Photosynthese

Anti-Treibhauseffekt des Kohlendioxids wurde unterschätzt

Robert Klatt

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Der höhere Kohlendioxidanteil in der Luft erhöht die Photosyntheseleistung von Pflanzen. Diese binden dadurch mehr Kohlenstoff. Eine Studie zeigt nun, dass der Anti-Treibhauseffekt des CO₂ unterschätzt wurde.

Berkeley (U.S.A.). Ein höher Kohlendioxidanteil in der Luft erhöht das Wachstum von Pflanzen. Diese binden das Treibhausgas und entziehen es so der Atmosphäre. Wie groß der Anti-Treibhauseffekt der Pflanzen ist und wie stark dieser sich auf den Klimawandel auswirkt, war in der Wissenschaft bisher umstritten. Ein Team des Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), einer Forschungseinrichtung des US-Energieministeriums, hat nun detailliert ermittelt, wie groß der Effekt ist und wie dieser den Anstieg von Luftfeuchtigkeit und Temperaturen beeinflusst.

Laut der im Fachmagazin PNAS publizierten Studie könnte der CO₂-Gehalt in der Luft das globale Pflanzenwachstum stärker fördern, als bisher angenommen wurde. Dies würde wiederum die Aufnahme des Treibhausgases durch die Pflanzen erhöhen. Ermittelt haben die Wissenschaftler dies auf Basis von Messungen zum Gasaustausch an der Erdoberfläche.

Photosynthese-Aktivität der Pflanzen

Eine erhöhte Photosynthese-Aktivität würde demnach dazu führen, dass Pflanzen pro Quadratmeter jährlich im Mittel 9,1 Gramm Kohlenstoff mehr einbinden. Etwa die Hälfte davon geht laut dem Team um Trevor Keenan auf die erhöhte CO₂-Konzentration in der Atmosphäre zurück. Der erhöhte Stoffwechsel der Pflanzen würde also dem Klimawandel entgegenwirken.

„Das Ausmaß des CO2-Düngungseffekts auf die Photosynthese an Land ist ungewiss, da er nicht direkt beobachtet wird und den verwirrenden Auswirkungen klimatischer Schwankungen unterliegt“, so Keenan.

Düngeeffekt des Kohlendioxids

Um den Düngeeffekt des Kohlendioxids zu bestimmen, entwickelten die Forscher einen neuen Ansatz, der auf direkte Messungen von Austauschströmungen an der Erdoberfläche basiert. Sie nutzen dazu Messdaten zum Gasaustausch, die im Zeitraum 2001 bis 2014 an 68 Orten weltweit erhoben wurden.

Diese Daten kombinierten die Wissenschaftler mit einem etablierten Konzept zu Theorien zur Optimierung der Photosynthese. Die Bruttoprimärproduktion von Pflanzen hängt demnach von sieben Faktoren ab: Blattflächenindex, Lufttemperatur, CO₂-Konzentration in der Luft, Bodenwassergehalt, Oberflächendruck, spezifische Feuchtigkeit und einfallende Kurzwellenstrahlung im Sonnenlicht.

Höherer CO₂-Gehalt mit 44 Prozent Anteil

Die jährliche Zuwachsrate von 9,1 Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter Pflanzen geht laut der Analyse fast zur Hälfte (44 %) auf den höheren CO₂-Gehalt in der Atmosphäre zurück. Auch die höheren Lufttemperaturen haben einen großen Anteil (28 %). Die spezifische Feuchtigkeit und der Bodenwassergehalt haben zwar einen relativ geringen Anteil (14 %) an der verstärkten Photosynthese, sie sind jedoch laut der Studie entscheidend für die hohen Schwankungen der Messwerte im Untersuchungszeitraum. Laut diesen schwankt die Photosyntheseleistung stark. Im langjährigen Trend ist jedoch ein deutlicher Anstieg sichtbar.

Vergleiche mit Simulationen und Satellitenaufnahmen

Um ihre Daten zu verifizierten, haben die Wissenschaftler diese mit Simulationen von 13 globalen Vegetationsmodellen und acht von Satellitenaufnahmen verglichen. „Unsere Schätzungen liegen am oberen Ende ihrer Trendverteilung“, erklären die Autoren. Um genauere Daten zu erhalten, fordern sie deshalb ein erweitertes Messnetzwerk, das primär die Tropen abdeckt. Dort gibt es bisher nur vereinzelte Messstationen. Es ist somit nicht möglich, genaue Daten zum Einfluss der Tropenwälder auf den Klimawandel zu erheben.

Sinnvolle Untersuchungsmethode

In einem Kommentar erklärt Alexander Winkler vom Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) in Hamburg, dass die Auswertung solcher Messdaten eine sinnvolle Untersuchungsmethode für den CO₂-Düngeeffekt ist. Er bemängelt jedoch, dass die Studie mit einem Untersuchungszeitraum von nur 14 Jahren relativ kurz ist. Dies reduziert die Aussagekraft der statistischen Werte. Zudem weist er darauf hin, dass ein statistischer Zusammenhang noch keine Kausalität belegt.

Auch Anja Rammig von der Technischen Universität München hält den Studienansatz für grundsätzlich richtig. Sie merkt jedoch an, dass die Forschung, auch wenn nachgewiesen werden kann, dass Pflanzen aufgrund ihrer höheren Photosyntheseleistung mehr CO₂ binden, noch nicht weiß, was mit dem CO₂ in der Biosphäre passiert. Neben dem Speichern wäre es auch möglich, dass ein Großteil des Kohlenstoffs wieder in die Umwelt abgegeben wird.

PNAS, doi: 10.1073/pnas.2115627119

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