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Geochemie: Wüsten gasen Stickoxide durch Hitze aus

Sonnenaufgang in der MojaveLaden...
Nicht etwa Bakterien, sondern hohe Temperaturen sorgen dafür, dass in der Mojavewüste im Südwesten der Vereinigten Staaten große Mengen Stickstoffverbindungen in die Atmosphäre gelangen. Folglich müssten gegenwärtige Modelle zu Stoffflüssen in Ökosystemen überdacht werden, schreiben Carmody McCalley und Jed Sparks von der Cornell University in Ithaca [1]. Bislang seien vor allem biologische Prozesse für den Stickstoffverlust von Böden verantwortlich gemacht worden.

Die beiden Geowissenschaftler hatten bemerkt, dass der Stickstoffaustrag einem klaren Tagesrhythmus unterliegt und zur Mittagszeit am stärksten ausgeprägt ist. Im Jahresgang waren die Werte zudem während des heißen und trockenen Sommers deutlich höher als im durchschnittlich kühleren und feuchteren Winter – was gegen erhöhten Einfluss von Mikroben spricht, die eigentlich im Winter bessere Lebensbedingungen vorfinden. Pro Hektar und Jahr verliert die nördliche Mojavewüste laut den Berechnungen mindestens ein Kilogramm Stickstoff in Form verschiedener Gase, wovon 75 Prozent auf den Sommer entfielen, wenn die Einstrahlung der Sonne bis zu 1000 Watt pro Quadratmeter und die Bodentemperatur 95 Grad Celsius erreichen kann.

Laborexperimente mit Bodenproben unter unterschiedlichen Hitze- und Feuchtebedingungen bestätigten die Ergebnisse aus dem Freiland. Absolute Spitzenwerte von 160 Nanogramm Verlust pro Quadratmeter und Sekunde maßen die Forscher in Böden, die kurz zuvor von Sommergewittern durchnässt worden waren: Diesen Anstieg bewirke einsetzende biologische Aktivität jedoch nur in geringem Umfang, vielmehr beschleunige das Wasser den Verlust, weil gelöste Substanzen anschließend leichter verdunsten beziehungsweise im Lösungsmittel schneller reagieren. Damit stehen die Wüsten gemeinhin als produktiver geltenden Ökosystemen wie Savannen in nichts nach und übertreffen diese zum Teil noch.

Gebirgssee in NorwegenLaden...
Gebirgssee in Norwegen | Wissenschaftler haben selbst in entlegenen Gewässern erhöhte Stickstoffwerte nachgewiesen. Der Eintrag stammt meist aus der Landwirtschaft oder dem Verkehr und wird über große Strecken mit Winden verfrachtet.
Wie weit der Einfluss des von Menschen künstlich durch Düngemittel oder Abgase freigesetzten Stickstoffs in der Umwelt reicht, haben wiederum Forscher um James Elser von der Arizona State University in Tempe untersucht [2]. Selbst fern von Bevölkerungszentren oder intensiv landwirtschaftlich genutzten Regionen wiesen sie in Gebirgsseen der Rocky Mountains, Schwedens und Norwegens erhöhte Werte des Nährelements aus menschlichen Quellen und veränderte biogeochemische Stoffflüsse nach.

Die Überdüngung mit Stickoxiden fördert demnach zwar auf der einen Seite das Algenwachstum in den Gewässern – das Plus an Phytoplankton konkurriert nun aber verschärft um Phosphor, das damit zum Mangelfaktor wird. Pflanzen, denen es an Phosphor fehlt, bauen jedoch nur ein unzureichendes Futter für höhere Lebewesen wie Fische auf, was folglich die gesamte Nahrungskette beeinträchtigt. Zudem ist nicht ausgeschlossen, dass es in Seen – wie an Land – durch Überdüngung zu einer Verarmung der Lebensgemeinschaften kommt, weil sich vor allem die durchsetzungsstarken Arten vermehren: Sie profitieren von hohen Stickstoffgaben und verkraften gleichzeitig den relativen Phosphormangel. (dl)

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  • Quellen
[1] McCalley, C., Sparks, J.: Abiotic Gas Formation Drives Nitrogen Loss from a Desert Ecosystem. In: Science 326, S. 837–839, 2009.
[2] Elser, J. et al.: Shifts in Lake N:P Stoichiometry and Nutrient Limitation Driven by Atmospheric Nitrogen Deposition. In: Science 326, S. 835–837, 2009.

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