Forschungsergebnisse zeigen, dass Teiche mehr Treibhausgase freisetzen als sie speichern.

19. September 2023

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von Krishna Ramanujan, Cornell University

Laut zwei verwandten Studien von Forschern der Cornell University können künstliche Teiche sowohl Treibhausgase binden als auch diese abgeben. Insgesamt könnten sie jedoch Nettoemittenten sein.

Die Studien beginnen, die signifikanten Auswirkungen sowohl künstlicher als auch natürlicher Teiche auf das globale Treibhausgasbudget zu quantifizieren, Messungen, die noch nicht gut verstanden sind.

"Globale Klimamodelle und Vorhersagen basieren auf einer genauen Erfassung der Treibhausgasemissionen und des Kohlenstoffspeichers", sagt Meredith Holgerson, Assistenzprofessorin für Ökologie und Evolutionsbiologie am College of Agriculture and Life Sciences und Hauptautorin der Studien. Nicholas Ray, ein Postdoktorand im Labor von Holgerson, ist Mitautor beider Artikel.

Holgerson und ihre Kollegen hatten zuvor geschätzt, dass Teiche - definiert als 5 Hektar oder weniger und von denen es 1 Milliarde auf der Erde geben könnte - 5% der globalen Methanemissionen in die Atmosphäre beitragen könnten. Aber ohne genaue Messungen über viele Gewässer hinweg könnte diese Zahl halb so hoch oder doppelt so hoch sein. Gleichzeitig gibt es nur sehr wenige Schätzungen zu den Einbegräbnisraten von Kohlenstoff in Teichen.

In einem Artikel mit dem Titel "Hohe Raten der Einbegrabung von Kohlenstoff durch autochthone Produktion in künstlichen Teichen" in der Zeitschrift Limnology and Oceanography Letters wird analysiert, wie viel Kohlenstoff in 22 Experimentalteichen der Cornell University gebunden wird.

Die identischen Teiche - es gibt 50 - wurden 1964 errichtet und boten hoch kontrollierte Umgebungen mit detaillierten Aufzeichnungen aus früheren Studien. Die Daten ermöglichten es Holgerson und Ray, zu bewerten, wie die Bewirtschaftungsmaßnahmen zum Kohlenstoffspeicher beitragen.

In der Studie untersuchten die Forscher die bisherigen Bewirtschaftungsaktivitäten und entnahmen Sedimentkerne sowie Messungen der Sedimentdicke für jeden der 22 Untersuchungsteiche. Sie bestimmten die Menge an Kohlenstoff im Sediment, extrapolierten diese Messungen auf den gesamten Teich und teilten diese Zahl durch das Alter des Teichs, um die jährlich pro Quadratmeter sequestrierte Kohlenstoffmenge zu erhalten. Diese Zahl ist in der gleichen Größenordnung wie Feuchtgebiete und Mangroven und höher als bei Seen.

Sie stellten auch fest, dass die Einbegrabungsraten von Kohlenstoff durch aquatische Pflanzen (solche, die groß genug sind, um gesehen zu werden), Fische und Zugaben von hohem Stickstoffgehalt im Verhältnis zu Phosphor beeinflusst werden, Nährstoffe, die sich in einem stehenden Teich nicht erneuern und begrenzt werden können. Die richtigen Arten und Verhältnisse zugefügter Nährstoffe fördern das Pflanzenwachstum, das Kohlenstoff für Zellen verwendet, und werden auf dem Teichboden abgelagert, wenn die Pflanzen absterben.

Obwohl Daten zur organischen Kohlenstoffeinlagerung in natürlichen Teichen fehlen, haben die Forscher ihre Ergebnisse extrapoliert, um die gesamte Kohlenstoffeinlagerungsrate in natürlichen und künstlichen Teichen weltweit abzuschätzen. Sie kamen zu dem Schluss, dass natürliche und künstliche Teiche 65% bis 87% der insgesamt von allen Seen geschätzten Menge speichern, was darauf hinweist, dass Wissenschaftler die Kohlenstoffbindung in Teichen und Seen weltweit unterschätzen.

Die zweite Studie mit dem Titel "Hohe intra-saisonale Variabilität der Treibhausgasemissionen aus temperierten künstlichen Teichen" wurde in der Zeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht und untersucht saisonale Emissionen von Treibhausgasen (hauptsächlich Kohlendioxid und Methan) aus vier Experimentalteichen der Cornell University.

In der Studie maßen die Forscher die Gasemissionen aus den Teichen ungefähr alle zwei Wochen über den Zeitraum einer eisfreien Periode im Jahr 2021.

"Globale Schätzungen der Treibhausgasbudgets von Teichen sind sehr unsicher, unter anderem aufgrund fehlender zeitlicher Messungen", sagt Ray, der Hauptautor der Studie ist. Die Forscher fanden heraus, dass Methan - ein 25-mal stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid - den Großteil der jährlich emittierten Gase ausmachte und dass Kohlendioxid- und Methanemissionen je nach Jahreszeit stark variierten.

Die Teiche nahmen Kohlendioxid auf, wenn die Pflanzen im Frühsommer wuchsen, und gaben es später im Jahr ab, wenn die Pflanzen sich zersetzten. Methan wurde während der warmen Monate emittiert, aber es gab hohe wöchentliche Schwankungen in den Emissionen, was darauf hinweist, dass häufige Probenahmen für eine genaue Erfassung erforderlich sind.

The researchers found that when water was stratified (a layer of warm water sitting on top of cold bottom waters), methane built up and led to overall higher emissions than when water was mixed by wind or sudden cooling. That's because micro-organisms on the pond bed that produce methane require low-oxygen conditions that is disrupted by mixing.

When the results from the two papers are considered together, ponds are net emitters of greenhouse gases, due to methane release overwhelming the amount of carbon stored in the sediments. But the findings also offer the possibility of reducing methane emissions with bubblers or underwater circulators.

'If we could reduce that methane number, we could potentially flip these ponds from being net emitters to net sinks, but we have to get a handle on that methane,' Holgerson said.

Journal information: Limnology and Oceanography Letters , Geophysical Research Letters

Provided by Cornell University