600 Millionen Tonnen im Jahr

Forscher der Universität Bremen haben berechnet, dass die Vegetation in Europa mehr Kohlenstoff aufnimmt, als bisher angenommen wurde. Vor allem im Norden und Osten Europas. Dies könnte helfen, geltende Klimamodelle weiter zu präzisieren.

Unter den über 1.000 Satelliten gibt es viele, die nicht zu kommerziellen oder militärischen Zwecken unterwegs sind, sondern im Dienste der Wissenschaft um die Erde kreisen. Mit Hilfe modernster Sensoren und hochauflösender Kameras liefern sie Bilder und Messdaten von der Erdoberfläche oder aus der Atmosphäre. Der Blick aus Tausend Kilometer Höhe ermöglicht eine große räumliche Abdeckung und liefert nicht selten neue Erkenntnisse: Forscher der Universität Bremen haben mit Hilfe solcher Satellitendaten berechnet, dass die Vegetation Europas und Eurasiens in den vergangenen Jahren mehr Kohlenstoff (C) gespeichert hat, als bisher angenommen wurde.

Wälder sind die größten natürlichen Kohlenstoffsenken

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Dass Pflanzen überhaupt Kohlenstoff aufnehmen und speichern, liegt an der Photosynthese, einem der wichtigsten und ältesten chemischen Prozesse der Erde. Kohlenstoff, der aus der Luft in Form von Kohlendioxid (CO₂) aufgenommen wird, stellt neben Wasserstoff und Lichtquanten (Photonen) einen elementaren Baustein des Prozesses dar. Er wird, nachdem im Zuge der Photosynthese Kohlenhydrate wie Zucker oder Stärke gebildet worden sind, in der organischen Substanz der Pflanzen als Biomasse gespeichert. Damit wird der Atmosphäre CO₂ entzogen. Vor dem Hintergrund des Klimawandels spielt dies eine wichtige Rolle, da die Reduzierung der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre eine wichtige Gegenmaßnahme zum Aufheizen der Erdatmosphäre darstellt.

In diesem Zusammenhang wird häufig der Begriff Kohlenstoffsenke verwendet. Damit sind Reservoirs gemeint, in denen zeitweilig Kohlenstoff aufgenommen und gespeichert wird. Dazu zählen vor allem Wälder. „Die Existenz einer großen natürlichen Kohlenstoffsenke in mittleren bis hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre ist wissenschaftlich unumstritten. Trotz jahrzehntelanger Forschung ist jedoch immer noch nicht geklärt, wo genau diese wichtige Kohlenstoffsenke zu finden ist“, erklärt Dr. Maximilian Reuter, Hauptautor der Studie.

Rund 600 Millionen Tonnen Kohlenstoff zusätzlich im Jahr

Basierend auf mehreren Messdaten zweier Umweltforschungssatelliten (ENVISAT und GOSAT), die in den vergangenen Jahren Luftproben über Europa gesammelt und analysiert haben, berechneten die Forscher die Menge an Kohlenstoff, die der Atmosphäre von 2003 bis 2010 durch die Vegetation in Europa und Eurasien entzogen wurde. Die wichtigste Erkenntnis ist, dass die Aufnahmekapazität insgesamt größer war, als bisher angenommen wurde. Den Berechnungen der Forscher zufolge nahm die europäische Vegetation rund 600 Millionen Tonnen im Jahr mehr Kohlenstoff auf, als z. B. vom Weltklimarat der Vereinten Nationen (IPCC) bisher erwartet wurde. Statt der angenommenen 400 Millionen Tonnen, gehen die Forscher nun von fast 1 Milliarde Tonnen an Kohlenstoff aus. Die Messdaten legen nahe, dass die Vegetation im Norden sowie im Osten Europas bzw. in Eurasien einen größeren Anteil daran hat.

Mögliche Fehlerquellen vermeiden

Ein gewichtiger Grund für die Diskrepanz ist, dass in früheren Modellen die CO₂-Aufnahme in der Anbauperiode unterschätzt und die CO₂-Abgabe während der Winterruhe zugleich überschätzt wurde, so die Forscher. Während im Frühling und Sommer die höhere Photosyntheseaktivität der Pflanzen den Kohlenstoffverbrauch und die -aufnahme erhöht, senken Pflanzen während der kalten Monate ihre Stoffwechselaktivität, infolgedessen weniger CO2 im Zuge der pflanzlichen Atmung (Respiration) abgegeben wird.

