Land- und Forstwirtschaft

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Landpflanzen nutzen jährlich 15 Prozent des gesamten Kohlendioxids in der Atmosphäre

Pressemitteilung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK)06.07.2010

Ökosysteme der Landoberfläche nehmen jedes Jahr etwa 123 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid (ca. 450 Milliarden Tonnen CO2) aus der Atmosphäre auf. Anhand von weltweiten Messungen und datenbasierten Modellrechnungen hat ein internationales Forscherteam um Christian Beer vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena nun erstmals beobachtungsbasiert die Größe dieses umfangreichsten Austauschprozesses von Kohlenstoff zwischen Atmosphäre und Landoberfläche ermittelt und die Einflüsse des Klimas darauf bestimmt. Die Forscher verglichen ihr Ergebnis darüber hinaus mit den Berechungen verschiedener räumlich aufgelöster Vegetationsmodelle, darunter das führende Modell LPJmL des PIK. Tropische Ökosysteme wie Regenwälder und Savannen setzen fast zwei Drittel des CO2 um, berichten sie nun in einem Artikel des Journals „Science“, der am heutigen Montag auf der Website „Science Express“ erschienen ist. „Die Ergebnisse bestätigen den großen Einfluss, den Niederschlag auf den globalen Kohlenstoffkreislauf hat: Er bestimmt auf zwei Fünfteln des gesamten bewachsenen Landes, wie viel CO2 die Vegetation aufnimmt“, sagt Alberte Bondeau vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), die Computersimulationen der globalen Vegetation zur Studie beigetragen hat. Die globale Erwärmung werde die zeitlichen und räumlichen Muster des Niederschlags merklich verändern. „Und das könnte sich wiederum sehr stark auf die Produktivität der Land-Ökosysteme auswirken“, sagt Bondeau.

Um zu bestimmen, wie viel CO2 verschiedene Ökosysteme aus der Atmosphäre aufnehmen, nutzten die Forscher Informationen aus einem globalen Netzwerk von mehr als 250 Messstationen, die fortlaufend Daten liefern. Mit den Daten wurden Computermodelle gefüttert, um die so genannte Bruttoprimärproduktion zu berechnen, die weltweit von der Vegetation der Ladoberfläche aufgenommene CO2-Menge.

Dieser Wert von jährlich etwa 450 Milliarden Tonnen bezeichnet die gesamte Menge des Gases CO2, das durch Photosynthese auf Land zu Biomasse umgesetzt wird. Er hängt stark von den Umweltbedingungen ab, vor allem den klimatischen Bedingungen und den Eigenschaften der Vegetation. Das CO2, das der Atmosphäre auf diese Weise entzogen wird, kehrt unterschiedlich schnell wieder dorthin zurück. Einen großen Teil setzen die Pflanzen schnell durch ihren Stoffwechsel wieder frei. Ein weiterer Teil des gebundenen CO2 fließt langsamer zurück, wenn Laub oder Holz im Boden zersetzt werden oder in Feuern verbrennen. Diese Verzögerungen im Rückfluss von Kohlenstoff in die Atmosphäre sind wichtig für die Geschwindigkeit, mit welcher der Klimawandel aufgrund menschlicher Emissionen des Treibhausgases voranschreitet.

Obwohl die globale CO2-Aufnahme durch die Landvegetation prägend für den Kohlenstoffkreislauf der Erde ist, konnte ihr Wert erst in der nun veröffentlichten Studie zuverlässig eingegrenzt werden. Die Ergebnisse bestätigen den großen Beitrag der tropischen Vegetation zum Gesamtumsatz und sie belegen den engen Zusammenhang von CO2-Aufnahme und Niederschlag in weiten Teilen der Erde.

