Wie weit können Pflanzen die Erderwärmung verlangsamen?

Stanford-geführte Studie misst Potenzial von Bäumen

Ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Stanford University und der Autonomen Universität Barcelona hofft, dass Bäume bis mindestens zum Ende des Jahrhunderts weiterhin großzügig Kohlendioxid aufnehmen. Die am 12.08.2019 in Nature Climate Change veröffentlichte Studie warnt jedoch davor, dass Bäume nur einen Bruchteil des Kohlendioxids in der Atmosphäre aufnehmen können und ihre Fähigkeit, dies auch über 2100 hinaus zu tun, ist unklar.

Durch die Analyse jahrzehntelanger Experimente kartierten die Forscher das Potenzial von Kohlendioxid zur Erhöhung der Waldbiomasse bis zum Ende des Jahrhunderts, wenn sich die atmosphärischen Konzentrationen des Gases fast verdoppeln werden. Dies wiederum wird es Pflanzen und Bäumen ermöglichen, mehr Kohlenstoff zu speichern – schreibt Rob Jordan auf der Stanford-Webseite.

Mischwald bei Kallmünz, Opf. – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify

Bäume reinigen die Luft, die wir atmen, und verlangsamen die Folgen der globalen Erwärmung, indem sie etwa ein Viertel aller vom Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen absorbieren. Aber das kann angesichts der unverminderten Verbrennung fossiler Energieträger und der Entwaldung wahrscheinlich nicht ewig anhalten. Wissenschaftler fragen sich seit langem, ob und wann Bäume und Pflanzen eine Bruchstelle erreichen und nicht mehr ausreichend Kohlendioxid aufnehmen können.

“Fossile Brennstoffe im Boden zu halten ist der beste Weg, um die weitere Erwärmung zu begrenzen”, sagte der Studienleiter César Terrer, Postdoc in Erdsystemwissenschaften an der Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences. “Aber die Abholzung zu stoppen und Wälder zu erhalten, damit sie mehr wachsen können, ist unsere nächstbeste Lösung.”

Abstract aus Nature Climate Change “Nitrogen and phosphorus constrain the CO2 fertilization of global plant biomass”

Deutscher Laubwald – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify

“Experimente mit erhöhtem CO2 (eCO2) liefern wichtige Informationen, um die Auswirkungen des CO2-Anstiegs auf die Vegetation zu quantifizieren. Viele eCO2-Experimente deuten darauf hin, dass Nährstoffeinschränkungen die lokale Größenordnung des eCO2-Effekts auf pflanzliche Biomasse modulieren, aber das globale Ausmaß dieser Einschränkungen wurde nicht empirisch quantifiziert, was Prognosen über die Kapazität von Pflanzen zur Aufnahme von CO2 erschwert. Hier präsentieren wir eine datengetriebene globale Quantifizierung des eCO2-Effekts auf Biomasse basierend auf 138 eCO2-Experimenten. Die Stärke der CO2-Düngung wird hauptsächlich durch Stickstoff (N) in ~65% der globalen Vegetation und durch Phosphor (P) in ~25% der globalen Vegetation bestimmt, wobei die N- oder P-Begrenzung durch Pilz-Pflanzen-Symbiosen moduliert wird. Unser Ansatz legt nahe, dass der bis 2100 erwartete CO2-Gehalt die pflanzliche Biomasse potenziell um 12 ± 3% über den aktuellen Werten steigern kann, was 59 ± 13 PgC entspricht. Die Reaktion auf eCO2, die wir aus Experimenten ableiten, ähnelt der bisherigen Veränderung von Grün- und Biomasse mit steigendem CO2, was darauf hindeutet, dass CO2 trotz der einschränkenden Wirkung von Bodennährstoffen auch in Zukunft die pflanzliche Biomasse stimulieren wird. Unsere Forschung versöhnt widersprüchliche Erkenntnisse über die CO2-Düngung über Skalen hinweg und liefert eine empirische Schätzung der Empfindlichkeit der Biomasse gegenüber eCO2, die dazu beitragen kann, die Klimaprojektionen einzuschränken.”

