Klimafaktor Boden: Ökosystem bestimmt, wie viel Kohlenstoff entweicht

Im Klimageschehen spielen Böden eine entscheidende Rolle. Sie speichern mehr als dreimal soviel Kohlenstoff wie Pflanzen oder die Atmosphäre.

Die Molekülstruktur ist nicht ausschlaggebend dafür, wie schnell organische Verbindungen abgebaut werden

Böden sind gewaltige Kohlenstoffspeicher: Mehr als 3000 Gigatonnen davon halten sie in Form von unterschiedlichen organischen Molekülen fest. Durch Abbauprozesse gelangt der Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre, wo er vor allem als Kohlendioxid seine klimaschädliche Wirkung entfaltet. Warum allerdings manche organischen Bestandteile des Bodens wesentlich schneller abgebaut werden als andere, war bislang nicht geklärt. Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena ist zu dem Ergebnis gekommen, dass Umweltfaktoren dafür verantwortlich sind.  Die Molekülstruktur der kohlenstoffhaltigen Verbindungen spielt dagegen entgegen bisheriger Annahmen keine Rolle. Die Forscher stützen ihre Annahme auf Daten aus aktuellen Freilandstudien und Laborexperimenten. Die neuen Erkenntnisse könnten helfen, Klimamodelle realitätsnäher zu gestalten.

Im Klimageschehen spielen Böden eine entscheidende Rolle. Sie speichern mehr als dreimal soviel Kohlenstoff wie Pflanzen oder die Atmosphäre. Das Element ist dabei als Bestandteil von verschiedenen organischen Verbindungen eingelagert. Ein Heer von Mikroorganismen baut diese Verbindungen allmählich ab, so dass der Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre gelangt. Schätzungsweise 60 bis 80 Gigatonnen entweichen jährlich in Form von Kohlendioxid, ein geringerer Teil als Methan. Entscheidend dafür, ob Böden mehr  Kohlenstoff aufnehmen als sie in Form klimaschädlicher Gase abgeben, sind die Auf- und Abbauraten organischen Materials. Warum aber einige der kohlenstoffhaltigen Moleküle schnell zerlegt werden, während andere Jahrhunderte oder gar Jahrtausende überdauern, stellte die Wissenschaftler bisher vor Rätsel – eine große Hürde bei der Entwicklung realistischer Klimamodelle.

Eine internationale Forschergruppe unter Beteiligung von Susan Trumbore, Direktorin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena, ist nun zu dem Ergebnis gelangt, dass die Abbaugeschwindigkeit in erster Linie von den Wechselwirkungen zwischen den organischen Verbindungen und dem umliegenden Ökosystem abhängt, nicht von der Molekülstruktur. „Der meiste Kohlenstoff liegt ohnehin in Form von einfachen Biomolekülen vor und nicht als komplexe Makromoleküle“, sagt Susan Trumbore. Für ihre Studie haben die Wissenschaftler die Fachliteratur der letzten Jahre gesammelt und ausgewertet. Ihre Zusammenschau präsentieren sie in einem Übersichtsartikel in der Zeitschrift Nature.

Lange Zeit gingen Forscher davon aus, dass für den Abbau organischer Substanzen im Boden die chemische Struktur der kohlenstoffhaltigen Moleküle entscheidend ist. Demnach bieten sehr komplizierte Verbindungen wie etwa Lignin, der Hauptbestandteil von Holz, den abbauenden Mikroorganismen wenig Angriffsfläche und bleiben daher lange bestehen. Einfache Moleküle, wie beispielsweise verschiedene Zucker, sind dagegen wesentlich einfacher zu knacken und werden entsprechend schneller abgebaut.

Neuere Befunde stellen diesen Zusammenhang allerdings infrage: So haben Forscher beobachtet, dass Lignin unter bestimmten Bedingungen schnell zerlegt wird, während einfache Zucker Jahrzehnte überdauern. Dafür können beispielsweise Temperatur, Wassergehalt oder der pH-Wert verantwortlich sein, denn diese Faktoren beeinflussen die Aktivität von Enzymen, die den Abbau ankurbeln.