe von Beobachtungsdaten in diesem Maßstab eingeschränkt, da sich frühere Arbeiten auf Empfindlichkeiten für viel kleinere Grundstücke konzentrierten.

„Das Schöne an unserem Ansatz ist, dass Messungen der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen an einigen Dutzend gut platzierten Stationen Aufschluss über Kohlenstoffflüsse auf der Skala ganzer Biome in Nordamerika geben können“, erklärte Sun. „Dies ermöglicht ein umfassenderes Verständnis der Atmung auf kontinentaler Ebene, was uns helfen wird zu beurteilen, wie sich die zukünftige Erwärmung auf die Fähigkeit der Biosphäre auswirkt, Kohlenstoff zu speichern“, betonte Sun.

Zu ihrer Überraschung stellten die Forscher fest, dass die Atmung auf der Biom- oder Kontinentalebene weniger empfindlich auf die Erwärmung reagiert als bisher angenommen. Sie weisen jedoch darauf hin, dass diese Temperaturempfindlichkeit nur ein Teil eines komplexen Puzzles ist.

„Obwohl unsere Arbeit darauf hindeutet, dass nordamerikanische Ökosysteme möglicherweise widerstandsfähiger gegen die Erwärmung sind, als großflächige Studien vermuten ließen, hängt die Bewältigung des Klimawandels letztendlich davon ab, dass wir so schnell wie möglich aufhören, immer mehr Kohlenstoff in die Atmosphäre zu injizieren. Das können wir nicht.“ Wir verlassen uns darauf, dass die natürlichen Komponenten des globalen Kohlenstoffkreislaufs die schwere Arbeit für uns erledigen“, warnte Michalak. „Es liegt an uns, den außer Kontrolle geratenen Zug zu stoppen.“