Terrestrischer Kohlenstoffkreislauf: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Bild:CO2-kreislauf-land.jpg|thumb|470px|Schematische Darstellung des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs. Die Werte geben Kohlenstoffflüsse in Gt C/Jahr an.]]
[[Bild:CO2-kreislauf-land.jpg|thumb|470px|Abb. 1: Schematische Darstellung des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs. Die Werte geben Kohlenstoffflüsse in Gt C/Jahr an.]]
Kohlendioxid kommt auf der Erde in verschiedenen Speichern vor, in der Atmosphäre, im Ozean, auf dem Land und in geologischen Gesteinsschichten. Zwischen den Reservoiren kommt es zu Austauschprozesse, die den Kohlenstoffkreislauf bilden. Dieser Kreislauf ist im Hinblick auf die Geschwindigkeit der Austauschprozesse zweigeteilt. Der langsame Kohlenstoffkreislauf bezieht durch Vulkanausbrüche, Verwitterung und Plattentektonik sowie in jüngster Zeit durch die Förderung von fossilen Energieträgern durch den Menschen den geologischen Speicher mit ein. Für das Klima und das Leben auf der Erde ist jedoch im Wesentlichen nur der Kohlenstoff in den oberflächennahen Speichern Ozean, Landbiosphäre und Atmosphäre von Bedeutung.
Kohlendioxid kommt auf der Erde in verschiedenen Speichern vor, in der Atmosphäre, im Ozean, auf dem Land und in geologischen Gesteinsschichten. Zwischen den Reservoiren kommt es zu Austauschprozesse, die den Kohlenstoffkreislauf bilden. Dieser Kreislauf ist im Hinblick auf die Geschwindigkeit der Austauschprozesse zweigeteilt. Der langsame Kohlenstoffkreislauf bezieht durch Vulkanausbrüche, Verwitterung und Plattentektonik sowie in jüngster Zeit durch die Förderung von fossilen Energieträgern durch den Menschen den geologischen Speicher mit ein. Für das Klima und das Leben auf der Erde ist jedoch unmittelbar nur der Kohlenstoff in den oberflächennahen Speichern Ozean, Landbiosphäre und Atmosphäre von Bedeutung.


== Der terrestrische Kohlenstoffkreislauf ==
== Der Kohlenstoffkreislauf auf dem Land ==
Auf dem Land sind drei große Kohlenstoffspeicher zu unterscheiden:  
Auf dem Land sind drei große Kohlenstoffspeicher zu unterscheiden:  
# die Vegetation mit 450 GtC (Gigatonnen<ref>1 Gigatonne = 1 Mrd. Tonnen</ref> Kohlenstoff<ref>1 Gigatonne C = 3,664 Gt CO2</ref>),
# die Vegetation mit 450 GtC (Gigatonnen<ref>1 Gigatonne = 1 Mrd. Tonnen</ref> Kohlenstoff<ref>1 Gigatonne C = 3,664 Gt CO2</ref>),
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# und der Permafrost 1400 GtC.<ref>Werte nach Friedlingstein, P., M. O'Sullivan, M.W. Jones et al. (2023): [https://doi.org/10.5194/essd-15-5301-2023 Global Carbon Budget 2023], Earth Syst. Sci. Data, 15, 5301–5369</ref>   
# und der Permafrost 1400 GtC.<ref>Werte nach Friedlingstein, P., M. O'Sullivan, M.W. Jones et al. (2023): [https://doi.org/10.5194/essd-15-5301-2023 Global Carbon Budget 2023], Earth Syst. Sci. Data, 15, 5301–5369</ref>   


Bei den angegebenen Größenordnungen handelt es sich um die natürlichen Reservoire, wie sie um 1750 vor Beginn der Industrialisierung existierten. Dabei tauscht die Landbiosphäre mit der Atmosphäre in einem natürlichen Kreislauf 120 GtC aus.<ref name="Crisp 2022">Crisp, D., H. Dolman, T. Tanhua et al. (2022): [https://doi.org/10.1029/2021RG000736 ow well do we understand the land-ocean-atmosphere carbon cycle?] Reviews of Geophysics, 60, e2021RG000736.</ref>  
Bei den angegebenen Größenordnungen handelt es sich um die natürlichen Reservoire, wie sie um 1750 vor Beginn der Industrialisierung existierten. Dabei tauscht die Landbiosphäre mit der Atmosphäre in einem natürlichen Kreislauf 120 GtC aus.<ref name="Crisp 2022">Crisp, D., H. Dolman, T. Tanhua et al. (2022): [https://doi.org/10.1029/2021RG000736 How well do we understand the land-ocean-atmosphere carbon cycle?] Reviews of Geophysics, 60, e2021RG000736.</ref>  


Die wichtigste Wechselwirkung zwischen [[Atmosphäre]] und Land spielt sich über die Vegetation ab. Pflanzen nehmen durch die [[Photosynthese]] [[Kohlendioxid]] aus der Atmosphäre auf, sie geben durch Atmung (Respiration) aber auch wieder das gespeicherte CO<sub>2</sub> an die Atmosphäre ab. Durch die Photosynthese der Pflanzen wird auch Sauerstoff freigesetzt. Dass Pflanzen insgesamt mehr CO<sub>2</sub> aufnehmen als sie abgeben, liegt daran, dass sie mittels Photosynthese Biomasse aufbauen.
Die wichtigste Wechselwirkung zwischen [[Atmosphäre]] und Land spielt sich über die Vegetation ab. Der Austausch zwischen Atmosphäre und Landbiosphäre geschieht durch die Prozesse von [[Photosynthese]], Veratmung und Verrottung. Pflanzen nehmen durch die Photosynthese [[Kohlendioxid]] aus der Atmosphäre auf und geben durch autotrophe Respiration (Veratmung lebender Pflanzen) Kohlendioxid wieder an die Atmosphäre ab. Ein anderer Teil wird durch heterotrophe Respiration beim Abbau abgestorbener Biomasse durch Organismen der Atmosphäre zugeführt. Nur ein geringer Teil des kurzfristig umgesetzten Kohlenstoffs wird über längere Zeiträume im Boden gespeichert, bildet dort aber über längere Zeiträume große Speicher (Böden und Permfrost), die die der oberirdischen Vegetation weit übertreffen. Durch die Photosynthese der Pflanzen wird auch Sauerstoff freigesetzt. Dass Pflanzen insgesamt mehr CO<sub>2</sub> aufnehmen als sie abgeben, liegt daran, dass sie mittels Photosynthese Biomasse aufbauen.