Das Forscherteam hat das Ergebnis der beobachtungsbasierten Berechnung zudem mit Projektionen von Computermodellen der globalen Ökosysteme verglichen. Mit diesen Modellen wird auch die künftige Bilanz des Kohlenstoffaustauschs zwischen Land und Atmosphäre bei fortschreitendem Klimawandel berechnet. In der Studie wurden zwei am PIK entwickelte Versionen eines solchen Modells verwendet: eine für die globale potentielle natürliche Vegetation (LPJ) und eine, die die weltweite landwirtschaftliche Landnutzung mit berücksichtigt.

Der Vergleich zeigt, dass die derzeit verfügbaren Modelle in der Lage sind, Unterschiede in der Kohlenstoffaufnahme in verschiedenen geographischen Breiten darzustellen. Sie weichen jedoch bezüglich der Größe und bei regionalen Details noch deutlich voneinander ab. Zudem wird der Einfluss des Niederschlags auf die CO2-Aufnahme generell überschätzt. Wahrscheinlich mindern bislang nicht berücksichtigte Mechanismen wie etwa biologische Anpassung den Einfluss des Klimas auf die Vegetation. Das PIK-Modell LPJmL, das Auswirkungen der Landwirtschaft, speziell auch der Bewässerung, mitberücksichtigt, zeigt jedoch zutreffend einen reduzierten Einfluss des Niederschlags auf die Kohlenstoffaufnahme, obwohl er ein wichtiger Klimaeinfluss bleibt. Die genauen Details der beteiligten Faktoren sind ein Thema für künftige Forschungen.

„Die Ergebnisse der Studie sind enorm bedeutsam“, sagt Wolfgang Lucht, Co-Chair des PIK-Forschungsbereichs Klimawirkung und Vulnerabilität. „Sie ist ein großer Schritt in unserem Verständnis der klimaregulierenden Wirkung der Landoberfläche durch CO2-Austausch und bezüglich der weltweiten Biomasseproduktion.“ Die Fähigkeit, diese Prozesse zu modellieren, habe nun eine solidere Grundlage erhalten. Die veröffentlichten Zahlen zeigten, dass alle sieben Jahre die gesamte Menge des CO2 in der Atmosphäre einmal durch die Blätter der globalen Vegetation fließe. „Dies ist einer der wichtigsten Prozesse im Erdsystem – und nun können wir ihn zuverlässig quantifizieren“, sagt Lucht.

Artikel: Beer, C., M. Reichstein, E. Tomelleri, P. Ciais, M. Jung, N. Carvalhais, C. Rödenbeck, M. Altaf Arain, D. Baldocchi, G. B. Bonan, A. Bondeau, A. Cescatti, G. Lasslop, A. Lindroth, M. Lomas, S. Luyssaert, H. Margolis, K. W. Oleson, O. Roupsard, E. Veenendaal, N. Viovy, C. Williams, I. Woodward, and D. Papale, 2010: Terrestrial Gross Carbon Dioxide Uptake: Global Distribution and Co-variation with Climate. Veröffentlicht auf der „Science Express“ Website: http://www.sciencemag.org/sciencexpress/recent.dtl

Weitere Information:

Fluxnet Datenbank http://www.fluxdata.org

Carboafrica: Quantification, understanding and prediction of carbon cycle and other GHG gases in Sub-Saharan Africa http://www.carboafrica.net/index_en.asp

Für weitere Informationen und Interviews wenden Sie sich bitte an die PIK-Pressestelle: Tel.: +49 331 288 25 07 E-Mail: presse@pik-potsdam.de

Klimawirkung der Wälder

Eine wichtige Frage für die Klimakonferenz im Dezember 2009 in Kopenhagen besteht darin, ob und inwieweit die Wälder in ein neues Klimaabkommen einbezogen werden können. Das Helmholtz Institut hat dazu Stellung bezogen und im Anhang Berechnungen durchgeführt.

