Böden in Trockengebieten speichern Kohlenstoff viel länger als erwartet

Trockengebiete wie Wüsten, Steppen und Savannen bedecken über 40 % der Erdoberfläche und bilden damit die größten natürlichen Ökosysteme der Welt. Da sie Lebensraum für fast 40 % der Weltbevölkerung sind, jedoch schnellen Landnutzungsänderungen unterliegen, betonen Institutionen wie der IPCC die Notwendigkeit, ihre Entwicklung unter künftigen Klima-Szenarien zu verstehen. Eine Schlüsselrolle nimmt dabei der Kohlenstoffkreislauf ein. Obwohl Trockengebiete nur etwa 10 % des gesamten terrestrischen Kohlenstoffs beherbergen, speichern sie rund 30 % des globalen Bodenkohlenstoffs.

Forschende am Max-Planck-Institut für Biogeochemie haben nachgewiesen, dass der organische Kohlenstoff in den Oberböden dieser Regionen mit durchschnittlich 2.000 Jahren deutlich älter ist als bisher vermutet. Diese Erkenntnis ist ökologisch brisant, da selbst dieser alte Kohlenstoff von Mikroorganismen abgebaut und als CO₂​ freigesetzt werden kann, sobald die Böden befeuchtet werden. Die Ergebnisse verdeutlichen somit, wie stark die Kohlenstoff-Flüsse globaler Trockengebiete durch den Klimawandel beeinflusst werden können und wie wichtig das Verständnis biogeochemischer Prozesse für eine nachhaltige Entwicklung dieser Räume ist.

Dynamik der Kohlenstoffflüsse in Trockengebieten

Die Aufnahme und Freisetzung von Kohlenstoff in Böden wird maßgeblich durch die Verfügbarkeit von Wasser beeinflusst, was je nach Niederschlagsmenge zu erheblichen Schwankungen führt. Diese Variabilität wirkt sich direkt auf den globalen Kohlenstoffaustausch zwischen der Landoberfläche und der Atmosphäre aus. Dennoch ist bisher nicht abschließend geklärt, wie der organische Bodenkohlenstoff in Trockengebieten im Detail auf jährliche Niederschlagsschwankungen sowie auf Veränderungen in der Landbewirtschaftung reagiert.

Das wahre Alter des Bodenkohlenstoffs in Trockengebieten

Um das Alter und die Umschlagszeit von organischem Bodenkohlenstoff zu bestimmen, setzen die Forschenden auf Radiokohlenstoffmessungen. Während dieses Verfahren in Wäldern und feuchten Ökosystemen etabliert ist, lassen sich die dortigen Erkenntnisse nicht ohne Weiteres auf aride Systeme übertragen. Dr. Jianbei Huang erklärt: „Es gibt überraschend wenige Radiokohlenstoffmessungen für Trockengebiete, weshalb wir nur schwer verstehen, wie lange Böden dort Kohlenstoff speichern und freisetzen.“ Zur Schließung dieser Wissenslücke analysierte Hui Wang Proben von 97 Standorten aus sechs Kontinenten, die entlang breiter Umwelt- und Klimagradienten gesammelt wurden. Die Untersuchung des Radiokohlenstoffgehalts im Boden sowie im freigesetzten CO₂​ ergab, dass der organische Bodenkohlenstoff im Schnitt über 2.000 Jahre und jener im CO₂​ etwa 500 Jahre alt ist. Beides Werte liegen deutlich über bisherigen Modellvorhersagen. „Der in Trockengebieten gespeicherte und auch der freigesetzte organische Kohlenstoff sind deutlich älter als früher geschätzt wurde“, resümiert Wang.

Wasserverfügbarkeit als Schlüssel zum Kohlenstoffalter

Um die steuernden Faktoren hinter dem Kohlenstoffalter zu identifizieren, untersuchte das Team die Einflüsse von Klima, Vegetation und Bodeneigenschaften. Dabei zeigte sich, dass das Alter des Kohlenstoffs in den Bodenproben sowie im freigesetzten CO₂​ maßgeblich von der Trockenheit, der pflanzlichen Produktivität und dem Gehalt an organischem Bodenkohlenstoff abhängt. „In Trockengebieten ist aber für die Alterung von Bodenkohlenstoff die Trockenheit wichtiger als die Temperatur, da Wasser das Pflanzenwachstum und somit die Zufuhr neuen Kohlenstoffs in den Boden steuert“, erklärt Wang. Eine besondere ökologische Relevanz ergibt sich daraus, dass selbst dieser alte Kohlenstoff bei einer Befeuchtung trockener Böden von Mikroorganismen abgebaut und als CO₂​ in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Zukunft der Kohlenstoffspeicherung in Trockengebieten

Die neuen Ergebnisse tragen entscheidend dazu bei, die Stabilität und die Veränderungen des organischen Bodenkohlenstoffs in Trockengebieten unter dem Einfluss künftiger Klima- und Landnutzungsszenarien zu bewerten. Dr. Huang erläutert die Folgen zunehmender Aridität: „Wenn Trockengebiete im Zuge des Klimawandels noch trockener werden, kann Kohlenstoff zwar länger im Boden verbleiben, doch die Böden könnten andererseits weniger zusätzlichen Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufnehmen.“ Maßnahmen der Landbewirtschaftung, die den Kohlenstoffeintrag durch die Vegetation gezielt fördern, etwa durch Aufforstung, können zwar die Speicherkapazität der Böden erhöhen. Allerdings gibt Prof. Trumbore zu bedenken: „Allerdings könnten sie gleichzeitig den Kohlenstoffumsatz beschleunigen und die Fähigkeit der Böden verringern, langfristig zusätzlichen Kohlenstoff zu speichern.“

Radiokohlenstoff als Schlüssel zur Erforschung von Trockengebieten

Die Methode der Radiokohlenstoffmessung bildete das Fundament dieser Studie, da der natürliche radioaktive Zerfall des Isotops es ermöglicht, das Alter von Bodenkohlenstoff über Zeiträume von Jahrhunderten bis Jahrtausenden präzise zu bestimmen. Zusätzlich erlaubte der Eintrag von Radiokohlenstoff durch die Kernwaffentests der 1960er Jahre, die Kohlenstoffumsätze der letzten sechs Jahrzehnte in kürzeren Zyklen zu erfassen. Prof. Susan Trumbore betont: „Radiokohlenstoff ist somit ein sehr leistungsfähiges empirisches Werkzeug, um zu untersuchen, wie lange Kohlenstoff gespeichert wurde und wie schnell er zwischen dem Land und der Atmosphäre zirkuliert.“ Ein internationales Forschungsteam unter der Koordination von Prof. Fernando T. Maestre an der King Abdullah University of Science and Technology ermöglichte durch umfangreiche Probenahmen und Laboranalysen diesen Erfolg. Dr. Huang resümiert: „Diese Studie zeigt auch, wie wichtig die internationale Zusammenarbeit von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ist, um die komplexen Herausforderungen von Trockengebieten in einer sich wandelnden Welt zu bewältigen.“

Quelle

Max-Planck-Institut für Biogeochemie (04/2026)