In der '''Bruttoprimärproduktion''' (BPP) der Pflanzen werden 120 Gt C pro Jahr zunächst durch die Photosynthese assimiliert (aufgenommen).<ref>IPCC (2001): Climate Change 2001: The Sientific Basis. Contribution of the Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge and New York 2001, Figure 3.1</ref> Etwa die Hälfte dieses Kohlenstoffs (ca. 60 Gt C pro Jahr) geht durch die Atmung der Pflanzen (autotrophe Respiration, R<sub>a</sub>) aber unmittelbar wieder an die Atmosphäre verloren. Die andere Hälfte geht dauerhafter in das Wachstum der Biomasse ein ('''Nettoprimärproduktion''', NPP). Ein Großteil der Biomasse fällt jedoch als Streu (Laub, heruntergefallene Zweige etc.) an und wird durch Bodenorganismen mineralisiert, wobei jährlich 55 Gt C des durch das Wachstum der Pflanze gespeicherten Kohlenstoffs von 60 Gt C pro Jahr wieder an die Atmosphäre abgegeben werden (heterotrophe Respiration, R<sub>h</sub>). D.h. nur 5 Gt C werden über längere Zeiträume durch die sogenannte '''Nettoökosystemproduktion''' im Stamm und Wurzelwerk gespeichert. Auch dieser Anteil kann durch Störungen wie Holznutzung, Feuer und Insektenbefall oder als in Wasser gelöster Kohlenstoff (DOC) durch Abfluss teilweise verloren gehen. Nur der Rest von 1 Gt C pro Jahr wird als sogenannte '''Nettobiomproduktion''' (NBP) in Form von Holzkohle und schwer abbaubarem Humus über sehr lange Zeiträume akkumuliert. Diese Zahlen gelten jedoch nur im globalen Mittel, denn die Umwandlungsraten sind an jedem Ort verschieden. Je nach Klima und Art der Vegetation gibt es große Unterschiede.
Die gesamte Produktion von Biomasse durch Pflanzen mithilfe von Licht und Kohlendioxid wird als Bruttoprimärproduktion bezeichnet. In der Bruttoprimärproduktion (BPP) der Pflanzen werden zunächst 120 Gt C pro Jahr durch die Photosynthese assimiliert (aufgenommen). Etwa die Hälfte dieses Kohlenstoffs (ca. 60 Gt C pro Jahr) geht durch die Atmung der Pflanzen (autotrophe Respiration, R<sub>a</sub>) aber unmittelbar wieder an die Atmosphäre verloren. Die andere Hälfte geht dauerhafter in das Wachstum der Biomasse ein (Nettoprimärproduktion, NPP). Ein Großteil der Biomasse fällt jedoch als Streu (Laub, heruntergefallene Zweige etc.) an und wird durch Bodenorganismen mineralisiert, wobei jährlich 55 Gt C des durch das Wachstum der Pflanze gespeicherten Kohlenstoffs von 60 Gt C pro Jahr wieder an die Atmosphäre abgegeben werden (heterotrophe Respiration, R<sub>h</sub>). D.h. nur 5 Gt C werden über längere Zeiträume durch die sogenannte Nettoökosystemproduktion im Stamm und Wurzelwerk gespeichert. (Abb. 1)


Als Formel lautet die Kohlenstoffbilanz also:
== Die anthropogene Störung ==
:::::NBP = BPP - R<sub>a</sub> - R<sub>h</sub> - S
Wie viel CO<sub>2</sub> eine Pflanze als Biomasse speichert, hängt von vielen Faktoren ab: die Verfügbarkeit von Wasser, die Verfügbarkeit von Sonnenlicht im richtigen Wellenlängenbereich, die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Verfügbarkeit von Nährstoffen wie Stickstoffverbindungen und einigen anderen. Für die [[Photosynthese]] sind besonders Licht, Nährstoffe und Kohlendioxid von Bedeutung, die Atmung ist dagegen vorrangig von der Temperatur abhängig.


== Berechnung der Kohlenstoffbilanz ==
[[Bild:Photosyntheserate.jpg|thumb|left|520px|Abb. 2: Abhängigkeit der Blattphysiologie von der Temperatur. Links: Bruttoprimärproduktion (obere Kurve) und Atmung (untere Kurve). Da die Atmung der Pflanzen mit der Temperatur ansteigt, die Photosyntheserate aber ein Maximum erreicht und danach wieder abfällt, hat auch die Differenz der beiden, nämlich die Nettoprimärproduktion (rechts), ein Maximum.]]
Der Austausch der Atmosphäre mit der terrestrischen Biospäre kann je nach Intensität der Kohlenstoff bindenden bzw. freisetzenden Prozesse für die Atmosphäre positiv sein, dann ist die Biospäre eine '''Quelle''' von Kohlenstoff für die Atmosphäre, oder er kann negativ sein, dann ist die terrestrische [[Biosphäre]] eine '''Senke'''. Seit 1850 hat sich die terrestrische Senke auf 195 GtC summiert, was über den gesamten Zeitraum gerechnet 30% der anthropogenen Emissionen ausmacht. Dabei hat sich die Wachstumsrate der terrestrischen CO<sub>2</sub>-Senke in den letzten 60 Jahren mit der steigenden CO<sub>2</sub>-Konzentration in der Atmosphäre von 1,2 GtC/Jahr in den 1960er Jahren auf 3,1 GtC/Jahr in den 2010er Jahren fast verdreifacht. Am stärksten hat sich der CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt in den Tropen ausgewirkt. Insgesamt ist der Anteil der Landsenke jedoch auch über die letzten 60 Jahre relativ konstant geblieben.<ref name="Friedlingstein 2022">Friedlingstein, P., M.W.Jones, M. O'Sullivan (2022): [https://doi.org/10.5194/essd-14-1917-2022 Global Carbon Budget 2021], Earth Syst. Sci. Data, 14, 1917–2005</ref>


