Klimakrise: Bodenmikroben stoßen durch Erderwärmung mehr CO2 aus

Je wärmer die Erde wird, desto stärker wird der CO2-Ausstoß von Mikroben, was wiederum die Erderwärmung verstärkt. Forscher haben ungünstige Szenarien berechnet.

30. Juni 2023 um 07:00 Uhr / Patrick Klapetz

Schematische Darstellung: Die Erderwärmung beschleunigt den CO2-Ausstoß der Bodenmikroben. Bild: Nissan A. et al.

Ungefähr ein Fünftel des Kohlenstoffdioxids in der Atmosphäre stammt aus dem Boden. Die hohe Konzentration von CO₂ ist einer der Hauptauslöser der globalen Erderwärmung – und sie wird nicht langsamer. Je wärmer der Planet wird, desto mehr CO₂ stoßen Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und weitere Kleinstlebewesen aus. Ein Teufelskreis, den sich ein Forschungsteam der ETH Zürich (Eidgenössische Technische Hochschule) und der Universität Lausanne nun genauer angeschaut hat.

Diese Mikroorganismen und Kleinstlebewesen zersetzen organisches Material mit Hilfe von Sauerstoff, wodurch CO₂ freigesetzt wird. In der Fachwelt wird dieser Prozess heterotrophe Bodenatmung genannt. Diese Abgabe wird bis zum Ende dieses Jahrhunderts nicht nur zunehmen, sondern sich auch global beschleunigen.

Globaler CO₂-Ausstoß nimmt bis 2100 drastisch zu

Bis zum Jahr 2100 wird die heterotrophe Bodenatmung demnach im günstigsten Fall um rund vierzig Prozent ansteigen – im Vergleich zu den heutigen Werten. "Der prognostizierte Anstieg der mikrobiellen CO₂-Emissionen wird also weiter zur Verschärfung der globalen Erwärmung beitragen. Das unterstreicht die dringende Notwendigkeit, genauere Hochrechnungen der heterotrophen Atmungsintensität zu erhalten", erklärt Alon Nissan, der Hauptautor der Studie, in einer Pressemitteilung.

Bei seinem Modell hat das Team nur zwei Faktoren verwendet: Bodenfeuchtigkeit und Bodentemperatur. Damit unterscheidet sich das Modell von früheren, weitaus komplizierteren Modellen. Zudem soll es laut dem Team alle biophysikalisch relevanten Ebenen umfassen. Diese reichen von der Wasserverteilung im Boden über die Mikroebene der Bodenbeschaffenheit bis hin zu Pflanzengemeinschaften wie Wäldern, ganzen Ökosystemen, Klimazonen – und das alles auf einer globalen Skala.

CO₂-Ausstoß in den Polregionen wird viel extremer

Laut den Forschern fallen die Auswirkungen in den verschiedenen Klimazonen unterschiedlich stark aus. In warmen und gemäßigten Zonen wird der Temperaturanstieg den Kohlendioxidausstoß deutlich ansteigen lassen – wogegen in kalten Polarregionen vor allem der Rückgang der Bodenfeuchtigkeit den CO₂-Ausstoß anfachen wird. "Schon eine geringe Änderung des Wassergehalts kann in den Polarregionen zu einer erheblichen Veränderung der Atmungsintensität führen", sagt Nissan.

Sollte das ungünstigste Szenario eintreffen, wird der CO₂-Ausstoß an den Polen um zehn Prozent pro Jahrzehnt ansteigen. Das wäre doppelt so schnell wie im Rest der Welt. Wenn die Böden an den Polen auftauen, herrscht dort ein halbgesättigter Zustand. Es ist also weder zu trocken noch zu nass – und genau das begünstigt die heterotrophe Bodenatmung.

Doch wie hoch sind die CO₂-Emissionen von Bodenmikroben heute? Im Jahr 2021 waren die Tropen für 67 Prozent dieser Emissionen verantwortlich. 23 Prozent machten die Subtropen aus, zehn Prozent die gemäßigten Zonen und nur 0,1 Prozent wurden durch die arktischen oder polaren Regionen verursacht. Bis zum Jahr 2100 soll der Anstieg des CO₂-Ausstoßes in den Tropen um 38 Prozent, Subtropen um 40 Prozent und den gemäßigten Zonen um 48 Prozent ansteigen. In den Polregionen soll der Anstieg um 119 Prozent zulegen.

"Aufgrund des Klimawandels ist das Ausmaß dieser Kohlenstoffflüsse – sowohl des Zuflusses durch die Fotosynthese als auch des Abflusses durch Atmung – ungewiss. Ihr Ausmaß wird sich jedoch auf die Rolle der Böden auswirken, die heute noch eine Kohlenstoffsenke sind", erklärt Nissan.

Zur Studie

Die Studie wurde am 10. Juni 2023 in der Wissenschaftszeitschrift Nature Communications veröffentlicht und heißt Global warming accelerates soil heterotrophic respiration (Globale Erwärmung beschleunigt heterotrophe Bodenatmung).