Langfristige Kohlenstoffspeicherung in Trockengebieten deutlich länger als angenommen
Trockengebiete bedecken etwa 40 % der Landfläche der Erde und sind entscheidend für den globalen Kohlenstoffaustausch zwischen Land und Atmosphäre. Der Großteil des Kohlenstoffs in diesen Ökosystemen ist im Boden gespeichert. Über die Stabilität und Verweildauer dieses organischen Kohlenstoffs bei Veränderungen von Klima und Vegetation ist jedoch wenig bekannt. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie haben mithilfe von Radiokohlenstoffanalysen nachgewiesen, dass der organische Kohlenstoff in den obersten Bodenschichten von Trockengebieten im Durchschnitt rund 2.000 Jahre alt ist – deutlich älter als bisher angenommen. Bei Befeuchtung trockener Böden wird jedoch auch alter Kohlenstoff durch mikrobielle Aktivität abgebaut und als CO₂ freigesetzt. Diese Erkenntnisse können die Prognosen zum Kohlenstoffkreislauf in Trockengebieten unter den Bedingungen des Klimawandels und sich ändernder Landnutzung verbessern.
Bedeutung und Herausforderungen der Kohlenstoffspeicherung in Trockengebieten
Trockengebiete stellen die größten natürlichen Ökosysteme der Erde dar, deren biologische Aktivität und Kohlenstoffflüsse stark durch Wasserverfügbarkeit eingeschränkt sind. Rund 40 % der Weltbevölkerung lebt in diesen Regionen, die zudem einem schnellen Wandel der Landnutzung unterliegen. Globale Bewertungen, unter anderem durch den Weltklimarat (IPCC), betonen die Notwendigkeit, die Entwicklung dieser Ökosysteme unter zukünftigen Klima- und Landnutzungsszenarien besser zu verstehen. Eine nachhaltige Entwicklung erfordert ein mechanistisches Verständnis der biogeochemischen Prozesse, insbesondere des Kohlenstoffkreislaufs, da trotz geringer Kohlenstoffkonzentrationen große Mengen organischen Kohlenstoffs in den Böden gespeichert sind. Schwankungen in der Wasserverfügbarkeit beeinflussen maßgeblich die Aufnahme und Freisetzung von Kohlenstoff und tragen so zu globalen jährlichen Variationen im Land-Atmosphäre-Kohlenstoffaustausch bei. Dennoch bestehen erhebliche Unsicherheiten bezüglich der Reaktion des Boden-Kohlenstoffs auf jahreszeitliche Niederschlagsvariabilität und Landnutzungsänderungen.
Radiokohlenstoffanalysen zur Bestimmung von Kohlenstoffalter und -umsatz
Das Max-Planck-Institut für Biogeochemie nutzt Radiokohlenstoffmessungen, um Alter und Umschlagszeiten von organischem Kohlenstoff in Böden zu bestimmen. Während diese Methode häufig in Wäldern und feuchten Ökosystemen eingesetzt wird, sind entsprechende Daten für Trockengebiete bislang selten, was das Verständnis der Kohlenstoffspeicherung dort einschränkt. „Die geringe Anzahl von Radiokohlenstoffmessungen in Trockengebieten begrenzt unser Wissen darüber, wie lange Kohlenstoff dort gespeichert wird und wann er freigesetzt wird“, erklärt Dr. Jianbei Huang, Gruppenleiter am MPI-BGC und leitender Autor der Studie. Um diese Lücke zu schließen, kombinierten die Forscher Radiokohlenstoffdaten mit Bodenproben, die entlang großer Umwelt- und Klimagradienten in Trockengebieten weltweit entnommen wurden.
Ergebnisse der Studie
- Die Analyse von Bodenproben aus 97 Trockengebieten auf sechs Kontinenten ergab, dass der organische Kohlenstoff im Boden durchschnittlich über 2.000 Jahre alt ist.
- Der Kohlenstoff, der als CO₂ aus dem Boden freigesetzt wird, weist ein mittleres Alter von etwa 500 Jahren auf – deutlich älter als bisherige Modellannahmen.
- Die Altersverteilung des Kohlenstoffs hängt maßgeblich von der Trockenheit, der Pflanzenproduktivität und der Menge des im Boden gespeicherten organischen Kohlenstoffs ab.
- In Trockengebieten hat die Wasserverfügbarkeit einen größeren Einfluss auf das Kohlenstoffalter als die Temperatur, da sie das Pflanzenwachstum und die Kohlenstoffzufuhr in den Boden steuert.
Folgen für Klimawandel und Landnutzung
Die Erkenntnisse deuten darauf hin, dass mit zunehmender Trockenheit infolge des Klimawandels der Kohlenstoff länger im Boden verbleiben könnte, gleichzeitig aber die Fähigkeit der Böden zur zusätzlichen Kohlenstoffaufnahme abnimmt. Maßnahmen zur Landbewirtschaftung, die den Kohlenstoffeintrag durch Vegetation erhöhen, wie etwa Aufforstung, können die Kohlenstoffspeicherung fördern. Allerdings könnten solche Eingriffe auch den Kohlenstoffumsatz beschleunigen und somit die langfristige Speicherung beeinträchtigen, erläutert Prof. Susan Trumbore, Direktorin am MPI-BGC.
Bedeutung der Radiokohlenstoffmethode
Die Radiokohlenstoffmethode ermöglicht die Altersbestimmung von Boden-Kohlenstoff über Zeiträume von Hunderten bis Tausenden von Jahren. Die durch Atomwaffentests in den 1960er Jahren entstandene überschüssige Radiokohlenstoffmenge erlaubt zudem die Abschätzung von Kohlenstoffumsätzen über Jahre bis Jahrzehnte. „Radiokohlenstoff ist ein wichtiges Instrument, um zu erfassen, wie lange Kohlenstoff im Boden gespeichert ist und wie schnell er zwischen Land und Atmosphäre zirkuliert“, so Prof. Trumbore.
Kooperation und Ausblick
Die Studie entstand im Rahmen eines interdisziplinären Projekts unter Leitung von Prof. Susan Trumbore und Dr. Jianbei Huang (MPI-BGC) sowie Prof. Bojie Fu und Prof. Nan Lu (Chinese Academy of Sciences). Die Probenentnahme und Laboranalysen wurden von einem internationalen Forscherteam koordiniert durch Prof. Fernando T. Maestre (King Abdullah University of Science and Technology) durchgeführt. Dr. Huang betont die Bedeutung internationaler Zusammenarbeit für die Bewältigung der komplexen Herausforderungen in Trockengebieten angesichts des globalen Wandels.
Kontaktinformationen der Wissenschaftler
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
https://doi.org/10.1038/s41467-026-70623-9