== Der terrestrische Kohlenstoffkreislauf im 21. Jahrhundert ==
Auch die natürlichen Kreisläufe werden durch den menschengemachten Klimawandel erheblich verändert, mit Auswirkungen auf die Nettoprimärproduktion. So werden in den mittleren und höheren Breiten [[Phänologie|verlängerte Wachstumszeit]] durch einen früheren Frühlingsbeginn und ein späteres Herbstende beobachtet. Die [[Klimaänderungen in Europa|Erwärmung]] hat in Europa bereits heute zu einer längeren Wachstumszeit von 11 Tagen geführt und damit auch zu einer vermehrten CO<sub>2</sub>-Aufnahme.<ref>Jeong, S.-J., Ho, C.-H., Gim, H.-J., and Brown, M.E. (2011): Phenology shifts at start vs. end of growing season in temperate vegetation over the Northern Hemisphere for the period 1982–2008, Global Change Biology 17, 2385–2399</ref> Pro Jahrzehnt begann der Frühling in Europa um 3-4 Tage früher, in China um 5,5 Tage.<ref name="IPCC 2022a">IPCC AR6 WGII (2022): Terrestrial and Freshwater Ecosystems and Their Services, 2.4.2.4</ref> In höheren Breiten können dadurch außerdem Pflanzen reifen, für die das bislang wegen zu niedriger Temperaturen nicht möglich war. Allerdings sind viele Pflanzen an die Kombination bestimmter Temperatur- und Helligkeitsperioden im Tag-Nacht-Rhythmus angepasst, so dass sie nicht ohne weiteres von niederen in höhere Breiten migrieren können.  
Einen wichtigen Einfluss auf die Fähigkeit der Landbiosphäre zur Speicherung von Kohlenstoff besitzen auch der anthropogene [[Klimawandel]] und der steigende [[Kohlendioxid-Konzentration|CO<sub>2</sub>-Gehalt]] selbst. In Diskussionen über die Folgen der [[Kohlendioxidemissionen|anthropogenen CO<sub>2</sub>-Emissionen]] ist in diesem Zusammenhang oft das Argument zu hören, die auf CO<sub>2</sub> angewiesenen Pflanzen würden allein aufgrund der steigenden Konzentrationen von Kohlendioxid in Zukunft zu einer stärkeren Senke als bisher. Dieser "Düngeeffekt" existiert auch und ist vermutlich ein Grund dafür, dass die Landbiosphäre in den letzten Jahrzehnten zu einer CO<sub>2</sub>-Senke geworden ist. Für eine angemessene Bewertung der Kohlenstoffspeicherung der Zukunft müssen jedoch alle Anteile der Kohlenstoffbilanz berücksichtigt werden:


=== Änderung der Netto-Primärproduktion ===
[[Bild:CO2-Land-Senke.jpg|thumb|470px|Abb. 3: CO<sub>2</sub>-Quellen und -Senken auf dem Land. Grün-blau: CO<sub>2</sub>-Senke in KgC pro m<sup>2</sup> und Jahr; gelb-rot: CO<sub>2</sub>-Quelle in KgC pro m<sup>2</sup> und Jahr. ]]
Wie viel CO<sub>2</sub> eine Pflanze als Biomasse speichert, hängt von vielen Faktoren ab, die für eine effiziente Photosynthese unerlässlich sind: Die Verfügbarkeit von Wasser, die Verfügbarkeit von Sonnenlicht im richtigen Wellenlängenbereich, die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Verfügbarkeit von Nährstoffen wie Stickstoff- und Schwefelverbindungen und einigen anderen. Für die [[Photosynthese]] sind besonders Licht, Nahrung und Kohlendioxid von Bedeutung, die Atmung ist dagegen vorrangig von der Temperatur abhängig.
== Quellen und Senken ==
Wenn die terrestrischen Biosphäre mehr Kohlendioxid an die Atmosphäre abgibt als sie von dieser aufnimmt, dann ist sie für die Atmosphäre eine '''Quelle''' von Kohlendioxid. Im umgekehrten Fall ist die terrestrische [[Biosphäre]] eine '''Senke'''. Seit 1850 hat die terrestrische Kohlenstoffsenke 220 GtC aufgenommen, was 31% der anthropogenen Emissionen entspricht. Mehr als Dreiviertel davon (150 GtC) erfolgten nach 1960. D.h. die Kohlenstoffsenke durch die  Landvegetation hat im Laufe der Zeit zugenommen, vor allem in den letzten Jahrzehnten. Sie lag in den 1960er Jahren bei jährlich 1,2 GtC und war im Mittel des Jahrzehnts 2014-2023 mit 3,2 GtC pro Jahr fast dreimal so hoch. Allerdings zeigt die Landsenke starke jährliche Schwankungen, die vor allem durch den Wechsel von El-Niño- und La-Niña-Ereignissen bedingt sind. Während eines El Niños schwächt sich die Kohlenstoffsenke auf dem Land ab, während einer La Niña nimmt sie zu. So lag die Landsenke in dem La-Niña-Jahr 2022 bei 3,9 GtC, während sie unter dem Einfluss von El Niño 2023 auf 2,3 GtC zurückging.<ref name="Friedlingstein 2025">Friedlingstein, P., M. O'Sullivan, M.W. Jones (2025): Global Carbon Budget 2024, Earth Syst. Sci. Data, 17, 965–1039, https://doi.org/10.5194/essd-17-965-2025 </ref>


Nur wenn alle anderen Voraussetzungen erfüllt sind, kann ein gehobener CO<sub>2</sub>-Gehalt auch zu einer gesteigerten Photosyntheserate führen, CO<sub>2</sub> ist dann also ein "limitierender Faktor". Der Grund dafür ist die Funktionsweise der Spaltöffnungen in den Pflanzenblättern (den so genannten Stomata). Um Kohlendioxid aufnehmen zu können, muss die Pflanze diese Stomata öffnen. Dabei geht ihr aber Wasser aus dem Inneren der Blätter durch Transpiration verloren. Die Stomata sind also dafür zuständig, einen passenden Ausgleich zwischen CO<sub>2</sub>-Aufnahme und Wasserverlust herzustellen. Bei einer höheren CO<sub>2</sub>-Konzentration gelingt die Aufnahme von CO<sub>2</sub> natürlich besser, ohne dass zu viel Wasser verloren geht (außerdem kann eine höhere CO<sub>2</sub>-Konzentration auch die Nährstoffverwertung verbessern). Daher kann in derselben Zeit mehr CO<sub>2</sub> als zuvor aufgenommen werden - die Pflanze wächst schneller. Dies ist der oben bereits erwähnte CO<sub>2</sub>-Düngeeffekt.
{|
|- style="vertical-align:top;"
| [[Bild:CO2-Düngungseffekt.jpg|thumb|440px|Abb. 4: CO<sup>2</sup>-Düngungseffekt. Grün-blau: CO<sup>2</sup>-Senke in KgC pro m<sup>2</sup> und Jahr]]||[[Bild:Wirkung-Klimawandel-CO2-Flüsse.jpg|thumb|440px|Abb. 5: Auswirkungen der globalen Erwärmung auf die CO2-Flüsse. Grün-blau: CO2-Senke in KgC pro m2 und Jahr; gelb-rot: CO2-Quelle in KgC pro m2 und Jahr. ]]
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|}
Grundsätzlich ist der zunehmende Trend der Kohlenstoffsenke auf dem Land seit den 1960er Jahren durch den CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt bedingt, in Verbindung mit einer erhöhten Stickstoffablagerung, die die Photosynthese der Pflanzen anregen und in Trockengebieten deren Wassernutzung verbessern. Die größte Wirkung hat der CO<sub>2</sub>-Effekt - in Verbindung mit hohen Temperaturen und einer langen Wachstumszeit - in den Tropenwäldern (Abb. 4). Dem CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt steht in einigen Regionen wie Südamerika, Mitteleuropa, Südostasien und Westafrika die Wirkung des Klimawandels durch abnehmende Niederschläge und zu hohe Temperaturen gegenüber (Abb. 5). Global hat der Klimawandel 2014-2023 den CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt die Landsenke von Kohlenstoff um jährlich 0,87 GtC bzw. 27% reduziert. Nur in wenigen Regionen in Südamerika, Europa, Nordafrika und Australien überwiegt die negative Wirkung des Klimawandels, so dass die Vegetation auf dem Land zu eine Kohlenstoffquelle wird (Abb. 3).<ref name="Friedlingstein 2025"/>


