Einfluss extremer Wetterbedingungen auf die Isopren-Rückkopplung im Amazonas-Regenwald
Extremereignisse wie Dürren und Hitzeperioden reduzieren die Fähigkeit des Amazonasbodens, Isopren aufzunehmen, um den Faktor vier. Gleichzeitig steigen die Konzentrationen dieses Stoffes in der Atmosphäre über dem Wald.
Auswirkungen extremer Wetterereignisse auf den Boden-Atmosphäre-Austausch
- Während der El-Niño-Dürre 2023 führte eine Bodenfeuchte unter 20 % zu einer signifikanten Verringerung der Bodenatmung und der Isoprenaufnahme, was zu erhöhten Isoprenkonzentrationen über dem Wald führte.
- Die zunehmende Häufigkeit und Intensität von Dürren und Hitze durch den Klimawandel könnte die atmosphärischen Prozesse wie Oxidation, Aerosolbildung und Methanlebensdauer beeinflussen.
- Die Integration der Boden-Isoprenaufnahme in Klimamodelle könnte die Genauigkeit von Prognosen zu klimatischen Rückkopplungen verbessern.
Isopren: Bedeutung und Dynamik im Amazonasgebiet
Isopren ist eine flüchtige organische Verbindung, die vor allem von tropischen Pflanzen produziert wird. Jährlich gelangen weltweit über 500 Megatonnen Isopren in die Atmosphäre. Böden wirken als Senken für Isopren, jedoch sind deren Aufnahmeprozesse vor Ort, insbesondere im Amazonasgebiet, bislang wenig erforscht.
Ergebnisse der aktuellen Studie
Eine Untersuchung des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz analysierte Isoprenflüsse im Amazonasboden über mehrere Jahreszeiten, einschließlich der außergewöhnlichen Dürre im Jahr 2023. Die Messungen zeigten, dass unter normalen Bedingungen der Boden Isopren in erheblichem Maße aufnimmt, während unter Trockenstress die Aufnahmefähigkeit stark abnimmt. Während des El-Niño-Ereignisses 2023 sank die Isopren-Aufnahmekapazität des Bodens auf weniger als ein Viertel des üblichen Wertes.
Mechanismen der Isoprenaufnahme und atmosphärische Folgen
Die Studie verdeutlicht, dass bei Bodenfeuchten unter 20 % die Aktivität der Isopren-abbauenden Mikroorganismen eingeschränkt ist. Isopren wird in der Atmosphäre hauptsächlich durch Hydroxylradikale (OH) und in geringerem Maße durch Ozon (O₃) oxidiert. Die Konzentration von Isopren beeinflusst das Gleichgewicht zwischen biogenen Emissionen und atmosphärischen Oxidationsmitteln, was wiederum Auswirkungen auf die Lebensdauer von Treibhausgasen wie Methan und die Bildung sekundärer organischer Aerosole hat, die Wolkenbildung fördern.
Reaktion des Amazonas-Ökosystems auf Klimaextreme
Die Forschenden beobachteten, dass der Amazonaswald bei kurzfristigen Dürre- und Hitzeextremen vermehrt Isopren aus den Baumkronen emittiert, während die Bodenaufnahme gleichzeitig abnimmt. Dies bestätigt die Annahme, dass Isoprenemissionen als Schutzmechanismus der Pflanzen gegen thermischen Stress dienen.
Vergleich mit früheren Studien
Frühere Untersuchungen in künstlichen Regenwaldsystemen zeigten ähnliche Effekte: Bei Bodenfeuchten unter 19 % reduziert sich nicht nur die Aufnahme flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) durch den Boden, sondern der Boden kann selbst zur Quelle dieser Stoffe werden.
Implikationen für Klimamodelle und zukünftige Forschung
Die erhöhte Isoprenkonzentration während Dürreperioden verringert die atmosphärische Oxidationskapazität und verlängert die Verweildauer von Methan. Es bleibt offen, ob sich Bodenmikroorganismen an häufigere und intensivere Trockenphasen anpassen können. Die Einbindung der Boden-Isoprenaufnahme in globale Klimamodelle wird als wichtiger Schritt angesehen, um Rückkopplungen im tropischen Klima besser abzubilden.
Forschungsstandort und Kooperation
Die Messungen erfolgten am Amazon Tall Tower Observatory (ATTO), einem deutsch-brasilianischen Gemeinschaftsprojekt, das seit 2009 besteht. Es wird von den Max-Planck-Instituten für Biogeochemie und Chemie sowie brasilianischen Partnern betrieben und durch verschiedene nationale Förderinstitutionen unterstützt.
Kontaktinformationen der wissenschaftlichen Ansprechpartner
- Dr. Giovanni Pugliese, Abteilung Atmosphärenchemie, Max-Planck-Institut für Chemie, Tel.: +49 6131 305-4071, E-Mail: g.pugliese@mpic.de
- Prof. Dr. Jonathan Williams, Gruppenleitung Atmosphärenchemie, Max-Planck-Institut für Chemie, Tel.: +49 6131 305-4500, E-Mail: jonathan.williams@mpic.de
- Johanna Schüttler, Abteilung Atmosphärenchemie, Max-Planck-Institut für Chemie, Tel.: +49 6131 305-4542, E-Mail: j.schuettler@mpic.de
Wissenschaftliche Publikationen und weiterführende Links
Schüttler, J. M. et al.: Chiral volatile organic compound fluxes from soil in the Amazon Rainforest across seasons, Biogeosciences, 23, 3467–3498, https://doi.org/10.5194/bg-23-3467-2026, 2026.
Weitere Informationen: https://www.mpic.de/6016586/extreme-droughts-in-the-rainforest
Berichtigung zur Originalpublikation
Pugliese, G. et al.: El Niño drought and heat extremes suppress soil isoprene uptake capacity in the Amazon rainforest. Communications Earth & Environment 7, 499 (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03749-9
