Pflanzen speichern Kohlenstoff vielleicht nicht so lange, wie wir dachten

Die Pflanzen der Erde halten das Kohlendioxid nicht so lange zurück, wie wir dachten.

Eine neue Analyse von Pulsen des radioaktiven Kohlenstoffs-14 aus den Atombombentests des 20. Jahrhunderts zeigt, dass Pflanzen mehr Kohlenstoff in kurzlebigen Geweben wie Blättern speichern als zuvor angenommen, berichten Wissenschaftler in der Ausgabe vom 21. Juni in Science. Das bedeutet, dass dieser Kohlenstoff wahrscheinlich anfälliger für eine erneute Freisetzung in die Atmosphäre ist - was möglicherweise die Schätzungen darüber, wie viel anthropogener Kohlenstoff von der Biosphäre aufgenommen werden kann, verändert, sagt das Team.

Im Juli 1945 detonierte die Vereinigten Staaten die erste Plutoniumbombe. Dieser "Trinity"-Test leitete Jahrzehnte von Atomwaffentests ein, insbesondere in den 1950er und frühen 1960er Jahren. Jede Detonation schickte einen großen Peak des radioaktiven Kohlenstoffs-14, einer Variante von Kohlenstoff, in die Atmosphäre der Erde. Der Bombenradiokohlenstoff gelangte dann in den Kohlenstoffzyklus der Erde, indem er seinen Weg durch die Ozeane und die Biosphäre der Erde fand.

Diese Tatsache wurde zu einem wissenschaftlichen Lichtblick der Bombentests: Die Bursts von Radiokarbon, die durch das System der Erde zirkulierten, erkannten die Wissenschaftler, ähnelten stark den Pulsen von radioaktiven medizinischen Tracern, die sich durch einen menschlichen Körper bewegten. Sie boten Wissenschaftlern eine einzigartige Gelegenheit, den Kohlenstoff zu verfolgen und zu analysieren, wo und wie lange er weltweit gespeichert und freigesetzt wurde.

Diese Information ist jetzt entscheidend. Da sich das Klima wegen der Ansammlung von Kohlenstoffdioxid und anderen Treibhausgasen in der Atmosphäre erwärmt, ist es dringend erforderlich zu verstehen, wie lange die Biosphäre der Erde - einschließlich ihrer Pflanzen und Böden - einen Teil dieses Kohlenstoffs speichern kann, sagt Heather Graven, eine Atmosphärenwissenschaftlerin am Imperial College London.

Aktuelle Computermodelle des Klimas schätzen, dass die Vegetation und Böden der Erde etwa 30 Prozent der durch den Menschen verursachten Kohlendioxidausstoße aufnehmen. Graven und ihre Kollegen waren neugierig darauf. "Wir waren daran interessiert, uns die Modelle der Biosphäre anzusehen und wie gut sie das Radiokohlenstoff aus den Bombentests darstellten", sagt sie.

In der neuen Studie konzentrierten sich Graven und ihre Kollegen auf einen kurzen Zeitraum von 1963 bis 1967, in dem es keine Bombentests gab. Das bedeutete, dass keine neuen Pulse die Daten verwirrten - nur Radiokohlenstoffpulse, die bereits durch das System wanderten. Das Team konzentrierte sich auch nur auf den Teil der Kohlenstoffspeicherung im Pflanzenwachstum.

Das Team begann damit, neu zu bewerten, wie viel Kohlenstoff-14 geschätzt wurde, aus den Bombentests in die obere Atmosphäre einzutreten, und wie viel in dieser Zeit in die untere Atmosphäre und in die Ozeane überging. Dazu aktualisierten die Forscher frühere Schätzungen mit Kohlenstoff-14-Daten, die von Flugzeugen, Stratosphärenballons und Ozeanbojen gesammelt wurden. Von dort aus berechneten sie, wie viel Kohlenstoff-14 in die Biosphäre eingetreten sein muss. Das Team verglich dann satellitengestützte Beobachtungen der Kohlenstoffspeicherung in lebendiger Vegetation mit Computersimulationen, in denen berechnet wurde, wo der Kohlenstoff in den Pflanzen angesammelt wurde.

Die Ergebnisse waren überraschend, sagt Graven. Die meisten aktuellen Computersimulationen der Vegetation und des Klimas unterschätzen, wie schnell die Pflanzen wachsen, haben sie herausgefunden. Die aktuellen Modelle legen nahe, dass die Pflanzen zwischen 43 Billionen und 76 Billionen Kilogramm Kohlenstoff pro Jahr aufnehmen; die neue Studie erhöht das auf mindestens 80 Billionen - möglicherweise doppelt so viel.

Das klingt nach guten Nachrichten, wenn es darum geht, Hoffnungen zu hegen, überschüssigen Kohlenstoff aus menschlichen Aktivitäten in der Biosphäre zu speichern. Aber, so fand das Team heraus, gibt es auch eine Kehrseite. Die Verfolgung des radioaktiven Kohlenstoffs aus den Bombentests zeigte auch, dass mehr Kohlenstoff in kurzlebigen Biomassen wie Blättern und dünnen, feinen Wurzeln gespeichert wird als zuvor angenommen. Diese Gewebe sind weitaus anfälliger für die Zersetzung, die Kohlenstoff freisetzt, als langlebigere Gewebe wie Stängel und größere Wurzeln.

"Der Kohlenstoff, der jetzt [in die Pflanzen] gelangt, wird nicht so lange vorhanden sein, wie wir dachten", sagt Graven. Und das unterstreicht, wie wichtig es ist, die Emissionen fossiler Brennstoffe zu begrenzen, sagt sie. "Es gibt eine Grenze dafür, wie viel wir in der Vegetation speichern können."

Was diese Erkenntnisse für zukünftige Prognosen des Klimas bedeuten und wie am besten die Rolle der Vegetation in diesen Modellen zu berücksichtigen ist, ist noch nicht klar, sagt Lisa Welp, eine Biogeochemikerin von der Purdue University in West Lafayette, Indiana, die nicht an der Studie beteiligt war. Aber, so sagt sie, sie untergraben das Vertrauen in die Fähigkeit der Klimamodelle, diese Rolle angemessen zu simulieren.