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News: Unter Beobachtung

Es gibt bereits Simulationen zuhauf, die vorhersagen, wie sich wohl das Klima der Zukunft entwickeln wird. Vollständig allerdings sind sie noch lange nicht; und manches kleine, neue Puzzleteil verändert das Gesamtbild entscheidend.
In fünfzig Jahren werden wir wissen, welche Forscher mit ihren Vorhersagen des zukünftigen globalen Klimas der tatsächlichen Entwicklung am nächsten kamen. Einig ist man sich nur darüber: Es wird wärmer. Um wieviel, in welchem Zeitraum und welche Auswirkungen das auf die Ökosysteme weltweit hat – darüber herrscht noch große Unsicherheit. Das System aus Boden, Lebewesen und Klima, um nur einige Beteiligte zu nennen, ist viel zu komplex und vernetzt, als dass es sich auf einen einfachen Nenner bringen lässt.

Große Hoffnung setzen Wissenschaftler in Langzeitstudien, bei denen die Versuchsflächen kontrolliert den vorhergesagten Umweltbedingungen ausgesetzt werden. Wie sich dann das Verhalten des Bodens, der Mikroorganismen oder der Pflanzen verändert, liefert den Forschern Puzzlestein um Puzzlestein im globalen Klimageschehen.

An solchen Experimenten arbeiten auch Jerry Melillo vom Marine Biological Laboratory und seine Kollegen in Massachusetts. Sie verfolgten über ein Jahrzehnt, wie sich die Erwärmung des Bodens auf den Kohlenstoffkreislauf auswirkt. Denn schließlich sollte mit steigenden Temperaturen auch die Aktivität der bodenbewohnenden Mikroorganismen und damit der Austrag an Kohlendioxid wachsen – was sich auch tatsächlich zeigte [1]. Doch dabei blieb es nicht.

Die Forscher hatten im Waldboden Heizkabel verlegt und in den folgenden Jahren – bei fünf Grad Celsius höheren Bodentemperaturen – den Kohlenstoff- und Stickstoffhaushalt verfolgt. In den ersten sechs Jahren stieg der CO2-Austrag tatsächlich an, und zwar um durchschnittlich 28 Prozent. In den letzten vier Jahren jedoch schien die Wärme die Mikroorganismen nicht mehr weiter zu stimulieren, die Kohlendioxidabgabe stieg nur noch um fünf Prozent und im letzten Jahr sogar gar nicht mehr.

Hinter dem Muster steckt nach Ansicht der Forscher, dass Kohlenstoff im Boden in verschieden leicht abbaubaren Verbindungen vorliegt. Während die Erwärmung dafür sorgte, dass die zugänglicheren Substanzen schneller verbraucht wurden, waren die schwerer verdaulichen Reserven für die Mikroorganismen schwerer zu knacken – und der CO2-Ausstoß ging dementsprechend langsamer voran.

Gleichzeitig wurde durch den verstärkten Abbau organischer Reste auch mehr Stickstoff mineralisiert, der damit den Bäumen als Nährstoff zur Verfügung stand. Da sich der Ausstoß stickstoffhaltiger Gase aber nicht erhöhte, kann er nur in Form von Biomasse in den Wäldern gespeichert worden sein, schließen Melillo und seine Kollegen, ganz im Einklang mit Düngeversuchen, bei denen sie ebenfalls einen verstärkten Zuwachs festgestellt hatten. Mehr Biomasse bedeutet aber auch mehr gespeicherten Kohlenstoff: Es wäre also möglich, dass der erhöhte CO2-Austrag durch das stimulierte Wachstum der Bäume abgefangen wird.

Wäre da nicht der Trockenheitsstress, der durch das sich verändernde Niederschlagsmuster entsteht. Denn den Prognosen zufolge werden in den gemäßigten Breiten zwar ähnliche Regenmengen fallen, aber seltener und dafür mehr auf einmal. Für die Pflanzen hat das einschneidende Folgen: Sie müssen längere Trockenperioden überdauern, denn die Bodenfeuchtigkeit geht dadurch zurück: Obwohl die Gesamtniederschläge gleich bleiben, wird weniger im Boden gespeichert.

Für Grasgesellschaften verkehrt sich damit die Welt. Als Alan Knapp von der Kansas State University einzelne Wuchsflächen überdachten und ihnen den Jahresniederschlag statt an 25 bis 30 Regentagen an nur sechs bis acht Ereignissen pro Jahr verabreichten, reagierten die Pflanzen prompt: Die dominante Art, das Süßgras Andropogon gerardii, schraubte ihre Nettophotosyntheserate – also die Aufnahme von CO2 über die Blätter – um ein Fünftel zurück [2].

Damit einher ging auch ein verringerter Biomassezuwachs der gesamten Pflanzen um durchschnittlich zehn Prozent, der sich am deutlichsten in den trockenen Jahren ausprägte. Kein Wunder, betrachtet man die Feuchtigkeitsverhältnisse des Bodens: Dessen Wassergehalt in den obersten 30 Zentimetern, wo 70 Prozent der Wurzeln sitzen, verringerte sich um 11,6 Prozent.

Außerdem beobachteten die Forscher, dass sich die Diversität der Pflanzengesellschaft plötzlich erhöhte. Offensichtlich machte der Trockenheitsstress der dominanten Art dermaßen zu schaffen, dass sich plötzlich auch seltenere Arten durchsetzen könnten, die sonst untergehen.

Zwei Untersuchungen auf Langzeit-Beobachtungsflächen, die dazu beitragen werden, Klimasimulationen weiter zu verfeinern und die Frage zu klären, unter welchen Bedingungen – wenn überhaupt – Boden und Wälder als Kohlenstoffspeicher wirken können, oder ob sie sich nicht sogar zu Quellen des Treibhausgases Kohlendioxid wandeln. Zwei kleine Puzzlesteine im riesigen, komplexen Klimabild.

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