Winzige Messfehler mit großer Wirkung

Eine weitere mögliche Fehlerquelle sehen die Forscher darin, dass die Messdaten auf Luftproben basieren, deren Analyseergebnisse anschließend auf die gesamte Atmosphäre hochgerechnet werden. Bereits eine winzige Veränderung in der Zahl der Kohlenstoffmoleküle, die auf einem Quadratmeter Luft gefunden werden, können das Ergebnis signifikant beeinflussen und verzerren, wenn man diese auf den Gesamtgehalt und damit Gigatonnen (Millarden Tonnen) hochrechnet. Hinzu kommt, dass die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre bereits sehr hoch ist, und kleine Veränderungen kaum ins Gewicht fallen. Da auch die Messdaten der Bremer Forscher auf Luftproben basieren, sind auch sie nicht gänzlich vor Kalkulationsfehlern gefeit. Um mögliche Fehlerquellen so gut es geht zu vermeiden, griffen die Bremer Forscher daher auf mehrere Datensätze zurück und führten zusätzlich Fehleranalysen durch.

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Neue Technologien schaffen ein klareres Bild

Dr. Michael Buchwitz, Koautor der Studie, weist darauf hin, dass erst neue Verfahren und Technologien dazu führen werden, diese Fehlerquellen auszuschließen und ein genaueres Bild der Kohlenstoffaufnahme und -abgabe zu erhalten. Er richtet seinen Blick daher auf den neuen Forschungssatelliten der NASA (OCO-2). Dieser befindet sich seit dem Sommer 2014 auf der Mission, die Kohlenstoffaufnahme und -abgabe der globalen Vegetation zu erfassen, um darauf aufbauend deren Speicherkapazität zu berechnen. Statt jedoch Luftproben zu nehmen und zu analysieren, ist der Satellit mit einer hochauflösenden Spektralkamera ausgestattet, die in der Lage ist, das schwach fluoreszierende Licht zu erfassen, welches von dem grünen Pflanzenfarbstoff Chlorophyll unter Sonneneinstrahlung abgegeben wird.

Während Luftproben zwar eine genaue und punktuelle Analyse der Luft ermöglichen, erlaubt dieses Verfahren eine weitaus größere, räumliche Abdeckung und kontinuierliche Beobachtung. Die Forscher erhoffen sich daher auch, die Entwicklung und Veränderungen der Photosyntheseaktivität  unter dem Einfluss des Klimas und des Klimawandels genauer zu untersuchen.

Chlorophyll-Fluoreszenz als neuer Indikator

Ziel des neuen Verfahrens ist es, ein genaueres Bild über die Photosyntheseaktivität der Pflanzen zu erhalten. Denn nur wenn eine Pflanze Photosynthese betreibt, ist das Chlorophyll aktiv und fluoresziert dementsprechend. Auf einer globalen „Kohlenstoff-Karte“, die anhand der Chlorophyll-Fluoreszenz, die Kohlenstoffspeicherkapazität erfasst, stachen im Herbst 2014 drei Regionen auf der Südhalbkugel hervor: Australien,  Südafrika und der Osten Brasiliens. Obwohl auf der Südhalbkugel zu diesem Zeitpunkt Frühling herrschte, in dem Pflanzen normalerweise in ihre Wachstumsphase treten, ihre Photosyntheseaktivität erhöhen und dementsprechend mehr Kohlenstoff aufnehmen, zeigte die Kohlenstoff-Karte eine besonders hohe CO₂-Konzentration für diese Regionen an. Der Grund für diese Auffälligkeit waren keine Messfehler, sondern saisonale Wald- und Buschbrände, durch die Photosynthese betreibende Pflanzen vernichtet wurden, infolgedessen weniger Kohlendioxid aus der Atmosphäre entzogen wurde. Das CO₂, welches durch die Brände zusätzlich freigesetzte wurde, spielte bei der Untersuchung hingegen keine Rolle.

Klimamodelle müssen angepasst werden

Sowohl die Studie der Bremer Forscher als auch die Ergebnisse des Forschungssatelliten OCO-2 deuten an, dass heutige Klimamodelle  und -prognosen angepasst und ergänzt werden müssen. Dies würde sich wiederum auch auf die Diskussion über die Strategien und Maßnahmen zur Reduzierung der Treibhausgas-Konzentration auswirken. „Die Ergebnisse dürfen nicht den Schluss zulassen, dass Europa zukünftig weniger Anstrengungen unternehmen muss, seine CO2 Emissionen zu reduzieren“, weist Dr. Buchwitz daher in diesem Zusammenhang ausdrücklich hin.