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Im Jahresverlauf nimmt die Erde Kohlendioxid auf und gibt es wieder ab – im Sommer vor allem durch den Stoffwechsel von Pflanzen, im Winter durch die Zersetzung von Biomasse. Doch durch die globale Erwärmung wird dieses natürliche Auf und Ab, der „Atem“ der Erde, immer extremer. Besonders in den nördlichen Breiten atmet die Erde mittlerweile deutlich schneller, so eine neue Metastudie. Das wiederum könnte den Klimawandel weiter vorantreiben.
Pflanzen und Böden wirken wie die Lungen der Erde: Während der Wachstumsperiode im Sommer nehmen Pflanzen durch Photosynthese Kohlendioxid aus der Luft auf und wandeln es in Biomasse um. Im Winter wird ein Teil dieses Kohlenstoffs wieder freigesetzt, etwa durch die Zersetzung von abgestorbenem Pflanzenmaterial im Boden. Diese natürlichen Rhythmen sind ein zentraler Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs.
Kohlenstoffkreislauf im Turbomodus
Das „Ein- und Ausatmen“ der Natur wird durch den Klimawandel allerdings deutlich verstärkt. Besonders extrem fallen diese jahreszeitlichen CO2-Schwankungen in arktischen und borealen Regionen aus, wie Messdaten der vergangenen Jahrzehnte zeigen. Um diese Trends und ihre Ursachen besser zu verstehen, haben Forschende um Zhihua Liu von der University of Montana nun eine Metastudie durchgeführt, in der sie Ergebnisse zahlreicher vorheriger Untersuchungen zusammengetragen und systematisch ausgewertet haben.
Das Ergebnis: Seit den 1960er Jahren haben die jahreszeitlichen CO2-Schwankungen im Bereich zwischen dem 50. und 65. Breitengrad um rund 50 Prozent zugenommen. Betroffen sind zum Beispiel Skandinavien, Sibirien und der Ural. Aber was verursacht diesen Wandel? „Wir haben überzeugende Nachweise dafür geliefert, dass ein aktiveres Pflanzenwachstum der Hauptgrund dafür ist, dass der Kohlenstoffkreislauf in den nördlichen Regionen schneller abläuft“, erklärt Co-Autor Wolfgang Buermann von der Universität Augsburg.
Steigende Temperaturen verlängern demnach in diesen bislang eher kühlen nördlichen Breiten die Wachstumszeit und lassen Pflanzen produktiver werden. Der höhere Kohlenstoffdioxidgehalt in der Luft wirkt dabei wie eine zusätzliche Düngung. Die erhöhte Produktivität beschleunigt die CO2-Aufnahme im Sommer, geht aber gleichzeitig mit einer verstärkten Atmungsaktivität im Winter einher. Dadurch verschiebt die globale Erwärmung das Gleichgewicht zwischen Aufnahme und Freisetzung von Kohlendioxid. „Wissenschaftler beobachten diesen Trend schon seit einiger Zeit, aber durch die Kombination von Daten aus mehreren Studien konnten wir die spezifischen Prozesse, die diesen Wandel antreiben, besser verstehen“, so Buermann.
Gefährliche Rückkopplungen
Dieser „Atmungstrend“ ist jedoch problematisch, denn er könnte die globale Erwärmung zusätzlich befeuern. Das Forschungsteam vermutet etwa, dass die Atmung die pflanzliche Produktivität irgendwann überflügeln könnte, was – zusammen mit einer Zunahme von Waldbränden und dem Auftauen von Permafrost – zu höheren Treibhausgasemissionen aus den Ökosystemen im Norden führen und die globale Erwärmung weiter verstärken könnte. „Arktische Ökosysteme verändern sich schneller als alle anderen auf der Erde, und die Rückkopplungseffekte können enorm sein – was realistische Ziele zur Reduzierung von CO2-Emissionen ernsthaft gefährden könnte“, betont Buermann.
Quelle: Universität Augsburg; Fachartikel: Nature Reviews Earth & Environment, doi: 10.1038/s43017-024-00600-7
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