Seismograph Regenwald: Wissenschaftler aus Jena haben Beweise für stärkere Kohlenstoffbilanz-Schwankungen

Die Forscher haben natürliche Schwankungen analysiert, denen die von tropischen Regenwäldern aufgenommenen und abgegebenen Kohlendioxidmengen von Jahr zu Jahr unterliegen.

"Die tropischen Ökosysteme sind insgesamt offensichtlich empfindlicher für Klimaschwankungen geworden." Martin Heimann, Direktor des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie, Jena.  Foto: Martin Jehnichen

"Die tropischen Ökosysteme sind insgesamt offensichtlich empfindlicher für Klimaschwankungen geworden." Martin Heimann, Direktor des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie, Jena. Foto: Martin Jehnichen

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Jena. Der Klimawandel hat die Welt offenbar fest im Griff. Diese Vermutung, die Klimaforscher schon länger hegen, bestätigt sich jetzt. Eins der größten Ökosysteme - der tropische Regenwald - reagiert wie ein Seismograph selbst auf feinste Temperaturveränderungen, hat ein internationales Teamherausgefunden, an dem auch Martin Heimann, Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena beteiligt war. Anhand von Messdaten können die Forscher erstmals belegen, dass sich die Rückkopplung zwischen Temperaturveränderungen in den Tropen und dem globalen Kohlenstoffbudget mit dem Klimawandel verstärkt.

Die Forscher haben natürliche Schwankungen analysiert, denen die von tropischen Regenwäldern aufgenommenen und abgegebenen Kohlendioxidmengen von Jahr zu Jahr unterliegen. Demnach reagiert der tropische Kohlendioxidhaushalt immer empfindlicher auf Temperaturveränderungen; die Klimaforscher sprechen davon, dass der Kohlenstoffkreislauf sensitiver wird.

"Wir haben anhand von Messdaten jetzt erstmals nachgewiesen, dass sich die Sensitivität des tropischen Kohlenstoffhaushalts für Temperaturveränderungen bei einer Erwärmung erhöht", sagt Martin Heimann. "Unserer Analyse zufolge reagieren die Schwankungen, denen die Kohlenstoffbilanz von Jahr zu Jahr unterliegt, heute doppelt so empfindlich auf Unterschiede in der mittleren Jahrestemperatur wie vor 50 Jahren."

Generell nehmen die tropischen Regenwälder mehr Kohlendioxid auf, als sie abgeben. In wärmeren Jahren binden sie aber weniger Treibhausgas als in kühleren. "Weil die Erde sich aber in den vergangenen Jahrzehnten insgesamt erwärmt hat, blieben in den vergangenen 20 Jahren bei einer kurzfristigen Erwärmung um ein Grad Celsius zwei Milliarden Tonnen mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre als in der Zeit von 1961 bis 1980. Das ist mehr als doppelt so viel Treibhausgas, wie in Deutschland jährlich in die Luft geblasen wird", erklärt der Klimaforscher aus Jena. In kühleren Jahren nehmen die Regenwälder die gleiche Menge zwar auch wieder auf, die höhere Sensitivität der kurzfristigen Schwankungen könnte aber auch für langfristige Veränderungen im Klimasystem sprechen, vermutet Heimann.

Als Grund für das heftigere Auf und Ab in der tropischen Kohlenstoffbilanz hat die Forschergruppe Veränderungen in der Photosyntheserate der Pflanzen ausgemacht. "Auf Änderungen der Bodenfeuchtigkeit reagieren die tropischen Regenwälder sehr empfindlich", sagt Martin Heimann. Denn bei größerer Trockenheit fahren Pflanzen ihre Photosynthese zurück und bauen weniger Biomasse auf. Alles in allem entweicht in den Tropen so mehr Kohlendioxid, wenn aus den Böden mit steigender Temperatur mehr Wasser verdunstet.

Nachzuweisen, dass in den Tropen von Jahr zu Jahr mit steigender Temperatur überproportional viel Kohlendioxidin die Atmosphäre abgegeben wird, sei allerdings schwierig: "Für die letzten 50 Jahre verfügen wir nur über Daten zum globalen Kohlenstoffbudget", erklärt Martin Heimann. Diese stammen von Messungen auf dem Vulkan Mauna Loa auf Hawaii, wo der Kohlendioxidgehalt der Luft nicht von lokalen menschlichen Aktivitäten oder von Vegetation beeinflusst wird. "Die dortigen Messwerte geben sehr gut den durchschnittlichen Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre wieder. Gleiches gelte für Daten vom Südpol. Beide Datensätze zeigen, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre in den vergangenen 50 Jahren deutlich gestiegen ist." Sie zeigen aber auch, dass der CO2-Gehalt nicht kontinuierlich zunimmt, sondern die Rate von Jahr zu Jahr schwankt.

"Wir haben mit aufwendigen mathematischen Analysen einen klaren Zusammenhang zwischen den Temperaturschwankungen in den Tropen und der Variabilität des globalen Kohlenstoffbudgets nachgewiesen", sagt Heimann. Dafür testen die Forscher, welche möglichen Einflussfaktoren über die Jahre hinweg einer ähnlichen Zickzack-Bewegung folgen wie die Kohlendioxiddaten. So erkannten sie, dass nur die Temperatur in den Tropen das Auf und Ab mitmacht.

Die Erkenntnisse zur Rückkopplung zwischen den kurzfristigen Schwankungen im globalen Kohlenstoffbudget und den tropischen Temperaturveränderungen werden zu einer Hausaufgabe für die Forscher, die das Klima mit Modellrechnungen simulieren. Denn derzeit gibt kaum ein Modell diesen Zusammenhang wieder. Klimamodelle sollen vor allem langfristige Entwicklungen korrekt berechnen. Und genau zu diesen gehörten viele der Rückkopplungen, die die Entwicklung des Klimas in den kommenden Jahrzehnten entscheidend beeinflussen dürften.

Auch für die Wissenschaftler, die sich auf das Sammeln und die Analyse von Daten verlegt haben, bleibe viel zu tun. Sie könnten den Modellierern mit genaueren Daten helfen, wie Pflanzen und ganze Ökosysteme auf den Klimawandel reagieren. "Wir brauchen Langzeitexperimente, um den Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffhaushalt von Pflanzen und Klimaänderungen besser zu verstehen", sagt Martin Heimann. Gefragt sind auch Messungen, wie viel Kohlendioxid tropische Wälder und andere Ökosysteme im Mittel abgeben oder aufnehmen.

Daran arbeiten auch die Jenaer Max-Planck-Wissenschaftler. So koordiniert Heimann das Zotto-Projekt, bei dem Forscher mit einem gut 300 Meter hohen Turm in der sibirischen Taiga deren Kohlenstoffhaushalt beobachten. Mit "Atto" wollen Max-Planck-Forscher einen weiteren Turm im brasilianischen Amazonasgebiet errichten, um zu messen, wie viel Kohlendioxid der tropische Regenwald speichert oder abgibt.

"Solche Messungen tragen wie die aktuellen Ergebnisse dazu bei, dass wir ein genaueres Bild vom Klimawandel erhalten, den uns die nächsten Jahrzehnte bringen werden. Wie wir mit den Erkenntnissen umgehen, kann allerdings das beste Klimamodell nicht beeinflussen", betont Heimann.

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