Bei vielen tropischen Pflanzen, die auf eine hohe Feuchte ausgelegt sind und einen anderen Photosynthesemechanismus namens C4 (im Gegensatz zu C3) benutzen, ist dieser Effekt jedoch gering. Da keine Gefahr besteht, zu viel Wasser zu verlieren, verwertet die Pflanze ohnehin schon so viel CO<sub>2</sub> wie möglich. Eine erhöhte CO<sub>2</sub>-Konzentration hat bei solchen Pflanzen kaum einen Effekt. Auch gibt es vor allem in ariden Gebieten Pflanzen, die nachts, wenn es kühl und feucht ist, CO<sub>2</sub> aufnehmen, um dann am Tag bei geschlossenen Stomata und viel Sonnenschein damit Photosynthese zu betreiben (vgl. [[Wirkung von Kohlendioxid und Ozon|Wirkung von Kohlendioxid]]).
Klimasimulationen zeigen, dass die CO<sub>2</sub>-Aufnahme durch die Landvegetation bis zum Ende des 21. Jahrhunderts bei dem hohen Szenario SSP8.5 auch weiterhin zunehmen, bei den niedrigeren Szenarien allerdings durch die begrenzte Verfügbarkeit von Nährstoffen zurückgehen wird. <ref name="IPCC 2021">IPCC AR6, WGI (2021): Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks, 5.4.1</ref> Nach jüngsten Modellberechnungen wird die Aufnahme von CO<sub>2</sub> vor allem in den nördlichen Breiten der Nordhalbkugel zunehmen, in den tropischen Regionen jedoch zurückgehen. Wichtige Einflussfaktoren sind Extremereignisse und die erhöhte CO<sub>2</sub>-Konzentration der Atmosphäre. Die Regionen mit der stärksten Abnahme sind das nördliche Südamerika, Zentralafrika und Südostasien, besonders in den tropischen Regenwäldern des Amazonasgebietes, im Kongo und in Südostasien. Im Vergleich zum Jahr 2000 wird dadurch die Bruttoprimärproduktion 2100 in der tropischen Klimazone je nach Szenario zwischen 1,3% bis 8% geringer ausfallen. Der Grund sind vor allem klimatische Änderungen wie häufigere Dürren. In der kalten Zone zeigt sie dagegen eine Zunahme zwischen 5% und 17% und in der polaren Zone zwischen 12% und 90%. Wichtige Ursachen sind hier die starke Erwärmung im Vergleich zum globalen Durchschnitt und eine längere Wachstumszeit. In der gemäßigten Zone ergeben sich nur geringe Änderungen durch den Klimawandel.<ref name="Lu 2014">Lu, O., H. Liu, L. Wie et al. (2024):  Global prediction of gross primary productivity under future climate change, Science of The Total Environment, Volume 912, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.169239</ref>


[[Bild:Photosyntheserate.jpg|thumb|left|520px|Abhängigkeit der Blattphysiologie von der Temperatur. Links: Bruttoprimärproduktion (obere Kurve) und Atmung (untere Kurve). Da die Atmung der Pflanzen mit der Temperatur ansteigt, die Photosyntheserate aber ein Maximum erreicht und danach wieder abfällt, hat auch die Differenz der beiden, nämlich die Nettoprimärproduktion (rechts), ein Maximum.]]
== Landnutzungsänderungen ==
 
Der Mensch wirkt jedoch nicht nur indirekt durch den Klimawandel auf den terrestrischen Kohlenstoffkreislauf ein. Hinzu kommen direkte Eingriffe in die Vegetation. In den letzten Jahrhunderten musste ein großer Teil der [[Wälder im Klimawandel|Wälder]] und der sonstigen natürlichen Vegetation verstärkt der landwirtschaftlichen Nutzung weichen. Dieser Prozess degradierte den Boden, führte häufig zur Bodenerosion und laugte die Nährstoffe aus. Die Vernichtung der natürlichen Vegetation und die Bodenzerstörung führten zu erheblichen Kohlenstoffverlusten. Nahezu 90% davon entfallen auf die Vernichtung von Wäldern. Während der ersten 100 Jahre seit Beginn der Industrialisierung war die Umwandlung in Ackerland in Europa und Nordamerika die Hauptquelle für die CO<sub>2</sub>-Emissionen aus [[Landnutzung|Landnutzungsänderungen]]. In den letzten Jahrzehnten hat sich die Ackerfläche hier jedoch kaum noch ausgeweitet und ist teilweise, au.a. durch Wiederaufforstung, zurückgegangen. Dadurch sind von den außertropischen Gebieten in den 1980er und 1990er Jahren Netto kaum noch CO<sub>2</sub>-Emissionen in die Atmosphäre erfolgt. Dafür haben sich durch die Abholzung von Regenwäldern zunehmend die Tropen zu  CO<sub>2</sub>-Quellen entwickelt, in den 1980er Jahren mit 1,4 Gt Kohlenstoff pro Jahr, in den 1990er Jahren mit 1,6 Gt C/Jahr.<ref>IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Table 7.2</ref>  
Abgesehen davon wird vermutet, dass auch ohne solche Einschränkungen der Düngeeffekt nach einiger Zeit stark geschwächt werden könnte, entweder, weil er ab einem bestimmten CO<sub>2</sub>-Gehalt nicht mehr wirkt, oder weil die Pflanze sich an diesen gewöhnt und ineffizienter wird. Etliche Versuche, sowohl in Gewächshäusern als auch im Freiland, wurden dazu durchgeführt, zeigen jedoch sehr unterschiedliche Ergebnisse. Insbesondere fehlen Langzeitmessungen, die Aufschluss darüber geben, über welche Zeitdauer der Effekt wirken könnte.
 
Da es jedoch bei weitem nicht immer der Fall ist, dass die CO<sub>2</sub>-Konzentration den limitierenden Faktor darstellt, greift der Düngeeffekt auch bei C3-Pflanzen nicht überall. Eine Pflanze beispielsweise, die aufgrund des Klimawandels zunehmend unter zu hoher Temperatur oder Wassermangel leidet, kann mit dem Überangebot an CO<sub>2</sub> nicht unbedingt viel anfangen.  
 
