D¨¹rren vermindern zunehmend die Land-CO₂-Aufnahme in den Tropen

Pflanzen nehmen CO₂ auf, um zu wachsen. Dieses entziehen sie der Atmosph?re und bauen daraus mittels Photosynthese und Wasser organische Verbindungen auf. So haben die ?kosysteme an Land in den letzten sechs Jahrzehnten durchschnittlich etwa 32 Prozent der menschengemachten CO₂-Emissionen absorbiert. Ob und in welchem Masse die Landvegetation ihre Funktion als Kohlenstoffsenke in einem sich wandelnden Klima aufrechterhalten kann, ist eine zentrale Frage der Klimawissenschaften und politisch hoch relevant.

Das Klimasystem der Erde ist von zahlreichen R¨¹ckkopplungen gepr?gt. Darunter versteht man durch die Erderw?rmung ausgel?ste Prozesse, die auf den urs?chlichen Klimawandel r¨¹ckwirken und diesen verst?rken oder abschw?chen. Solche Kohlenstoff-Klima-R¨¹ckkopplungen sind sowohl schwer mess- als auch modellierbar und stellen einen bedeutenden Unsicherheitsfaktor in Klimaprojektionen dar. ?Daher ist es schwierig genau zu quantifizieren, wie die Kohlenstoffsenke an Land auf zus?tzlichen menschenverursachten Klimawandel reagieren wird?, sagt Sonia Seneviratne, Professorin f¨¹r Land-Klima-Dynamik der ETH Z¨¹rich.

Bislang ging die Forschung davon aus, dass die Land-CO₂-Senke erst bei einer hohen bis sehr hohen globalen Erw?rmung von 2 bis 4 Grad Celsius klar beeintr?chtigt w¨¹rde. Nun findet ein Team von Forschenden unter Leitung von Seneviratne Hinweise, dass die Land?kosysteme weniger robust gegen¨¹ber Klimaver?nderungen sein k?nnten, als bisher gedacht.

?Wir stellen eine zunehmende Verwundbarkeit der tropischen Kohlenstoffsenke durch Wassermangel fest?, sagt Laibao Liu, Postdoktorand in Seneviratnes Gruppe und Erstautor der Studie, ¨¹ber welche die Forschenden aktuell im Wissenschaftsmagazin externe SeiteNaturecall_made berichten.

Feedback-Schlaufe zwischen Kohlenstoff und Klima

Konkret legen die Resultate den Schluss nahe, dass D¨¹rreperioden den Kohlenstoffkreislauf in den Tropen w?hrend der letzten 60 Jahre in steigendem Masse beeinflussten, und zwar so, dass die Vegetation weniger CO₂ w?hrend Trockenheitsereignissen absorbierte ¨C ein Effekt, den das Gros der Klimamodelle nicht erfassen kann.

Dennoch scheint die Beobachtung in einer bekannten R¨¹ckkopplung begr¨¹ndet zu sein: Unter heiss-trockenen Bedingungen stellen Pflanzen die CO₂-Aufnahme ein, um Wasserverluste zu vermeiden. Ausserdem finden auch mehr Pflanzesterblichkeit und Feuerereignisse statt, die zu CO₂-Verlusten in der Biosph?re f¨¹hren. Wenn solche Bedingung ?fter vorkommen, k?nnte das die Land-CO₂-Senke vermindern und die globale Erw?rmung weiter erh?hen.

Bereits 2018 konnte Seneviratnes Team im globalen Massstab zeigen, dass ?kosysteme im D¨¹rrestress weniger Kohlenstoff aufnehmen: In trockenen Jahren steigt die CO₂-Konzentration in der Atmosph?re deutlich an. Tats?chlich schwankt die Wachstumsrate des atmosph?rischen CO₂ von Jahr zu Jahr in Einklang mit der terrestrischen Wasserverf¨¹gbarkeit. Die gr?sste Herausforderung war dabei, herauszufinden, wo weltweit D¨¹rren auftreten. Diese lassen sich seither dank raffinierter Satellitenbeobachtung der terrestrischen Wassserspeicher pr?zise erheben.

D¨¹rren korrelieren mit Kohlenstoffkreislauf

In der vorliegenden Studie wollten die Forschenden wissen, ob sich der Zusammenhang zwischen dem verf¨¹gbaren Wasser und der CO₂-Wachstumsrate ¨¹ber die Zeit ver?nderte. ?Da die j?hrlichen Schwankungen der CO₂-Wachstumsrate klar von den Kohlenstofffl¨¹ssen zwischen Land und Atmosph?re in den Tropen dominiert werden, konnten wir diese globale Frage anhand von tropischen Klimadaten der letzten sechzig Jahre untersuchen?, erl?utert Liu.

Die Forschenden konnte so nachweisen, dass sich die Kopplung zwischen der tropischen Wasserverf¨¹gbarkeit und der CO₂-Wachstumsrate in den j¨¹ngsten 30 Jahren von 1989 bis 2018 im Vergleich zur vorherigen Periode von 1960 bis 1989 intensiviert hat.

Mit anderen Worten: Tropisches Wasser ¨C oder genauer dessen Mangel ¨C entwickelte sich zusehends zu einem limitierenden Faktor, der den j?hrlich schwankenden Kohlenstoffkreis mitsamt seinen R¨¹ckkopplungen pr?gt.

R¨¹ckblicke sind keine Prognose

Die Befunde geben Seneviratne Anlass zur Sorge, da sie einen Prozess hervorheben, der die Klimaerw?rmung weiter verst?rken k?nnte. Sie will nun herausfinden, was die intensiveren tropischen D¨¹rren und die h?here Empflindlichkeit der tropischen ?kosysteme verursachte, und warum Klimamodelle das nicht erfassen. Eine m?gliche Erkl?rung k?nnten ?nderungen in den r?umlichen Eigenschaften von El Ni?o Southern Oscillation (ENSO) sein, wie die Forschenden in ihrer Studie schreiben. F¨¹r gesicherte Antworten ist es aber noch zu fr¨¹h.

Weiter mahnt Seneviratne zu Vorsicht vor voreiligen Schl¨¹ssen. ?Unsere Studie schaute zur¨¹ck ¨C nicht nach vorn. Die Resultate sind keine Prognosen?, betont die Klimaforscherin.

Dennoch: W¨¹rden D¨¹rren f¨¹r den Kohlenstoffkreislauf weiter wichtiger, liesse dies nichts Gutes erahnen. ?Wir erwarten, dass viele Regionen mit ausgedehnter Vegetation, insbesondere das Amazonasgebiet, bei steigenden Temperaturen st?rker von D¨¹rren betroffen sein werden?, so Seneviratne.

Dass Klimamodelle die verst?rkte Wasserlimitierung nicht wiedergeben, k?nnte bedeuten, dass die pflanzliche Kohlenstoffaufnahme und Widerstandsf?higkeit gegen¨¹ber D¨¹rren bis anhin schlicht ¨¹bersch?tzt wurde. Das w¨¹rde die Bewertung von Klimazielen und -Massnahmen beeinflussen ¨C ?Wir m¨¹ssten das globale Kohlenstoffbudget f¨¹r die verbleibenden Emissionen neu berechnen?, erg?nzt Liu.

Zun?chst gilt es nun aber, die Klimamodelle dazu zu bef?higen, dass sie die Folgen von D¨¹rren auf den Kohlenstoffkreislauf ad?quat ber¨¹cksichtigen. ?Erst dann k?nnen wir genauere Prognosen f¨¹r die k¨¹nftige Kohlenstoffsenke an Land erstellen?, sagt Sonia Seneviratne.