Kühlungseffekt von Getreide

Neuster Vorschlag zur Klimadebatte: Licht reflektierende Pflanzen sollen den Treibhauseffekt mildern. Um den K1imawandel aufhalten. ist wohl so ziemlich alles vorgeschlagen worden. Was man sich denken kann: Kohlenstoffdioxidlager unter der Erde; riesige Sonnenspiegel im Weltall, die einen Teil des Sonnenlichts ablenken sollen; eine »Schwefelglocke« für die Atmosphäre. Den neuesten Vorschlag präsentierten jetzt Forscher der Universität Bristol bei einer Konferenz der Royal Society zum Thema Geoengineering. Ihre Idee: Landwirte sollten künftig jene Getreidesorten großflächig anbauen, die das Sonnenlicht besonders stark reflektieren. Durch einen systematischen Anbau solcher Licht reflektierenden Sorten ließe sich die mittlere Sommertemperatur in weiten Teilen Europas und in den USA um bis zu einem Grad Celsius senken. hat die Umweltforscherin Joy Singarayer berechnet. Und dazu brauche man gar keine neuen Arten von Nutzpflanzen zu verwenden, argumentiert Singarayer. Es reiche, die bestehenden Sorten einer Art klug zu nutzen. Denn diese haben zum Teil sehr unterschiedliche Reflexionseigenschaften - manche haben glänzende Blätter, andere feine Härchen, die das Sonnenlicht zurück ins All werfen. Bereits ältere Studien zeigten, dass Nutzpflanzen mehr Licht reflektieren als die natürliche Vegetation. Der daraus folgende Kühlungseffekt wurde jedoch nie richtig beachtet. Umso mehr pochen die Forscher nun darauf, den Reflexionseffekt vor allem in Europa, Nordamerika und Südasien zu beachten - überall wo Landwirtschaft intensiv betrieben wird. Noch dazu wäre eine Umstellung des Getreideanbaus kostengünstiger als so manch anderer gemachter Vorschlag. Und: Einige stark reflektierende Sorten sollen unter hoher Sonneneinstrahlung gar einen besseren Ertrag erzielen. Mit einer ähnlichen Idee zur Minderung der Klimaerwärmung verblüffte bereits vor eineinhalb Jahren Obamas Energieminister Steven Chu. Wieso nicht einfach Dächer. Straßen und Plätze weiß anstreichen? Das Sonnenlicht würde stärker ins Weltall reflektiert. 44 Milliarden Tonnen CO2 ließen sich einsparen. Eines steht jedenfalls fest: Der Kreativität im Kampf gegen den Klimawandel ist keine Grenze gesetzt. ALEXANDRA ASCHBACHER Die Zeit, No. 46 / 2010 S. 52

Entsalzung mit Solarenergie

The world water crisis is one of the largest public health issues of our time. One in eight people (884 million people) lack access to safe drinking water. The lack of clean, safe drinking water is estimated to kill almost 4,000 children per day. Many regions of the world are increasingly turning to desalination of brackish and sea water in their effort to match the increasing demand with the available natural resources.

Precipitation 1961-2006 ISE Fraunhofer Quelle: Roadmap for the Developmente of Desalination powerd by Renewable Energy.Fraunhofer ISE 2010

The trend is intensified by climate change, which seems to be already affecting the water cycle resulting in long periods of drought. The desalination industry has responded well to the increasing demand and is constantly evolving by reducing the costs and reliably producing water of very high quality. Most innovations focus on reducing the energy demand, since this is associated with high operating costs. However, desalination processes will always require considerable amounts of energy. If conventional energy sources are used, they contribute to climate change, which, in turn, affects the water cycle and intensifies the original problem that desalination was intending to solve. For desalination to remain a viable option in a world with a changing climate, renewable energy sources have to be used to meet at least part of its power requirements. The scientific community has been working for decades on optimising technological combinations where the desalination process is powered directly by renewable sources; thermal energy, electricity or shaft power. The industry is also recognising the potential and various companies are active in this field.

This document has been developed within the ProDes project (www.prodes-project.org) with input from various key actors from the industry and academia. This roadmap is intended to assist in coordinating and guiding the renewable energy-desalination community in overcoming the barriers they are currently facing. The main elements of the Roadmap are summarised in a tabular format in the next pages, indicating the main barriers, their effects and the way forward.

Berichte, Analysen, Stellungnahme