Besonders in den gemäßigten und kalten Regionen wird ein gemäßigter Anstieg der Temperatur zwar eine Erhöhung der Nettoprimärproduktion der Pflanzen zur Folge haben. Grundsätzlich gibt es jedoch nicht nur eine Temperaturunter-, sondern auch eine Temperaturobergrenze für das Pflanzenwachstum. Da das Wachstum an flüssiges Wasser gebunden ist, setzt es erst wenige Grad über dem Gefrierpunkt ein; zu hohe Temperaturen zerstören andererseits die Enzymsysteme und damit die Zellen. Darüber hinaus bevorzugen viele Pflanzen eine Blatt-Temperatur innerhalb bestimmter Grenzen, in denen der Aufbau der Biomasse durch Photosynthese und der Abbau durch Atmung eine möglichst hohe Nettoprimärproduktion ermöglichen. So liegt der Temperaturbereich, in dem die maximale Netto-Photosynthese bzw. das höchste Wachstum stattfindet, für die meisten Pflanzen der mittleren Breiten zwischen 18 und 25 °C.
 
Ein anderer Aspekt ist die durch den Klimawandel in mittleren und höheren Breiten [[Phänologie|verlängerte Wachstumszeit]] durch einen früheren Frühlingsbeginn und ein späteres Herbstende. Die beobachtete [[Klimaänderungen in Europa|Erwärmung]] hat in Europa bereits heute zu einer längeren Wachstumszeit von 11 Tagen seit den frühen 1960er Jahren geführt und damit auch zu einer vermehrten CO<sub>2</sub>-Aufnahme. In höheren Breiten können dadurch außerdem Pflanzen reifen, für die das bislang wegen zu niedriger Temperaturen nicht möglich war. Allerdings sind viele Pflanzen an die Kombination bestimmter Temperatur- und Helligkeitsperioden im Tag-Nacht-Rhythmus angepasst, so dass sie nicht ohne weiteres von niederen in höhere Breiten migrieren können.
 
Einige Untersuchungen gehen davon aus, dass sich die Nettoprimärproduktion der meisten Pflanzen der mittleren und höheren Breiten bei einer CO<sub>2</sub>-Verdoppelung um 33% erhöhen könnte, wobei das größte Potential bei den [[Wälder im Klimawandel|Wäldern dieser Klimazonen]] liegt. Bei vielen Pflanzen in den Trockengebieten würde dieser Wert deutlich darunter liegen. Bei einer deutlich höheren CO<sub>2</sub>-Konzentration von z.B. 800-1000 ppm<ref>ppm (Teile pro Million) ist das Verhältnis der Anzahl von Treibhausgasmolekülen zur Gesamtzahl der Moleküle in trockener Luft.</ref> zeigen experimentelle Untersuchungen, dass sich die Nettoprimärproduktion entweder nur geringfügig erhöhen oder sogar zurückgehen wird. Im Gegensatz zu den hohen Breiten reagiert die Biosphäre der Tropen vermutlich mit einer sinkenden NPP auf die Erwärmung, da das Temperaturoptimum dort überschritten wird. Aktuelle Modellrechnungen ergeben, dass der Rückgang der NPP in den Tropen deutlich stärker ausfallen könnte als der Zuwachs in den hohen Breiten.<ref>Raddatz et al. (2007): Will the tropical land biosphere dominate the climate–carbon cycle feedback during the twenty-first century?, Climate Dynamics (29), 565–574.</ref>
 
=== Änderung der heterotrophen Respiration ===
Viele verschiedene Arten von Mikroorganismen auf und in den Böden sind daran beteiligt, das organische Material der toten Pflanzen zu zersetzen und aufgrund ihrer Atmung dann als CO<sub>2</sub> in die Atmosphäre abzugeben. Untersuchungen zeigen eine starke Abhängigkeit dieser heterotrophen Respiration von der Temperatur (wie es dem obigen Bild entsprechend auch bei der autotrophen Respiration, also der Atmung der Pflanzen, der Fall ist). Je höher die Temperatur im Boden ist, desto schneller findet diese Zersetzung statt - die heterotrophe Respiration steigt und hat damit senkenden Einfluss auf die Netto-Biomproduktion. In den höheren Breiten der Nordhalbkugel ist zudem damit zu rechnen, dass ein großer Teil der [[Permafrost|Permafrostböden]], in denen sich nahezu 20% des globalen im Boden gespeicherten Kohlenstoffs befinden, auftaut und Teil des aktiven [[Kohlenstoffkreislauf]]s wird. Dabei wird wahrscheinlich mehr Kohlendioxid freigesezt, als durch Pflanzenwachstum gespeichert wird. In den Trockengebieten wird eine temperaturbedingte Erhöhung der Verdunstung eher zu einer verringerten CO<sub>2</sub>-Aufnahme führen, da hier das Pflanzenwachstum stark durch die Wasserversorgung gesteuert wird. Quantitativ lassen sich die Auswirkung der klimatischen Änderungen auf den Kohlenstoffkreislauf allerdings schwer abschätzen. Auch gibt es Gründe, die gegen eine Verstärkung der Zersetzungsrate im Boden durch den Klimawandel sprechen:


Die Versuche, die dazu durchgeführt wurden, erstreckten sich alle über kurze Zeiträume von nicht mehr als wenige Jahre. Es könnte aber irreführend sein, von einer anfänglichen Zersetzungsrate auf die zukünftige zu schließen. Außerdem ist die Zusammensetzung der organischen Substanzen im Boden sehr komplex. Denkbar wäre, dass bei höheren Temperaturen zwar zunächst die gut zersetzbaren Verbindungen Kohlendioxid freisetzen, die trägen organischen Verbindungen jedoch nicht auf die Temperaturänderung reagieren.<ref>Grace und Rayment (2000): [http://www.nature.com/nature/journal/v404/n6780/full/404819a0.html Respiration in the balance]. Nature 404, 819-820.</ref> Dazu gehört z.B. Lignin, das ein Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwände ist. Für diese These sprechen auch Messungen der Respirationsrate in verschiedenen Breiten. Sie zeigen, dass die Zersetzung in warmen Gebieten nicht unbedingt schneller abläuft als in kalten.<ref>Giardina und Ryan (2000): [http://www.nature.com/nature/journal/v404/n6780/full/404858a0.html Evidence that decomposition rates of organic carbon in mineral soil do not vary with temperature]. Nature 404, 858-861.</ref> <ref>Valentini et al. (2000):[http://www.nature.com/nature/journal/v404/n6780/full/404861a0.html Respiration as the main determinant of carbon balance in European forests]. Nature 404, 861-865.</ref>
Im letzten Jahrzehnt (2010-2019) kam es durch Entwaldung, die Trockenlegung von Feuchtgebieten, die Ausdehnung von landwirtschaftlicher Nutzfläche und andere Landnutzungsänderungen zu einer Emission von 1,6 GtC pro Jahr. Die stärkste Entwaldung geschah in den tropischen Regenwäldern, die 2010-2019 zu jährlichen Kohlenstoffemissionen von 0,6 GtC geführt haben. Andererseits wurden durch die Zunahme des Pflanzenwachstums im selben Zeitraum 3,4 GtC pro Jahr aus der Atmosphäre entnommen. Zweidrittel davon gehen auf das Konto der Zunahme von Wäldern. Insgesamt waren die terrestrischen Ökosysteme eine Nettosenke von Kohlenstoff von -1,9 GtC pro Jahr.<ref name="IPCC 2022b">IPCC AR6 WGII (2022): Terrestrial and Freshwater Ecosystems and Their Services, 2.4.4.4</ref>  
 
Bislang ist die Frage, wie die Böden auf den Klimawandel reagieren werden, also nicht geklärt. Viele Klimamodelle gehen mangels Alternativen von einem exponentiellen Ansteigen der Zersetzungsrate bei steigender Temperatur im Boden aus, ohne spezifische Verbindungen zu unterscheiden.
 
