Kohlenstoffsenke

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Als Kohlenstoffsenke (auch Kohlendioxidsenke oder CO2-Senke) wird in den Geowissenschaften ein natürliches Reservoir bezeichnet, das – in geologischen Zeitmaßstäben betrachtet – vorübergehend Kohlenstoff aufnimmt und speichert. Kohlenstoffsenken haben eine große Bedeutung für das globale Klima, weil sie das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre aufnehmen und damit den Treibhauseffekt abschwächen. Daher spielen sie aktuell im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung eine wichtige Rolle.

Wichtige Kohlenstoffsenken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Terrestrische Ökosysteme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Terrestrische Ökosysteme enthalten Kohlenstoff in organischen Verbindungen sowohl in ihrer lebenden Biomasse als auch im Humus ihrer Böden. Erhöhen sich in einem Ökosystem die Kohlenstoffvorräte (also die Summe der Kohlenstoffvorräte in Biomasse und Boden), so ist dieses Ökosystem eine Kohlenstoffsenke.

Mittels Photosynthese holen Pflanzen (und in geringerer Menge auch einige Bakterienarten) Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre und bauen den Kohlenstoff in organische Stoffe ein. Ein Teil dieser organischen Stoffe dient Tieren und Mikroorganismen als Nahrung. Organische Stoffe, die nicht mehr Bestandteile von Lebewesen sind, werden als Streu dem Boden zugeführt und bilden dort den Humus. Zur Streu gehören neben toten Lebewesen z. B. auch heruntergefallene Blätter und Nadeln, Wurzelausscheidungen (Exsudate) und Exkremente von Tieren. Der Großteil der Streu wird nach kurzer Zeit von Bakterien und Pilzen mineralisiert, wobei der Kohlenstoff aus den organischen Verbindungen wieder in Kohlenstoffdioxid überführt und in die Atmosphäre abgegeben wird. Auch Feuer wandelt organisch gebundenen Kohlenstoff in Kohlenstoffdioxid um. Soll ein Ökosystem als Kohlenstoffsenke dienen, so muss man zwei Ziele verfolgen: mehr Biomasse und mehr Humus (mehr Streu, weniger Mineralisierung). Mit einer ökologischen Landwirtschaft können die Kohlenstoffeinträge in die Böden erhöht werden, da im Vergleich zur konventionellen mehr Wurzelbiomasse gebildet werden kann[1]. Wie beiliegendes Diagramm zeigt, ist im Boden weltweit mehr als doppelt so viel Kohlenstoff gespeichert wie in der lebenden Biomasse, wobei dieses Diagramm für die Böden nur die Kohlenstoffvorräte des obersten Meters angibt.

Diagramm des Kohlenstoffzyklus. Die schwarzen Zahlen geben an, wie viele Milliarden Tonnen Kohlenstoff (Gt C) in den verschiedenen Reservoiren vorhanden sind. Die blauen Zahlen zeigen an, wie viel Kohlenstoff zwischen den einzelnen Speichern pro Jahr ausgetauscht wird.

Im Kohlenstoffzyklus wird Kohlenstoff zwischen Kohlenstoffsenken und Kohlenstoffquellen ausgetauscht. Die wichtigste Kohlenstoffquelle ist derzeit der stetig wachsende Verbrauch fossiler Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas oder Kohle. Außerdem wird durch die oben genannten Prozesse Kohlenstoff aus Ökosystemen freigesetzt.

Wälder[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wälder haben hohe Kohlenstoffvorräte, sowohl in ihrer Biomasse als auch in ihren Böden. Aufforstungen sind daher sehr klimawirksam, jedoch nur dann, wenn der dabei gebundene Kohlenstoff nicht als Kohlenstoffdioxid wieder zurück in die Atmosphäre gelangen kann. Die tropischen Regenwälder galten bislang als besonders große Kohlenstoffsenken. Dieser Effekt scheint sich jedoch nach einer 2020 veröffentlichten Studie als Folge der Erderwärmung abzuschwächen beziehungsweise umzukehren.[2][3]

Wissenschaftliche Untersuchungen mit CO2-gedüngten Wäldern deuten darauf hin, dass diese zusätzliches CO2 über die Bodenatmung wieder abgeben.[4][5] Ein Freilandexperiment der Universität Basel und des Paul Scherrer Instituts stellte bei den untersuchten Bäumen trotz der CO2-Düngung keinerlei Wachstumsförderung fest.[5]

