Trockene Gewässer können klimarelevante Gase freisetzen. Foto: Rafa Marce
Eine zentrale Größe der Sachstandsberichte des Weltklimarats (IPCC) ist der globale Kohlenstoffzyklus: Kohlenstoff bzw. C ist in verschiedenen Formen in Gesteinen, Böden, Wasser, Luft, Lebewesen und Atmosphäre vorhanden; zwischen diesen Sphären finden stetige Austauschprozesse statt. In der Atmosphäre wirkt Kohlenstoff in Form von CO2 als Treibhausgas. „Bei der Berechnung von Stoffflüssen im Kohlenstoffkreislauf sind bestimmte Lebensräume zu komplex zu erfassen und werden entsprechend im IPCC-Bericht nicht gesondert beachtet“, erklärt Dr. Gabriel Singer, Leiter der IGB-Arbeitsgruppe Ökosystemökologie von Bächen und Flüssen und Mitautor der beiden Studien. Dabei haben Flüsse, Seen, Teiche oder Bäche, die teilweise oder vollständig austrocknen oder deren Wasserspiegel fällt, einen nicht unbedeutenden Anteil am global emittierten CO2, wie das Autoren-Team zeigen kann: Werden vollständig trockengefallene Seesedimente und saisonal trockenfallende Flächen unterschiedlichster Gewässer beachtet, müssen die CO2-Flüsse aus kontinentalen Gewässern an die Atmosphäre um etwa 10 Prozent höher angesetzt werden. Damit spielen Binnengewässer eine bedeutendere Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf als bislang angenommen.
Seen galten bislang als Kohlenstoff-Speicher – das stimmt nur bedingt
Für die Studie werteten die Wissenschaftler zahlreiche Studien aus, die in den vergangenen Jahren zu der Frage beigetragen haben, wie sich CO2-Emissionen aus Gewässern und ihr Beitrag zum Kohlenstoffkreislauf beziffern lassen und welche Ursachen deren zunehmende Austrocknung hat. Eigentlich sind Gewässer, insbesondere Seen, vor allem C-Senken, in deren Sedimenten Kohlenstoff langfristig gebunden wird. Sinkt der Wasserspiegel jedoch ab, kommt ein größer werdender Teil des Seebodens in Kontakt mit dem Sauerstoff der Luft. Je trockener die Sedimente werden, umso mehr steigt die aerobe Respiration an – das tote organische Material im Seeboden wird von Bakterien veratmet, wodurch wiederum CO2 produziert wird. „Unsere Analyse zeigt, dass Seen mitnichten nur als C-Senken zu betrachten sind, sondern im Gegenteil gasförmigen Kohlenstoff emittieren, wenn sie trockenfallen“, betont Gabriel Singer. Diese Effekte dürften im Zuge des Klimawandels an Bedeutung zunehmen: So sind in den letzten 30 Jahren weltweit bereits etwa 90.000 km2 Gewässeroberfläche vollständig verschwunden.
Auf Grundlage der gesammelten Erkenntnisse errechnete das Autoren-Team einen ungefähren Basiswert für den Anteil, den trockenfallende Gewässer am globalen Kohlenstoffkreislauf haben. „Etwa 0,2 Gigatonnen CO2 werden jährlich von trockenen Gewässern weltweit emittiert. Zum Vergleich: Der jährliche CO2-Fluss aus kontinentalen Gewässern liegt bei ca. 2 Gigatonnen pro Jahr, die anthropogen erzeugte Menge aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe bei 9 Gigatonnen pro Jahr“, so Gabriel Singer. Welchen Anteil der Mensch auf die zunehmende Trockenheit hat, lässt sich allerdings nur schwer beziffern; mögliche Einflüsse werden etwa einer veränderten Landnutzung in Einzugsgebieten von Gewässern oder Maßnahmen, die lediglich saisonal austrocknende Flüsse durch Wasserentzug dauerhaft trockenlegen, zugeschrieben. Und natürlich kann lokale Austrocknung auch eine Folgeerscheinung veränderter Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse im Zusammenhang mit dem globalen Klimawandel sein.
Wasserspeicher sind mögliche Angriffspunkte für eine geringere Emission von CO2 aus Gewässern
Die Ergebnisse der Studie bieten dem Menschen indes neue Handlungsoptionen. „Je genauer wir wissen, wie der globale Kohlenstoffkreislauf funktioniert, umso besser können wir mögliche Angriffspunkte identifizieren, vor allem wenn es darum geht, mögliche Rückkopplungen des Klimawandels abzufangen“, sagt Gabriel Singer. Wasserspeicher beispielsweise sind von Menschenhand geschaffene Gewässer, bei denen das Trockenfallen von Sedimentflächen bei Wasserstandschwankungen bewusst in Kauf genommen wird. Es gilt, die Rolle derartiger Systeme im Kohlenstoffkreislauf ganzheitlich abzuschätzen. Dazu gehört auch eine detaillierte Erfassung von Treibhausgasemissionen. Dies erscheint vor allem gegeben bei der Standortauswahl möglicher neu zu errichtender Speicher, aber auch im Hinblick darauf, wie das Management existierender Speicher angepasst werden kann oder ob sie gar entfernt werden sollten.
Eine weitere, kürzlich veröffentlichte Publikation aus dem Team von Gabriel Singer beschäftigt sich mit der Frage, welche Auswirkungen die Abwechslung von Trocken- und Regenperioden bei Flussökosystemen auf Stoffflüsse haben. Während eines Gastaufenthalts am IGB untersuchte die Nachwuchsforscherin Marisa Arce den Bestand von Stickstoff in den Sedimenten, die Oxidation von Ammonium sowie die Emission von Distickstoffmonoxid bzw. Lachgas, einem wichtigen Treibhausgas. Letzteres fällt während der Austrocknung ab, steigt aber wieder an, sobald es regnet. Die Ergebnisse helfen besser zu verstehen, wie sich Stickstoffflüsse in Bächen oder Flüssen in abwechselnd trockenen und Regenperioden verhalten. Dieses Szenario wird wegen des Klimawandels künftig mehr Flussökosysteme betreffen – und gegebenenfalls deren Rolle in globalen Stoffkreisläufen verändern.
Rafael Marce; Biel Obrador; Lluis Gomez-Gener; Nuria Catalan; Matthias Koschorreck; Maria Isabel Arce; Gabriel Singer; Daniel von Schiller: Emissions from dry inland waters are a blind spot in the global carbon cycle. Earth-Science Reviews. - 188(2019), S. 240-248
Maria Isabel Arce; Daniel von Schiller; Mia M. Bengtsson; Christian Hinze; Hoseung Jung; Ricardo J. Eloy Alves; Tim Urich; Gabriel Singer: Drying and rainfall shape the structure and functioning of nitrifying microbial communities in riverbed sediments. Frontiers in Microbiology. - 9(2018)art. 2794