* Vgl. auch [[Erwärmung und Kohlenstoff im Boden]]
 
=== Änderung der Störungen ===
Auch die Entwicklung von Störungen der Ökosysteme, vor allem durch Waldbrände, hängt davon ab, wie das Klima sich ändern wird und wie ihre Bewirtschaftung durch den Menschen geschieht. Es wird vermutet, dass die CO<sub>2</sub>-Emissionen durch Störungen in Zukunft zunehmen werden. Eine genaue Abschätzung der zukünftigen Emissionen aus Bränden und anderen Störungen ist aufgrund der großen Unsicherheiten nicht durchführbar. Dass es sich aber um einen bedeutenden Beitrag handeln könnte, zeigt sich an der Größenordnung der gegenwärtigen Störungen, die jährlich mehrere Gigatonnen Kohlenstoff freisetzen, etwa ein Drittel der menschengemachten direkten Emissionen. Mehr Informationen zu Waldbränden und Insektenbefall findet sich in dem Artikel [[Wälder im Klimawandel]].
 
=== Fazit ===
Erst die Gesamtsumme der obigen Beiträge ergibt global und über das Jahr gemittelt die Änderung der Netto-Biomproduktion und damit die Menge an Kohlenstoff, die der Atmosphäre jährlich entzogen wird. Beobachtungen zeigen momentan noch ein Überwiegen des Düngeeffekts über die Folgen des Klimawandels, die die drei letzten Terme der Bilanz in die Höhe treiben.
 
Den Ergebnissen von [[Klimamodelle]]n zufolge wird die NBP in den nächsten Jahrzehnten positiv bleiben, durch den voranschreitenden Klimawandel jedoch zur Mitte des 21. Jahrhunderts negativ werden, das Land wird dann zu einer CO<sub>2</sub>-Quelle. Dies hängt natürlich noch zusätzlich davon ab, welche Klima- und Landnutzungspolitik betrieben wird. Für die zukünftige Entwicklung dieses wichtigen Kohlenstoffspeichers ist es also von Bedeutung, wie in Zukunft mit den globalen Wäldern umgegangen wird.
 
Ein Wort der Vorsicht sei aber angefügt: Die Entwicklung des Kohlendioxidgehalts ist zwar äußerst klimarelevant, aber nicht der einzige Einfluss, den die [[Biosphäre im Klimasystem]] hat. Außer den hier genannten biogeochemischen Effekten gibt es auch starke biogeophysikalische Einflüsse: Pflanzen beeinflussen das Klima auch über den Austausch von Wasser und Impuls und die Steuerung der Oberflächenenergiebilanz. Ob die Vegetationsbedeckung an einem Ort oder global einen kühlenden oder erwärmenden Einfluss hat, hängt daher nicht nur von ihrer Speicherfähigkeit für Kohlenstoff ab!
 
== Landnutzungsänderungen ==
In den letzten Jahrhunderten musste ein großer Teil der [[Wälder im Klimawandel|Wälder]] und der sonstigen natürlichen Vegetation der landwirtschaftlichen Nutzung weichen. Dieser Prozess degradierte den Boden, führte häufig zur Bodenerosion und laugte die Nährstoffe aus. Die Vernichtung der natürlichen Vegetation und die Bodenzerstörung führten zu erheblichen Kohlenstoffverlusten. Nahezu 90% davon entfallen auf die Vernichtung von Wäldern. Eine jüngere Berechnung schätzt die gesamte Kohlenstoffemissionen der Landbiosphäre für die Zeit von 1850 bis 2006 auf 158 Gt C.<ref>Josep G. Canadell et al. (2007): [http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/0702737104v1 Contributions to accelerating atmospheric CO2 growth from economic activity, carbon intensity, and efficiency of natural sinks], Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0702737104</ref> Während der ersten 100 Jahre war die Umwandlung in Ackerland in Europa und Nordamerika die Hauptquelle für die CO<sub>2</sub>-Emissionen aus [[Landnutzung|Landnutzungsänderungen]]. In den letzten Jahrzehnten hat sich die Ackerfläche hier jedoch kaum noch ausgeweitet und ist teilweise, auch durch Wiederaufforstung, zurückgegangen. Dadurch sind von den außertropischen Gebieten in den 1980er und 1990er Jahren Netto kaum noch CO<sub>2</sub>-Emissionen in die Atmosphäre erfolgt. Dafür haben sich durch die Abholzung von Regenwäldern zunehmend die Tropen zu  CO<sub>2</sub>-Quellen entwickelt, in den 1980er Jahren mit 1,4 Gt Kohlenstoff pro Jahr, in den 1990er Jahren mit 1,6 Gt C/Jahr.<ref>IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Table 7.2</ref>


== Einzelnachweise ==
== Einzelnachweise ==

Aktuelle Version vom 18. März 2025, 19:14 Uhr

Abb. 1: Schematische Darstellung des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs. Die Werte geben Kohlenstoffflüsse in Gt C/Jahr an.

Kohlendioxid kommt auf der Erde in verschiedenen Speichern vor, in der Atmosphäre, im Ozean, auf dem Land und in geologischen Gesteinsschichten. Zwischen den Reservoiren kommt es zu Austauschprozesse, die den Kohlenstoffkreislauf bilden. Dieser Kreislauf ist im Hinblick auf die Geschwindigkeit der Austauschprozesse zweigeteilt. Der langsame Kohlenstoffkreislauf bezieht durch Vulkanausbrüche, Verwitterung und Plattentektonik sowie in jüngster Zeit durch die Förderung von fossilen Energieträgern durch den Menschen den geologischen Speicher mit ein. Für das Klima und das Leben auf der Erde ist jedoch unmittelbar nur der Kohlenstoff in den oberflächennahen Speichern Ozean, Landbiosphäre und Atmosphäre von Bedeutung.