Eine Studie aus dem März 2020 von ca. 100 Institutionen über einen Zeitraum von 30 Jahren zeigt, dass die Fähigkeit tropischer Wälder, CO2 zu absorbieren, aufgrund von Klimawandel und Entwaldung schwindet. Wissenschaftler projizieren in der Studie mittels Daten und Modellen einen langfristigen Rückgang der afrikanischen CO2-Senke — 14 % bis 2030 — und einen Wandel des Amazonas-Regenwalds zu einer CO2-Quelle — statt -Senke — bis Mitte der 2030er Jahre,[6][7][8] so wie es etwa ca. 2013 bei 32 ~15 Jahre beobachteten brasilianischen saisonalen Wäldern geschah.[9][10]

Moore[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auch Moore binden Kohlenstoffdioxid, solange sie wachsen.[11] Noch in diesem Jahrhundert könnten sie – durch weitere Abtorfung oder Trockenlegung, Absterben der Torfmoose durch die Erwärmung sowie Brände – von einer Kohlenstoffsenke zu einer Kohlenstoffquelle werden. Die Datenlage ist allerdings noch sehr unsicher.[12][13][14]

Grasländer[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Grasländer, also z. B. Steppen und Savannen, haben ebenfalls ein hohes Potential als Kohlenstoffsenke. Wie Wissenschaftler der Universität Lund feststellten, entspricht das durch ihre jährliche Photosyntheseleistung gebundene Kohlenstoffdioxid etwa einem Drittel der jährlichen anthropogenen Kohlenstoffdioxidemissionen.[15] In Savannen gibt es viele Feuer, die großteils vom Menschen verursacht sind. Es ist deshalb besonders wichtig, das gebundene Kohlenstoffdioxid gegenzurechnen gegen das Kohlenstoffdioxid, das durch Mineralisierung oder Feuer wieder in die Atmosphäre abgegeben wird.

Aquatische Systeme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ozeane spielen die wichtigste Rolle. Sie nehmen kaum Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf, sondern erhalten ihre wesentliche Kohlenstoffzufuhr aus eingeschwemmter Biomasse und aus der in den Zuflüssen enthaltenen Atmungskohlensäure der Boden- und Wasserorganismen.

Einer Hochrechnung von Forschern der Universität Lanzhou aus dem Jahr 2017 zufolge sind endorheische Gewässer eine weitere wichtige Senke, die Kohlenstoffmengen in einer Größenordnung wie die Tiefsee speichern könnten.[16]

Die Lithosphäre als Kohlenstoffspeicher[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In geologischen Zeiträumen ist der wichtigste Kohlenstoffspeicher die Lithosphäre, die 99,8 % des auf der Erde vorkommenden Kohlenstoffs enthält; hauptsächlich als Carbonat wie Kalk. Aus der Lithosphäre gelangen auch keine wesentlichen Mengen Kohlenstoff zurück in den biologischen Kohlenstoffkreislauf.

