29. September 2016

Klimaforschung: Studie berechnet den Einfluss von steigendem CO2 auf die Pflanzen-Photosynthese

Ficus macrophylla im australischen Regenwald
Bild 1/1, Quelle: Guillaume Blanchard / CC-BY.

Ficus macrophylla im australischen Regenwald

Durch den Anstieg des Kohlendioxids in der Atmosphäre betreiben die Pflanzen, wie hier ein Ficus macrophylla im australischen Regenwald, fast ein Drittel mehr Photosynthese. Dieser Anstieg wirkt als "Düngungseffekt" die Photosyntheserate der Pflanzen damit zunimmt, solange es keinen Nährstoffmangel gibt.

Pflanzenwelt und Erdreich verlangsamen derzeit die globale Erwärmung, indem sie rund ein Viertel der vom Menschen verursachten Kohlendioxid (CO2)-Emissionen aufnehmen. Diese Kohlenstoffsenke wird teilweise auf die zunehmende Photosyntheserate zurückgeführt. Eine neue Studie im Journal Naturezeigt: Bei einer Verdopplung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre, nimmt die Effektivität der Pflanzen Kohlenstoff über Photosynthese aufzunehmen um etwa ein Drittel zu. Dies haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Universität von Exeteraus Großbritannien im Rahmen des von der EU geförderten KooperationsprojektsCrescendoCRESCENDOCrescendo(Coordinated Research in Earth Systems and Climate: Experiments, Knowledge, Dissemination and Outreach) herausgefunden.

Bekannt ist, dass der vom Menschen verursachte CO2-Anstieg einen "Düngungseffekt" bewirkt und die Photosyntheserate der Pflanzen damit zunimmt, solange es keinen Nährstoffmangel gibt. Globale Erdsystemmodelle stimmen darin überein, dass die globale Photosynthese mit steigendem CO2 zunimmt. Allerdings unterscheiden sich die Modelle um einen Faktor drei in der Berechnung der Größenordnung dieses CO2-Düngungseffekts. In der aktuellen Studie zeigen die Wissenschaftler nun, dass die Größenordnung des CO2-Düngungseffekts aus dem Jahresverlauf der CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre abgeleitet werden kann. Damit sind deutlich verbesserte Abschätzungen möglich.

Langjährige CO2-Messungen auf Hawaii und in Alaska zeigen charakteristische saisonale Zyklen: Im Sommer, wenn die Pflanzen durch Photosynthese Kohlenstoff speichern, ist der CO2-Gehalt in der Atmosphäre geringer. In Winter kommt die Photosynthese zum Stillstand und beim Verfall von Blättern und Pflanzen setzt die Vegetation ihre Kohlenstoffspeicher wieder frei. Daraus folgt, dass die Schwankung der CO2-Konzentration innerhalb eines Jahres abhängig ist von der Stärke der Photosynthese im Sommer und von der Dauer der Wachstumsphasen der Pflanzen.

Die Messungen in Alaska und auf Hawai zeigen eine immer größere jahreszeitliche Schwankung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre – aber was kann daraus für die Zukunft abgeleitet werden? Hauptautorin Dr. Sabrina Wenzel vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre in Oberpfaffenhofen erklärt: "Unsere Studie zeigt einen Zusammenhang zwischen dem von Modellen simulierten Anstieg der Amplitude im CO2-Jahresgang und dem vorhergesagten Düngungseffekt. Aus dem beobachteten Anstieg kann wiederum der Effekt der CO2-Düngung sehr viel präziser abgeleitet werden als bisher. Diese Methode ist bekannt als Emergent Constraints."

"Trotz Nährstoffmangels der Pflanzen in einigen Regionen der Erde zeigt die Studie, dass die CO2-Düngung der Photosynthese zur Zeit eine sehr wichtige Rolle für die globale Kohlenstoffsenke spielt. Dies bedeutet, dass CO2-Emissionen noch stärker reduziert werden müssen, da wir erwarten können, dass die terrestrische Kohlenstoffsenke mit Beginn der angestrebten Stabilisierung der CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre abnimmt", fasst Koautor Prof. Peter Cox von der Universität Exeter zusammen.

Neben ihrer wichtigen Rolle im Klimasystem stellt Photosynthese mit der Produktion von Biomasse zudem die Nahrungsgrundlage aller Lebewesen sicher. So liefert die Studie nicht nur für die Herausforderungen des Klimawandels wichtige Erkenntnisse, sondern hat auch große Relevanz für das globale Ökosystem.

Das im Nature Magazin erschienene Paper „Projected land photosynthesis constrained by changes in the seasonal cycle of atmospheric CO2” (10.1038/nature19772, 2016) wurde von Sabrina Wenzel (DLR), Peter Cox (University of Exeter), Veronika Eyering (DLR) und Pierre Friedlingstein (University of Exeter) verfasst.

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    University of Exeter

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