Der Kohlenstoffkreislauf auf dem Land

Auf dem Land sind drei große Kohlenstoffspeicher zu unterscheiden:

  1. die Vegetation mit 450 GtC (Gigatonnen[1] Kohlenstoff[2]),
  2. die Böden mit 1700 GtC
  3. und der Permafrost 1400 GtC.[3]

Bei den angegebenen Größenordnungen handelt es sich um die natürlichen Reservoire, wie sie um 1750 vor Beginn der Industrialisierung existierten. Dabei tauscht die Landbiosphäre mit der Atmosphäre in einem natürlichen Kreislauf 120 GtC aus.[4]

Die wichtigste Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Land spielt sich über die Vegetation ab. Der Austausch zwischen Atmosphäre und Landbiosphäre geschieht durch die Prozesse von Photosynthese, Veratmung und Verrottung. Pflanzen nehmen durch die Photosynthese Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und geben durch autotrophe Respiration (Veratmung lebender Pflanzen) Kohlendioxid wieder an die Atmosphäre ab. Ein anderer Teil wird durch heterotrophe Respiration beim Abbau abgestorbener Biomasse durch Organismen der Atmosphäre zugeführt. Nur ein geringer Teil des kurzfristig umgesetzten Kohlenstoffs wird über längere Zeiträume im Boden gespeichert, bildet dort aber über längere Zeiträume große Speicher (Böden und Permfrost), die die der oberirdischen Vegetation weit übertreffen. Durch die Photosynthese der Pflanzen wird auch Sauerstoff freigesetzt. Dass Pflanzen insgesamt mehr CO2 aufnehmen als sie abgeben, liegt daran, dass sie mittels Photosynthese Biomasse aufbauen.

Die gesamte Produktion von Biomasse durch Pflanzen mithilfe von Licht und Kohlendioxid wird als Bruttoprimärproduktion bezeichnet. In der Bruttoprimärproduktion (BPP) der Pflanzen werden zunächst 120 Gt C pro Jahr durch die Photosynthese assimiliert (aufgenommen). Etwa die Hälfte dieses Kohlenstoffs (ca. 60 Gt C pro Jahr) geht durch die Atmung der Pflanzen (autotrophe Respiration, Ra) aber unmittelbar wieder an die Atmosphäre verloren. Die andere Hälfte geht dauerhafter in das Wachstum der Biomasse ein (Nettoprimärproduktion, NPP). Ein Großteil der Biomasse fällt jedoch als Streu (Laub, heruntergefallene Zweige etc.) an und wird durch Bodenorganismen mineralisiert, wobei jährlich 55 Gt C des durch das Wachstum der Pflanze gespeicherten Kohlenstoffs von 60 Gt C pro Jahr wieder an die Atmosphäre abgegeben werden (heterotrophe Respiration, Rh). D.h. nur 5 Gt C werden über längere Zeiträume durch die sogenannte Nettoökosystemproduktion im Stamm und Wurzelwerk gespeichert. (Abb. 1)

Die anthropogene Störung

Wie viel CO2 eine Pflanze als Biomasse speichert, hängt von vielen Faktoren ab: die Verfügbarkeit von Wasser, die Verfügbarkeit von Sonnenlicht im richtigen Wellenlängenbereich, die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Verfügbarkeit von Nährstoffen wie Stickstoffverbindungen und einigen anderen. Für die Photosynthese sind besonders Licht, Nährstoffe und Kohlendioxid von Bedeutung, die Atmung ist dagegen vorrangig von der Temperatur abhängig.

Abb. 2: Abhängigkeit der Blattphysiologie von der Temperatur. Links: Bruttoprimärproduktion (obere Kurve) und Atmung (untere Kurve). Da die Atmung der Pflanzen mit der Temperatur ansteigt, die Photosyntheserate aber ein Maximum erreicht und danach wieder abfällt, hat auch die Differenz der beiden, nämlich die Nettoprimärproduktion (rechts), ein Maximum.

Auch die natürlichen Kreisläufe werden durch den menschengemachten Klimawandel erheblich verändert, mit Auswirkungen auf die Nettoprimärproduktion. So werden in den mittleren und höheren Breiten verlängerte Wachstumszeit durch einen früheren Frühlingsbeginn und ein späteres Herbstende beobachtet. Die Erwärmung hat in Europa bereits heute zu einer längeren Wachstumszeit von 11 Tagen geführt und damit auch zu einer vermehrten CO2-Aufnahme.[5] Pro Jahrzehnt begann der Frühling in Europa um 3-4 Tage früher, in China um 5,5 Tage.[6] In höheren Breiten können dadurch außerdem Pflanzen reifen, für die das bislang wegen zu niedriger Temperaturen nicht möglich war. Allerdings sind viele Pflanzen an die Kombination bestimmter Temperatur- und Helligkeitsperioden im Tag-Nacht-Rhythmus angepasst, so dass sie nicht ohne weiteres von niederen in höhere Breiten migrieren können.

Abb. 3: CO2-Quellen und -Senken auf dem Land. Grün-blau: CO2-Senke in KgC pro m2 und Jahr; gelb-rot: CO2-Quelle in KgC pro m2 und Jahr.

Quellen und Senken

Wenn die terrestrischen Biosphäre mehr Kohlendioxid an die Atmosphäre abgibt als sie von dieser aufnimmt, dann ist sie für die Atmosphäre eine Quelle von Kohlendioxid. Im umgekehrten Fall ist die terrestrische Biosphäre eine Senke. Seit 1850 hat die terrestrische Kohlenstoffsenke 220 GtC aufgenommen, was 31% der anthropogenen Emissionen entspricht. Mehr als Dreiviertel davon (150 GtC) erfolgten nach 1960. D.h. die Kohlenstoffsenke durch die Landvegetation hat im Laufe der Zeit zugenommen, vor allem in den letzten Jahrzehnten. Sie lag in den 1960er Jahren bei jährlich 1,2 GtC und war im Mittel des Jahrzehnts 2014-2023 mit 3,2 GtC pro Jahr fast dreimal so hoch. Allerdings zeigt die Landsenke starke jährliche Schwankungen, die vor allem durch den Wechsel von El-Niño- und La-Niña-Ereignissen bedingt sind. Während eines El Niños schwächt sich die Kohlenstoffsenke auf dem Land ab, während einer La Niña nimmt sie zu. So lag die Landsenke in dem La-Niña-Jahr 2022 bei 3,9 GtC, während sie unter dem Einfluss von El Niño 2023 auf 2,3 GtC zurückging.[7]

Abb. 4: CO2-Düngungseffekt. Grün-blau: CO2-Senke in KgC pro m2 und Jahr
Abb. 5: Auswirkungen der globalen Erwärmung auf die CO2-Flüsse. Grün-blau: CO2-Senke in KgC pro m2 und Jahr; gelb-rot: CO2-Quelle in KgC pro m2 und Jahr.

