Der Mensch bringt bekanntlich das Fass erst zum Überlaufen – doch bei der globalen CO2-Bilanz müssen auch die Beiträge der natürlichen Systeme einberechnet werden. Ein großer Faktor ist dabei die Bodenatmung: Ein erheblicher Anteil der Treibhausgase in der Atmosphäre ist auf die Aktivität von Mikroorganismen wie Bakterien, Pilzen und weiteren Kleinstlebewesen zurückzuführen, die im Boden mithilfe von Sauerstoff organisches Material zersetzen. Schon lange richtet sich ein sorgenvoller Blick im Rahmen der Klimakrise auf diese sogenannte heterotrophe Bodenatmung. Denn es zeichnet sich ab, dass die Folgen des Klimawandels den mikrobiellen Biomasse-Abbau im Untergrund verstärkt. Doch das tatsächliche Ausmaß des Problems lässt sich bisher schwer einschätzen.
Schlüsselfaktoren: Temperatur und Bodenfeuchtigkeit
Deshalb haben die Forscher um Alon Nissan von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich nun ein neues mathematisches Modell entwickelt. Wie das Team erklärt, orientiert es sich bei der Prognose in einer innovativen Weise an zwei Schlüsselfaktoren, die das Ausmaß der Bodenatmung maßgeblich prägen: Bodenfeuchtigkeit und Bodentemperatur. Der Fortschritt des Ansatzes besteht zudem darin, dass das Modell alle biophysikalisch relevanten Ebenen mit globalem Blick umfasst – von der Mikroebene der Bodenbeschaffenheit und der Wasserverteilung im Boden bis hin zu Pflanzengemeinschaften wie Wäldern, ganzen Ökosystemen und Klimazonen. „Außerdem validieren Simulationen, Labormessungen und Feldbeobachtungen den neuen Ansatz“, schreiben die Wissenschaftler.
Wie sie berichten, ging aus ihren Berechnungen zunächst grundlegend hervor: Die heterotrophe Atmung ist seit den 1980er Jahren weltweit bereits mit einer Rate von etwa zwei Prozent pro Jahrzehnt angewachsen. Aus den Projektionen geht wiederum hervor, dass die CO2-Freisetzung durch Bodenmikroben bis zum Ende dieses Jahrhunderts immer schneller zunehmen wird. Demnach droht im schlimmsten Fall ein weltweiter Anstieg von bis zu rund vierzig Prozent im Vergleich zu den heutigen Werten. Neben dieser Gesamtschau ist ein wichtiger Aspekt der Studie außerdem, dass nun deutlich wird, wie unterschiedlich stark und anders begründet der Anstieg in den verschiedenen Klimazonen sein wird. Vor allem wird demnach der bisher noch vergleichsweise kleine Anteil der arktischen Gebiete an den Gesamtemissionen stark ansteigen. Denn für diese Bereiche sagen die Modellberechnungen sogar einen Zuwachs um mehr als das Zweifache voraus.
Starker Zuwachs mit regionalen Besonderheiten
Wie die Wissenschaftler erklären, kommt dort die wachsende Bodenfeuchtigkeit zum Tragen und weniger der Temperaturanstieg wie in den warmen und gemäßigten Zonen. „Schon eine geringe Änderung des Wassergehalts kann in den Polarregionen zu einer erheblichen Veränderung der Atmungsintensität führen“, sagt Nissan. Denn wie er erklärt, bilden sich beim Auftauen der Böden optimale Feuchtigkeitsbedingungen für die Aktivität der Kleinstlebewesen – es ist weder zu nass noch zu trocken. Obwohl den Berechnungen zufolge auch in den anderen Klimazonen die mikrobiellen CO2-Emissionen deutlich ansteigen werden, fällt der Zuwachs geringer aus als im Norden, da dort die Böden vergleichsweise trocken sind, erklären die Forscher.