Wiegen von Kohlendioxid

Kohlendioxid – das dominierende erderwärmende Treibhausgas – ist Nahrung für Bäume und Pflanzen. In Kombination mit Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor hilft es den Bäumen zu wachsen und zu gedeihen. Aber wenn die Kohlendioxid-Konzentration steigt, benötigen die Bäume zusätzlichen Stickstoff und Phosphor, um ihre Ernährung auszugleichen. Die Frage, wie viel zusätzliche Kohlendioxidbäume angesichts der Einschränkungen dieser anderen Nährstoffe aufnehmen können, ist eine entscheidende Unsicherheit bei der Vorhersage der globalen Erwärmung.

Für 2100 erwarteter potenzieller Anstieg der pflanzlichen Biomasse in den USA für den Kohlendioxidgehalt – © César Terrer

“Bäume pflanzen oder restaurieren ist wie Geld auf die Bank legen”, sagte Co-Autor Rob Jackson, Michelle und Kevin Douglas Provostial Professor für Erdsystemwissenschaften in Stanford. “Zusätzliches Wachstum durch Kohlendioxid sind die Zinsen, die wir aus unserer Bilanz  bekommen. Wir müssen wissen, wie hoch der Zinssatz für unsere CO2-Investitionen sein wird.”

Waldweg im Berliner Grunewald, 2014 – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify

Mehrere Einzelversuche, wie Belüftung von Wäldern mit erhöhtem Kohlendioxidgehalt und Anbau von Pflanzen in gasgefüllten Kammern, haben kritische Daten geliefert, aber keine endgültige Antwort auf globaler Ebene. Um die Fähigkeit von Bäumen und Pflanzen, in Zukunft Kohlendioxid abzusondern, genauer vorherzusagen, synthetisierten die Forscher Daten aus allen bisher durchgeführten Experimenten mit erhöhtem Kohlendioxid – in Grünland-, Strauch-, Acker- und Waldsystemen – einschließlich der von den Forschern geleiteten.

Mit statistischen Methoden, Maschinenlernen, Modellen und Satellitendaten quantifizierten sie, wie viel Bodennährstoffe und Klimafaktoren die Fähigkeit von Pflanzen und Bäumen, zusätzliches Kohlendioxid aufzunehmen, einschränken. Basierend auf globalen Datensätzen von Bodennährstoffen kartierten sie auch das Potenzial von Kohlendioxid, um die Menge und Größe der Pflanzen in Zukunft zu erhöhen, wenn sich die atmosphärische Konzentration des Gases verdoppeln könnte.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass der bis Ende des Jahrhunderts erwartete Kohlendioxidausstoß die pflanzliche Biomasse um 12 Prozent erhöhen sollte, so dass Pflanzen und Bäume mehr Kohlendioxid speichern können – eine Menge, die sechs Jahren aktuellen Emissionen fossiler Brennstoffe entspricht. Die Studie hebt wichtige Partnerschaften hervor, die Bäume mit Bodenmikroben und Pilzen eingehen, um ihnen zu helfen, den zusätzlichen Stickstoff und Phosphor aufzunehmen, den sie benötigen, um ihre zusätzliche Kohlendioxidaufnahme auszugleichen.

Zerstörter Regenwald bei Homoxi-Jeremias, Roraima_Brasilien – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft

Er betont auch die entscheidende Rolle der tropischen Wälder, wie sie beispielsweise im Amazonasgebiet, im Kongo und in Indonesien als Regionen mit dem größten Potenzial zur Speicherung von zusätzlichem Kohlenstoff spielen.

“Wir haben bereits wahllose Abholzung in unberührten tropischen Wäldern erlebt, die die größten Biomasse-Reservoirs der Welt sind”, sagte Terrer, der auch am Institut de Ciència i Tecnologia Ambientals der Universitat Autònoma de Barcelona arbeitet. “Wir werden ein enorm wichtiges Instrument verlieren, um die globale Erwärmung zu begrenzen.”

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