In der Erdkruste existieren sehr große Mengen geeigneter Silikatmineralien, die langfristig durch Umwandlung in Carbonate große Mengen CO2 dauerhaft aus der Atmosphäre entfernen werden. Jedoch laufen die entsprechenden chemischen Reaktionen derart langsam ab, dass die Lithosphäre für die gegenwärtigen Emissionen von Kohlenstoffdioxid zumindest kurz- bis mittelfristig nicht als Senke in einem Carbon dioxide removal-Verfahren fungieren kann. Eine künstliche Beschleunigung dieser Prozesse durch bergmännischen Abbau und Zerkleinerung entsprechender Silikate sowie den Einsatz von Säuren ist zwar theoretisch möglich, aber im Weltmaßstab aufgrund des damit verbundenen Material-, Energie- und Landschaftsverbrauchs nicht realistisch. So würden von den vermutlich noch am ehesten geeigneten Mineralien der Serpentingruppe über acht Tonnen benötigt, um eine Tonne CO2 dauerhaft aus der Atmosphäre zu entfernen.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Mehr Wurzelkohlenstoff in extensiven Anbausystemen – Treibhausgasinventar wird optimiert. Agroscope, 7. Januar 2021, abgerufen am 7. Januar 2021.
  2. Wannes Hubau, Simon L. Lewis, Oliver L. Phillips, Kofi Affum-Baffoe, Hans Beeckman: Asynchronous carbon sink saturation in African and Amazonian tropical forests. In: Nature. Band 579, Nr. 7797, März 2020, ISSN 1476-4687, S. 80–87, doi:10.1038/s41586-020-2035-0 (nature.com [abgerufen am 8. März 2020]).
  3. DER SPIEGEL: Klimawandel: Regenwälder speichern bis zu 30 Prozent weniger CO2 - DER SPIEGEL - Wissenschaft. Abgerufen am 8. März 2020.
  4. A. S. Allen, J. A. Andrews, A. C. Finzi, R. Matamala, D. D. Richter und W. H. Schlesinger (1999): Effects of Free Air CO2-Enrichment (FACE) on Belowground Processes in a PINUS TAEDA Forest, in: Ecological Applications, Vol. 10, No. 2, S. 437–448, Abstract online
  5. a b Christian Körner: Waldbäume in einer CO2-reichen Welt (PDF; 39 kB)
  6. Tropical forests' carbon sink is already rapidly weakening (en-us). In: phys.org. Abgerufen am 5. April 2020. 
  7. Tropical forests losing their ability to absorb carbon, study finds. In: The Guardian, 4. März 2020. Abgerufen am 5. April 2020. 
  8. Wannes Hubau, Simon L. Lewis, Oliver L. Phillips, Kofi Affum-Baffoe, Hans Beeckman, Aida Cuní-Sanchez, Armandu K. Daniels, Corneille E. N. Ewango, Sophie Fauset, Jacques M. Mukinzi, Douglas Sheil, Bonaventure Sonké, Martin J. P. Sullivan, Terry C. H. Sunderland, Hermann Taedoumg, Sean C. Thomas, Lee J. T. White, Katharine A. Abernethy, Stephen Adu-Bredu, Christian A. Amani, Timothy R. Baker, Lindsay F. Banin, Fidèle Baya, Serge K. Begne, Amy C. Bennett, Fabrice Benedet, Robert Bitariho, Yannick E. Bocko, Pascal Boeckx, Patrick Boundja, Roel J. W. Brienen, Terry Brncic: Asynchronous carbon sink saturation in African and Amazonian tropical forests. In: Nature. Vol. 579, Nr. 7797, März 2020, S. 80–87, doi:10.1038/s41586-020-2035-0, PMID 32132693, bibcode:2020Natur.579...80H (englisch).
  9. Brazilian forests found to be transitioning from carbon sinks to carbon sources (en). In: phys.org. 
  10. Vinícius Andrade Maia, Alisson Borges Miranda Santos, Natália de Aguiar-Campos, Cléber Rodrigo de Souza, Matheus Coutinho Freitas de Oliveira, Polyanne Aparecida Coelho, Jean Daniel Morel, Lauana Silva da Costa, Camila Laís Farrapo, Nathalle Cristine Alencar Fagundes, Gabriela Gomes Pires de Paula, Paola Ferreira Santos, Fernanda Moreira Gianasi, Wilder Bento da Silva, Fernanda de Oliveira, Diego Teixeira Girardelli, Felipe de Carvalho Araújo, Taynara Andrade Vilela, Rafaella Tavares Pereira, Lidiany Carolina Arantes da Silva, Gisele Cristina de Oliveira Menino, Paulo Oswaldo Garcia, Marco Aurélio Leite Fontes, Rubens Manoel dos Santos: The carbon sink of tropical seasonal forests in southeastern Brazil can be under threat. In: Science Advances. 6, Nr. 51, Februar, ISSN 2375-2548, S. eabd4548. bibcode:2020SciA....6.4548M. doi:10.1126/sciadv.abd4548. PMID 33355136.
  11. L. Bergmann, M. Drösler: Die Bedeutung von Mooren als CO2-Senken, 2009
  12. J. Loisel, A. V. Gallego-Sala, M. J. Amesbury et al.: Expert assessment of future vulnerability of the global peatland carbon sink. In: Nature Climate Change. 2020, doi:10.1038/s41558-020-00944-0.
  13. sda: Torfgebiete könnten Milliarden Tonnen Kohlenstoff freisetzen. In: tierwelt.ch. 7. Dezember 2020, abgerufen am 8. Dezember 2020.
  14. sda: Torfgebiete vor Bränden schützen. In: schweizerbauer.ch. 8. Dezember 2020, abgerufen am 8. Dezember 2020.
  15. Viktiga savanner. In: Sveriges Natur, Nr. 106 – 415, Mitgliedszeitschrift des schwedischen Naturschutzvereins, Stockholm, September 2015, ISSN 0039-6974, S. 16.
  16. Yu Li u. a.: Substantial inorganic carbon sink in closed drainage basins globally. In: Nature Geoscience. Juni 2017, doi:10.1038/ngeo2972. Bericht hierzu: Bobby Magill: Desert Basins Could Hold ‘Missing’ Carbon Sinks. In: climate central. 20. Juni 2017, abgerufen am 26. Juni 2017.