Die Ökosysteme in der Subarktis sind enorm wichtig für die ganze Welt. Denn sie speichern große Mengen an Kohlenstoff. Doch je wärmer das Weltklima wird, desto mehr davon entweicht in die Atmosphäre. Allerdings nicht alles: Auch die Pflanzen nehmen das Klimagas auf und nutzen es für die Photosynthese. Kann dieser Prozess vielleicht die Freisetzung aus dem Boden ausgleichen? Das hat ein Forschungsteam der Universität Innsbruck auf Island untersucht.

Die Idee dahinter sei, so erklärt es Michael Bahn, Ökologie-Professor von der Universität Innsbruck, dass die Erwärmung auch die Nährstoffversorgung der Pflanzen erhöhen könnte, wenn dadurch die organische Substanz im Boden abgebaut würde. Dann sollten die Pflanzen nämlich besser wachsen und dabei auch mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen. Soweit jedenfalls die Theorie. Die Praxis dagegen sah etwas anders aus, sagt Bahn: "Das ist überraschenderweise nicht der Fall, wie unsere aktuelle Studie zeigt."

Für ihre Untersuchung sind die Forschenden nach Island gereist. Dort ermöglichen geothermale Bruchlinien der Forschung ideale Bedingungen, um die längerfristigen Auswirkungen der Klimaerwärmung auf Ökosysteme im hohen Norden zu erforschen, so das Forschungsteam. Dabei handelt es sich um tektonische Zerreiß- oder Bruchstellen im Gestein. Dort haben sie den Zusammenhang von anhaltender Erwärmung und Stickstoffversorgung auf den Kohlenstoffkreislauf untersucht.

Das untersuchte Gebiet bot den Forschenden eine Art natürliches Klimalabor: Ein Erdbeben verschob dort ein geothermisches System, sodass sich unter dem Grasland die Temperatur des Bodens erhöhte. Das Forschungsteam steckte auf dem Gelände mehrere Parzellen ab, die unterschiedlich weit weg von der Bruchlinie lagen. Die Böden waren dort bis zu acht Grad wärmer als vor dem Erdbeben. Die Hälfte der Fläche düngte das Team außerdem mit verschiedenen Mengen an Stickstoff.

Zunächst stellten die Forschenden in ihren Untersuchungen fest, dass die Erwärmung dazu führte, dass massiv Kohlenstoff aus dem Boden entwichen ist. "Im von uns untersuchten Gebiet in Island wurde in den ersten Jahren nach der Erwärmung bis zu 40 Prozent des Kohlenstoffs im Oberboden an die Atmosphäre abgegeben", sagt Michael Bahn. In den Folgejahren habe sich die mikrobielle Biomasse angepasst und der Kohlenstoffhaushalt des Bodens habe sich wieder eingependelt.

Um herauszufinden, wie der Kohlenstoff-Kreislauf genau aussieht - also der Weg des Gases von der Atmosphäre durch Pflanzen und Boden und anschließend wieder zurück in die Atmosphäre - hat das Team sich eines Helfers bedient. Sie haben in ihrem Experiment das stabile Kohlenstoffisotop 13C zugeführt, erläutert Ökologe Bahn. Damit hätten die Forschenden den Weg des Kohlenstoffs im Ökosystem nachverfolgen können.

"Dabei zeigte sich, dass mit steigender Erwärmung der durch die Photosynthese der Pflanzen gebundene Kohlenstoff von den Mikroben stärker aufgenommen und rascher wieder vom Boden abgegeben wird", erläutert der Forscher. Düngeexperimente hätten aber gezeigt, dass die Produktivität der Pflanzen bei Erwärmung zusehends durch Stickstoffmangel begrenzt werde. Das heißt also, das Ökosystem konnte weniger Kohlenstoff aufnehmen. "Da Erwärmung die Freisetzung von Kohlenstoff beschleunigte, war die Fähigkeit des Ökosystems Kohlenstoff zu speichern somit zusehends reduziert", bilanziert Ökologe Bahn.

(kie)