Kohlenstoffkreislauf reagiert immer empfindlicher

Klimaforscher hegen die Vermutung schon länger, nun konnte sie ein internationales Forscherteam bestätigen: Die Rückkopplung zwischen Temperaturveränderungen in den Tropen und dem globalen Kohlenstoffbudget verstärkt sich mit der Erderwärmung. Dies bleibt nicht ohne Folgen für den Klimawandel.

Klimamodelle können auch nach mehreren Jahren Forschung zahlreiche Prozesse und Zusammenhänge im Klimasystem noch nicht genau rekonstruieren. Bisher unbeantwortet blieb zum Beispiel die Frage, wie sich Rückkopplungen zwischen Klimaerwärmung und Kohlenstoffkreislauf auswirken werden. So wird von Wissenschaftlern angenommen, dass die Menge des Kohlendioxids in der Luft durch manche komplexe Prozesse (wie dem Auftauen der Permafrostböden durch steigende Temperaturen) erhöht, durch andere wiederum verringert wird (zum Beispiel durch Verstärktes Pflanzenwachstum aufgrund höherer CO2-Konzentration in der Luft). Die Wahrscheinlichkeit ist jedoch hoch, dass sich die Prozesse, die eine Erwärmung anheizen, auf lange Sicht hin durchsetzen werden.

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Um zukünftig genauere Klimaprognosen treffen zu können, müssen diese Rückkopplungsmechanismen besser verstanden werden. Genau hier ist eine Kollaboration internationaler Wissenschaftler nun einen entscheidenden Schritt weitergekommen. „Wir haben anhand von Messdaten jetzt erstmals nachgewiesen, dass sich die Sensitivität des tropischen Kohlenstoffhaushalts für Temperaturveränderungen bei einer Erwärmung erhöht“, erklärt Martin Heimann, Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena. „Unserer Analyse zufolge reagieren die Schwankungen, denen die Kohlenstoffbilanz von Jahr zu Jahr unterliegt, heute doppelt so empfindlich auf Unterschiede in der mittleren Jahrestemperatur wie vor 50 Jahren.“

Demnach blieben in den vergangenen 20 Jahren bei einer kurzfristigen Erwärmung um ein Grad Celsius zwei Milliarden Tonnen mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre als in der Zeit von 1961 bis 1980. Das ist mehr als doppelt so viel Treibhausgas, wie in Deutschland jährlich in die Luft geblasen wird. In kühleren Jahren nehmen die Regenwälder die gleiche Menge zwar wieder auf, die höhere Sensitivität der kurzfristigen Schwankungen könnte aber auch für langfristige Veränderungen im Klimasystem sprechen. „Die tropischen Ökosysteme sind insgesamt offensichtlich empfindlicher für Klimaschwankungen geworden“, so Heimann.

Die Ursache für das heute heftigere Auf und Ab in der tropischen Kohlenstoffbilanz liegt wohl in einem Wandel der Photosyntheserate der Pflanzen, da die tropischen Regenwälder auf Änderungen der Bodenfeuchtigkeit sehr empfindlich reagieren. Bei größerer Trockenheit fahren Pflanzen ihre Photosynthese zurück und bauen weniger Biomasse auf. Alles in allem entweicht in den Tropen so mehr Kohlendioxid, wenn aus den Böden mit steigender Temperatur mehr Wasser verdunstet.

Mit aufwendigen mathematischen Analysen konnte das Forscherteam schließlich den Nachweis für einen Zusammenhang zwischen den Temperaturschwankungen in den Tropen und der Variabilität des globalen Kohlenstoffbudgets liefern. Für die Forscher ergeben sich durch die neu gewonnenen Erkenntnisse ein enormer Forschungsbedarf und weitere Messungen, wie viel Kohlendioxid tropische Wälder und andere Ökosysteme im Mittel abgeben oder aufnehmen. Denn umso genauer die Modellierungen, umso genauer die Prognosen der Klimaforscher:  „Wir brauchen Langzeitexperimente, um den Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffhaushalt von Pflanzen und Klimaänderungen besser zu verstehen.“, stellt Martin Heimann fest.

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