Verwitterung und Bodenentwicklung als Bühne des biologischen Kohlenstoffkreislaufs?

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Böden bilden ein wichtiges Reservoir für Kohlenstoff, das einen Anstieg von CO2 in der Atmosphäre eindämmen kann. In einem kürzlich veröffentlichten Artikel in Nature Geoscience veröffentlichten Studie untersuchte ein internationales Forscherteam Faktoren, die auf die Kohlenstoffspeicherung in den Böden entlang einer 3 Millionen Jahre alten Chronosequenz im Kalifornischen Central Valley einwirken. Die Wissenschaftler stellen fest, wie Verwitterung und Bodenentwicklung zahlreiche wichtige Bestandteile des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufes kontrollieren und beeinflussen.

Böden spielen eine Schlüsselrolle beim Austausch von Kohlendioxid (CO2) zwischen Land und Atmosphäre. Die Quantifizierung der Kohlenstoffdynamik im Boden ist daher von größter Bedeutung im Zusammenhang mit Klimawandel. Ob Böden Kohlenstoff speichern oder freigeben, hängt meist von klimatischen Faktoren und dem Management ab. Diese kontrollieren das Pflanzenwachstum und damit den Umfang des Kohlenstoffs, der in den Boden gelangt, sowie die Aktivität von Mikroorganismen, welche die Freisetzung von Kohlenstoff in die Atmosphäre steuern. Darüber hinaus kann die Geologie einer Region geochemische Parameter steuern, die mitbestimmen, wie Böden gebildet werden und sich entwickeln.

Ein internationales Team von Wissenschaftlern, geleitet von Dr. Sebastian Doetterl (Universität Augsburg) und Prof. Dr. Asmeret A. Berhe (University of California) hat nun gezeigt, wie wichtig es ist, langfristige Verwitterung und Bodenentwicklung zu verstehen, um kurzzeitige Effekte auf Kohlenstoffdynamiken im Boden beurteilen zu können.

Die Arbeiten wurden an Böden einer Sequenz von Flussterrassen im kalifornischen Central Valley durchgeführt, in dem seit Jahrmillionen Material aus dem Hochland der Sierra Nevada abgelagert wird. (Bild: Sebastian Dötterl)

„Momentan ist das Verständnis von aktuellen und zukünftigen Kohlenstoffdynamiken in Böden dadurch eingeschränkt, dass unsere Modelle daran scheitern, den Einfluss der Bodenentwicklung auf den Kohlenstoffkreislauf abzubilden“, erklärt Doetterl. Die Forscher demonstrieren jetzt, wie Verwitterung und Bodenentwicklung u. a. das Pflanzenwachstum, mikrobielle Gemeinschaften und die Stabilisierung von Kohlenstoff über die Zeit hinweg beeinflussen. Das internationale Team arbeitete dafür an einer Sequenz von Böden unterschiedlichen Alters, bei der junge Böden nur einige Jahre und die ältesten mehrere Millionen Jahre Entwicklung hinter sich haben. „Dieser Unterschied im Entwicklungszustand”, berichtet Berhe, “ermöglichte es uns, die Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf im zeitlichen Verlauf zu untersuchen, beispielsweise ökologische Veränderungen, die durch unterschiedliche Nährstoffverfügbarkeit hervorgerufen werden, oder auch den Einfluss, den die Erderwärmung auf biologische Prozesse haben könnte.”

Festgestellt wurde, dass die durch Verwitterung beeinflusste Reaktivität von Mineralen eine große, sich mit der Zeit wandelnde Rolle spielt und die Nährstoffverfügbarkeit, die Kohlenstoffeinträge und –stabilisierung sowie mikrobielle Gemeinschaften und deren Aktivität in Böden stark beeinflusst. Gezeigt werden konnte darüber hinaus, dass biogeochemische Veränderungen im Boden viel stärker als erwartet die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft und deren Strategien, Nährstoffe zu akquirieren, kontrollieren kann. Konkret wird die Nährstoffverfügbarkeit und -speicherung durch Verwitterung anfangs erhöht, später dann verringert. Dasselbe gilt für das Potential der Böden, Kohlenstoff zu stabilisieren. Diese Veränderungen beeinflussen dann auch die Reaktion der Böden auf Erwärmung. Diese Reaktion fällt unterschiedlich stark aus, obwohl die Böden ursprünglich aus dem gleichen Material entstanden sind.

Wesentlicher Schritt zu besseren Prognosen des Kohlenstoffkreislaufs

Auf die Frage, wie diese neuen Erkenntnisse zur Verbesserung künftiger Voraussagen zum Kohlenstoffkreislauf beitragen, meint Dötterl: „Entscheidend ist, dass unsere Studie zeigt, wie eng einerseits biologische Prozesse, die auf einer kurzen Zeitskala ablaufen, und andererseits langfristige verwitterungsbedingte Veränderungen miteinander verflochten sind. Wir hoffen, dass diese Erkenntnisse dabei helfen können, das vorhandene Wissen zur Kohlenstoffdynamik in globale Modelle besser einbinden zu können. Wenn die Biologie, die den Kohlenstoffkreislauf verändert, sich auf einer Bühne geochemischer Veränderungen bewegt und erklären lässt, dann könnten einfachere Ansätze und größere Datensätze mit Informationen zu Bodeneigenschaften und Bodenmineralogie ausreichen, bessere Zukunftsprognosen zum Kohlenstoffkreislauf zu erarbeiten.”
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Veröffentlichung:
Doetterl S., Berhe A.A., Arnold C., Bodé S., Fiener, P., Finke P., Fuchslueger L., Griepentrog, M., Harden J.W., Nadeu E., Schnecker J., Six J., Trumbore S., Van Oost, K., Vogel C., Boeckx P. 2018. Links among warming, carbon and microbial dynamics mediated by soil mineral weathering. Nature Geoscience, DOI: http://doi.org/10.1038/s41561-018-0168-7.

Quelle: off. Pn der Universität Augsburg

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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.