Kohlenstoffspeicherung in Böden von Trockengebieten über mehrere Jahrtausende
Trockengebiete bedecken mehr als 40 % der Landfläche der Erde und sind entscheidend für den Kohlenstoffaustausch zwischen Land und Atmosphäre. Eine Untersuchung am Max-Planck-Institut für Biogeochemie zeigt, dass organischer Kohlenstoff in den Oberböden dieser Regionen im Durchschnitt etwa 2.000 Jahre alt ist – deutlich älter als bisher angenommen. Trotz dieses hohen Alters kann auch alter Kohlenstoff durch Mikroorganismen abgebaut und als CO₂ freigesetzt werden, sobald Feuchtigkeit vorhanden ist. Diese Erkenntnisse liefern wichtige Hinweise darauf, wie der Klimawandel die Kohlenstoffflüsse in Trockengebieten beeinflussen könnte.
Bedeutung und Herausforderungen von Trockengebieten
Wüsten, Steppen und Savannen bilden zusammen die größten natürlichen Ökosysteme der Erde und sind Heimat für nahezu 40 % der Weltbevölkerung. Aufgrund schneller Veränderungen in der Landnutzung ist das Verständnis der Entwicklung dieser Gebiete unter zukünftigen Klima- und Landnutzungsszenarien von großer Bedeutung. Nur durch ein fundiertes Wissen der biogeochemischen Prozesse kann eine nachhaltige Bewirtschaftung gewährleistet werden.
Obwohl Trockengebiete nur etwa 10 % des Kohlenstoffs der Landoberfläche enthalten, speichern sie rund 30 % des globalen Bodenkohlenstoffs. Die Aufnahme und Freisetzung von Kohlenstoff in diesen Böden hängt stark von der Wasserverfügbarkeit ab und variiert entsprechend mit den Niederschlagsmengen. Die Reaktion des organischen Bodenkohlenstoffs auf jährliche Niederschlagsschwankungen und Landnutzungsänderungen ist bislang jedoch unzureichend erforscht.
Methodik und zentrale Ergebnisse der Studie
Am Max-Planck-Institut für Biogeochemie wurden Radiokohlenstoffmessungen eingesetzt, um das Alter und die Verweildauer von organischem Kohlenstoff in Böden von Trockengebieten zu bestimmen. Während diese Methode in feuchteren Ökosystemen bereits etabliert ist, liegen für aride Regionen bisher nur wenige Daten vor. Dr. Jianbei Huang, Gruppenleiter am MPI-BGC, betont die Bedeutung dieser Forschungslücke und erläutert, dass Bodenproben entlang verschiedener Umwelt- und Klimagradienten in Trockengebieten weltweit gesammelt wurden.
Die Erstautorin Hui Wang analysierte organischen Kohlenstoff sowie CO₂-Emissionen aus 97 Standorten auf sechs Kontinenten. Die Ergebnisse zeigen, dass der organische Kohlenstoff in den Böden im Durchschnitt über 2.000 Jahre alt ist, während das freigesetzte CO₂ etwa 500 Jahre alt ist – Werte, die deutlich über bisherigen Modellvorhersagen liegen.
Einflussfaktoren auf das Kohlenstoffalter
Die Studie untersuchte den Einfluss von Klima, Vegetation und Bodeneigenschaften auf das Kohlenstoffalter. Dabei zeigte sich, dass Trockenheit, pflanzliche Produktivität und die Menge an organischem Kohlenstoff im Boden entscheidend sind. In Trockengebieten ist die Wasserverfügbarkeit wichtiger als die Temperatur, da sie das Pflanzenwachstum und somit die Kohlenstoffzufuhr steuert. Bei Befeuchtung trockener Böden wird auch alter Kohlenstoff durch Mikroorganismen abgebaut und als CO₂ freigesetzt.
Folgen für den Kohlenstoffkreislauf und zukünftige Entwicklungen
Die gewonnenen Erkenntnisse tragen dazu bei, die Stabilität und Veränderungen des organischen Bodenkohlenstoffs in Trockengebieten unter klimatischen und landwirtschaftlichen Veränderungen besser zu verstehen. So könnte eine Zunahme der Trockenheit infolge des Klimawandels die Verweildauer von Kohlenstoff im Boden verlängern, gleichzeitig aber die Aufnahme von zusätzlichem Kohlenstoff aus der Atmosphäre reduzieren. Maßnahmen wie Aufforstung können den Kohlenstoffeintrag erhöhen, könnten jedoch auch den Kohlenstoffumsatz beschleunigen und somit die langfristige Speicherung beeinträchtigen.
Bedeutung der Radiokohlenstoffanalyse
Die Radiokohlenstoffmessung ist ein zentrales Instrument dieser Untersuchung. Durch den natürlichen radioaktiven Zerfall lässt sich das Alter von Bodenkohlenstoff über Zeiträume von Hunderten bis Tausenden von Jahren bestimmen. Zusätzlich ermöglicht die Messung von Radiokohlenstoff, der durch Kernwaffentests in den 1960er Jahren freigesetzt wurde, die Analyse von Kohlenstoffumsätzen über kürzere Zeiträume von Jahren bis Jahrzehnten. Prof. Susan Trumbore hebt hervor, dass Radiokohlenstoff ein leistungsfähiges Werkzeug darstellt, um die Speicherzeiten und den Austausch von Kohlenstoff zwischen Land und Atmosphäre zu erfassen.
Kooperation und wissenschaftliche Leitung
Die Studie entstand im Rahmen eines interdisziplinären Projekts unter Leitung von Prof. Susan Trumbore und Dr. Jianbei Huang am Max-Planck-Institut für Biogeochemie sowie Prof. Bojie Fu und Prof. Nan Lu vom Forschungszentrum für Öko-Umweltwissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Ein internationales Team, koordiniert von Prof. Fernando T. Maestre an der King Abdullah University of Science and Technology, trug maßgeblich durch Probenahmen und Laboranalysen zum Erfolg der Untersuchung bei. Dr. Huang betont die Bedeutung der internationalen Zusammenarbeit zur Bewältigung der komplexen Herausforderungen in Trockengebieten.
Kontaktinformationen der wissenschaftlichen Ansprechpartner
- Prof. Susan Trumbore, Ph.D.
Direktorin, Max-Planck-Institut für Biogeochemie
Telefon: +49 3641 57-6110
Mobil: +49 1609 7262795
E-Mail: trumbore@bgc-jena.mpg.de - Dr. Jianbei Huang
Gruppenleiter, Max-Planck-Institut für Biogeochemie
Telefon: +49 3641 57-6368
E-Mail: hjianbei@bgc-jena.mpg.de
Originalpublikation
https://www.nature.com/articles/s41467-026-70623-9
DOI: 10.1038/s41467-026-70623-9
Weiterführende Informationen
Bildmaterial
Untersuchungsgebiete in Nordchina entlang eines Trockenheitsgradienten: (a) Wiesen-Steppe, (b) typische Steppe, (c) Wüsten-Steppe und (d) Wüsten-Buschland.
Quelle: Dr. Nan Lu & Kollegen, Max-Planck-Institut für Biogeochemie
