Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe treibt der Mensch den Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre rapide in die Höhe, was wiederum die globalen Temperaturen erhöht.
Aber nicht alles CO2, das bei der Verbrennung von Kohle, Öl und Gas freigesetzt wird, bleibt in der Luft. Derzeit werden etwa 25 % der durch menschliche Aktivitäten erzeugten Kohlenstoffemissionen von Pflanzen absorbiert, und eine weitere ähnliche Menge landet im Meer.
Um zu wissen, wie viel mehr fossile Brennstoffe wir verbrennen können, ohne dass es zu gefährlichen Klimaveränderungen kommt, müssen wir wissen, wie sich diese „Kohlenstoffsenken“ in Zukunft verändern könnten. Eine neue Studie unter der Leitung von Dr. Sun und Kollegen, die in der US-Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, zeigt, dass das Land etwas mehr Kohlenstoff aufnehmen könnte, als wir dachten.
Aber das ändert nichts daran, wie schnell wir den Kohlenstoffausstoß verringern müssen, um einen gefährlichen Klimawandel zu vermeiden.
Modelle überschätzen CO2
Die neue Studie schätzt, dass einige Klimamodelle in den letzten 110 Jahren die Menge an CO2, die in der Atmosphäre verbleibt, um etwa 16% überschätzt haben.
Modelle sind nicht dazu gedacht, uns zu sagen, was die Atmosphäre macht: Dafür sind Beobachtungen da, und die sagen uns, dass die CO2-Konzentration in der Atmosphäre derzeit bei über 396 Teilen pro Million liegt, oder etwa 118 Teile pro Million über der vorindustriellen Zeit. Diese atmosphärischen Beobachtungen sind in der Tat die genauesten Messungen des Kohlenstoffkreislaufs.
Aber Modelle, die verwendet werden, um die Ursachen von Veränderungen zu verstehen und die Zukunft zu erforschen, stimmen oft nicht perfekt mit den Beobachtungen überein. In dieser neuen Studie haben die Autoren möglicherweise einen Grund gefunden, der erklärt, warum einige Modelle den CO2-Gehalt in der Atmosphäre überschätzen.
Blick auf die Blätter
Pflanzen nehmen Kohlendioxid aus der Luft auf, kombinieren es mit Wasser und Licht und bilden Kohlenhydrate – ein Prozess, der als Photosynthese bekannt ist.
Es ist bekannt, dass mit steigendem CO2-Gehalt in der Atmosphäre die Photosyntheserate steigt. Dies ist als CO2-Düngungseffekt bekannt.
Aber die neue Studie zeigt, dass die Modelle möglicherweise nicht ganz richtig liegen, wenn sie die Photosynthese simulieren. Der Grund liegt darin, wie sich das CO2 im Blattinneren einer Pflanze bewegt.
Modelle verwenden die CO2-Konzentration im Inneren der Blattzellen einer Pflanze, in der so genannten substomatären Höhle, um die Empfindlichkeit der Photosynthese auf steigende CO2-Mengen zu steuern. Doch das ist nicht ganz korrekt.
Die neue Studie zeigt, dass die CO2-Konzentration im Inneren der Chloroplasten einer Pflanze – den winzigen Kammern einer Pflanzenzelle, in denen die Photosynthese tatsächlich stattfindet – tatsächlich niedriger ist. Das liegt daran, dass das CO2 durch eine zusätzliche Reihe von Membranen gehen muss, um in die Chloroplasten zu gelangen.
Das bedeutet, dass die Photosynthese bei niedrigerem CO2 stattfindet, als Modelle annehmen. Da die Photosynthese bei niedrigeren CO2-Konzentrationen stärker auf steigende Werte reagiert, entfernen die Pflanzen als Reaktion auf steigende Emissionen mehr CO2, als die Modelle zeigen.
Die Photosynthese nimmt mit steigenden CO2-Konzentrationen zu, aber nur bis zu einem gewissen Punkt. Ab einem gewissen Punkt hat mehr CO2 keinen Einfluss mehr auf die Photosynthese, die gleich bleibt. Sie wird gesättigt.
Sind die Konzentrationen im Blattinneren jedoch niedriger, verzögert sich dieser Sättigungspunkt, und die Photosynthese nimmt stärker zu, was bedeutet, dass mehr CO2 von der Pflanze aufgenommen wird.
Die neue Studie zeigt, dass, wenn man das Problem der CO2-Diffusionsfähigkeit im Blatt berücksichtigt, die 16%ige Differenz zwischen modelliertem CO2 in der Atmosphäre und den realen Beobachtungen verschwindet.
Es ist ein großartiges, sauberes Stück Wissenschaft, das die Feinheiten der Blattebenenstruktur mit der Funktionsweise des Erdsystems verbindet. Wir werden die Art und Weise, wie wir die Photosynthese in Klimamodellen modellieren, noch einmal überprüfen müssen, und ob es angesichts der neuen Erkenntnisse eine bessere Methode gibt.
Verändert dies, wie viel CO2 das Land absorbiert?
Diese Studie legt nahe, dass einige Klimamodelle zu wenig simulieren, wie viel Kohlenstoff von Pflanzen gespeichert wird, und infolgedessen zu viel Kohlenstoff in die Atmosphäre gelangt. Die Landsenke könnte ein wenig größer sein – obwohl wir noch nicht wissen, wie viel größer.
Wenn die Landsenke einen besseren Job macht, bedeutet das, dass wir für eine gegebene Klimastabilisierung etwas weniger Kohlenstoffminderung betreiben müssten.
Aber bis zu einer echten Kohlenstoffsenke, die tatsächlich Kohlenstoff für eine lange Zeit speichert, ist die Photosynthese ein langer, langer Weg.
Rund 50 % des durch die Photosynthese aufgenommenen CO2 gelangen durch die Atmung der Pflanzen bald wieder in die Atmosphäre.
Von dem, was übrig bleibt, gelangen mehr als 90 % durch mikrobielle Zersetzung im Boden und Störungen wie Feuer in den folgenden Monaten bis Jahren ebenfalls zurück in die Atmosphäre – was bleibt, ist die Landsenke.
Gute Nachrichten, aber kein Grund zur Selbstzufriedenheit
Die Studie ist eine seltene und willkommene Nachricht, aber man muss sie im Kontext sehen.
Die Landsenke ist mit sehr großen Unsicherheiten behaftet, sie wurden gut quantifiziert, und die Gründe dafür sind vielfältig.
Einige Modelle deuten darauf hin, dass das Land in diesem Jahrhundert weiterhin mehr Kohlenstoff aufnehmen wird, andere sagen voraus, dass es bis zu einem gewissen Punkt mehr Kohlenstoff aufnehmen wird, und wieder andere sagen voraus, dass das Land beginnen wird, Kohlenstoff freizusetzen – und damit zu einer Quelle und nicht zu einer Senke wird.
Die Gründe dafür sind vielfältig und umfassen begrenzte Informationen darüber, wie sich das Auftauen des Permafrosts auf große Kohlenstoffspeicher auswirken wird, wie der Mangel an Nährstoffen die weitere Ausdehnung der Landsenke begrenzen könnte und wie sich die Feuerregime unter einer wärmeren Welt verändern könnten.
Diese Unsicherheiten sind zusammengenommen um ein Vielfaches größer als der mögliche Effekt der CO2-Diffusion durch die Blätter. Die Quintessenz ist, dass der Mensch weiterhin die volle Kontrolle darüber hat, was mit dem Klimasystem in den kommenden Jahrhunderten passiert, und was wir mit den Treibhausgasemissionen machen, wird weitgehend seine Flugbahn bestimmen.