Grundsätzlich ist der zunehmende Trend der Kohlenstoffsenke auf dem Land seit den 1960er Jahren durch den CO2-Düngungseffekt bedingt, in Verbindung mit einer erhöhten Stickstoffablagerung, die die Photosynthese der Pflanzen anregen und in Trockengebieten deren Wassernutzung verbessern. Die größte Wirkung hat der CO2-Effekt - in Verbindung mit hohen Temperaturen und einer langen Wachstumszeit - in den Tropenwäldern (Abb. 4). Dem CO2-Düngungseffekt steht in einigen Regionen wie Südamerika, Mitteleuropa, Südostasien und Westafrika die Wirkung des Klimawandels durch abnehmende Niederschläge und zu hohe Temperaturen gegenüber (Abb. 5). Global hat der Klimawandel 2014-2023 den CO2-Düngungseffekt die Landsenke von Kohlenstoff um jährlich 0,87 GtC bzw. 27% reduziert. Nur in wenigen Regionen in Südamerika, Europa, Nordafrika und Australien überwiegt die negative Wirkung des Klimawandels, so dass die Vegetation auf dem Land zu eine Kohlenstoffquelle wird (Abb. 3).[7]

Klimasimulationen zeigen, dass die CO2-Aufnahme durch die Landvegetation bis zum Ende des 21. Jahrhunderts bei dem hohen Szenario SSP8.5 auch weiterhin zunehmen, bei den niedrigeren Szenarien allerdings durch die begrenzte Verfügbarkeit von Nährstoffen zurückgehen wird. [8] Nach jüngsten Modellberechnungen wird die Aufnahme von CO2 vor allem in den nördlichen Breiten der Nordhalbkugel zunehmen, in den tropischen Regionen jedoch zurückgehen. Wichtige Einflussfaktoren sind Extremereignisse und die erhöhte CO2-Konzentration der Atmosphäre. Die Regionen mit der stärksten Abnahme sind das nördliche Südamerika, Zentralafrika und Südostasien, besonders in den tropischen Regenwäldern des Amazonasgebietes, im Kongo und in Südostasien. Im Vergleich zum Jahr 2000 wird dadurch die Bruttoprimärproduktion 2100 in der tropischen Klimazone je nach Szenario zwischen 1,3% bis 8% geringer ausfallen. Der Grund sind vor allem klimatische Änderungen wie häufigere Dürren. In der kalten Zone zeigt sie dagegen eine Zunahme zwischen 5% und 17% und in der polaren Zone zwischen 12% und 90%. Wichtige Ursachen sind hier die starke Erwärmung im Vergleich zum globalen Durchschnitt und eine längere Wachstumszeit. In der gemäßigten Zone ergeben sich nur geringe Änderungen durch den Klimawandel.[9]

Landnutzungsänderungen

Der Mensch wirkt jedoch nicht nur indirekt durch den Klimawandel auf den terrestrischen Kohlenstoffkreislauf ein. Hinzu kommen direkte Eingriffe in die Vegetation. In den letzten Jahrhunderten musste ein großer Teil der Wälder und der sonstigen natürlichen Vegetation verstärkt der landwirtschaftlichen Nutzung weichen. Dieser Prozess degradierte den Boden, führte häufig zur Bodenerosion und laugte die Nährstoffe aus. Die Vernichtung der natürlichen Vegetation und die Bodenzerstörung führten zu erheblichen Kohlenstoffverlusten. Nahezu 90% davon entfallen auf die Vernichtung von Wäldern. Während der ersten 100 Jahre seit Beginn der Industrialisierung war die Umwandlung in Ackerland in Europa und Nordamerika die Hauptquelle für die CO2-Emissionen aus Landnutzungsänderungen. In den letzten Jahrzehnten hat sich die Ackerfläche hier jedoch kaum noch ausgeweitet und ist teilweise, au.a. durch Wiederaufforstung, zurückgegangen. Dadurch sind von den außertropischen Gebieten in den 1980er und 1990er Jahren Netto kaum noch CO2-Emissionen in die Atmosphäre erfolgt. Dafür haben sich durch die Abholzung von Regenwäldern zunehmend die Tropen zu CO2-Quellen entwickelt, in den 1980er Jahren mit 1,4 Gt Kohlenstoff pro Jahr, in den 1990er Jahren mit 1,6 Gt C/Jahr.[10]

Im letzten Jahrzehnt (2010-2019) kam es durch Entwaldung, die Trockenlegung von Feuchtgebieten, die Ausdehnung von landwirtschaftlicher Nutzfläche und andere Landnutzungsänderungen zu einer Emission von 1,6 GtC pro Jahr. Die stärkste Entwaldung geschah in den tropischen Regenwäldern, die 2010-2019 zu jährlichen Kohlenstoffemissionen von 0,6 GtC geführt haben. Andererseits wurden durch die Zunahme des Pflanzenwachstums im selben Zeitraum 3,4 GtC pro Jahr aus der Atmosphäre entnommen. Zweidrittel davon gehen auf das Konto der Zunahme von Wäldern. Insgesamt waren die terrestrischen Ökosysteme eine Nettosenke von Kohlenstoff von -1,9 GtC pro Jahr.[11]

Einzelnachweise

  1. ↑ 1 Gigatonne = 1 Mrd. Tonnen
  2. ↑ 1 Gigatonne C = 3,664 Gt CO2
  3. ↑ Werte nach Friedlingstein, P., M. O'Sullivan, M.W. Jones et al. (2023): Global Carbon Budget 2023, Earth Syst. Sci. Data, 15, 5301–5369
  4. ↑ Crisp, D., H. Dolman, T. Tanhua et al. (2022): How well do we understand the land-ocean-atmosphere carbon cycle? Reviews of Geophysics, 60, e2021RG000736.
  5. ↑ Jeong, S.-J., Ho, C.-H., Gim, H.-J., and Brown, M.E. (2011): Phenology shifts at start vs. end of growing season in temperate vegetation over the Northern Hemisphere for the period 1982–2008, Global Change Biology 17, 2385–2399
  6. ↑ IPCC AR6 WGII (2022): Terrestrial and Freshwater Ecosystems and Their Services, 2.4.2.4
  7. ↑ Hochspringen nach: 7,0 7,1 Friedlingstein, P., M. O'Sullivan, M.W. Jones (2025): Global Carbon Budget 2024, Earth Syst. Sci. Data, 17, 965–1039, https://doi.org/10.5194/essd-17-965-2025
  8. ↑ IPCC AR6, WGI (2021): Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks, 5.4.1
  9. ↑ Lu, O., H. Liu, L. Wie et al. (2024): Global prediction of gross primary productivity under future climate change, Science of The Total Environment, Volume 912, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.169239
  10. ↑ IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Table 7.2
  11. ↑ IPCC AR6 WGII (2022): Terrestrial and Freshwater Ecosystems and Their Services, 2.4.4.4

Weblinks


Schülerarbeiten zum Thema

Schülerarbeiten zum Thema des Artikels aus dem Schulprojekt Klimawandel:

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