(Adrian Wojcik/Getty Images) Während sich Pflanzen über den schmelzenden Permafrost auszubreiten beginnen, befürchten Wissenschaftler immer mehr, dass ihre Wurzeln Mikroben dazu anregen könnten, riesige Kohlenstoffvorräte freizusetzen.
Die Bodenschicht, in der sich das Vorhandensein von Pflanzenwurzeln direkt auf die lokale Population von Mikroorganismen auswirkt, wird als Bodenschicht bezeichnet Rhizosphäre . Das Vorhandensein von Wurzeln beschleunigt sich im Vergleich zu Erde ohne Wurzeln mikrobielle Produktion von Kohlenstoff um bis zu viermal, wodurch der gefrorene Boden möglicherweise für das weitere Auftauen „vorbereitet“ wird.
Dieser als Rhizosphären-Priming-Effekt (RPE) bekannte Mechanismus ist seit den 1950er Jahren bekannt und könnte enorme Auswirkungen auf einen der problematischsten Kohlenstoff-Rückkopplungsschleifen der Erde haben.
Doch heute berücksichtigen keine Klimamodelle die Rhizosphäre als Risikofaktor für das Schmelzen des Permafrosts – zum großen Teil, weil die Daten einfach nicht existieren.
„Es ist wichtig, das Wissen auf diesem Gebiet zu erweitern“, so die Forscher schrieb in einem Artikel aus dem Jahr 2017, „da das Ausmaß und die Richtung des [Rhizosphären-Primings] nicht sehr gut verstanden sind und widersprüchliche Ergebnisse beobachtet wurden.“
Zum ersten Mal haben Forscher nun hochauflösende Daten zur Ausbreitung und Tiefe wichtiger Pflanzen, die im arktischen Permafrost wachsen, kombiniert, um zu bestimmen, wie viel Kohlenstoff sie tatsächlich freisetzen.
Da steigende Temperaturen weiteres Pflanzenwachstum stimulieren, schätzen die Forscher, dass allein die Vorbereitung der Rhizosphäre die Gesamtatmung der Bodenmikroben um etwa 12 Prozent steigert. Bis zum Jahr 2100 bedeutet das einen absoluten Verlust von rund 40 Milliarden Tonnen Kohlenstoff aus dem nördlichen Permafrost.
Und das ist nicht das, was wir erwartet hatten. Tatsächlich hat es bei uns praktisch ein Loch gesprengt Klimabudget .
Um die globale Erwärmung unter der 1,5 °C-Schwelle zu halten, müssen wir nach Schätzungen von Wissenschaftlern unsere Kohlenstoffemissionen auf mindestens 200 Milliarden Tonnen begrenzen, und derzeit werden 50 bis 100 Milliarden Tonnen für das Auftauen des Permafrosts reserviert.
Diese neuen Zahlen machen ein Viertel dieses Budgets aus, was bedeutet, dass es winzige und übersehene ökologische Wechselwirkungen gibt, die wir offensichtlich nicht berücksichtigen. Und die zwischen Pflanzen und Bodenmikroben scheinen ganz oben auf der Liste zu stehen.
Der Einfluss von Pflanzenwurzeln und organischen Bodenmikroben auf das Auftauen von Permafrost. (Keuper et al., Nature Geoscience, 2020)
Basierend auf ihren Ergebnissen a Metaanalyse Aufgrund der Pflanzen- und Bodenexperimente sagen Forscher, dass wir unsere Emissionen viel stärker begrenzen müssen, als wir erwartet hatten.
Im Jahr 2019 emittierte die Welt ca 43 Milliarden Tonnen Kohlendioxid . Bis zum Jahr 2100 werden Bodenmikroben, die sich an Zucker ernähren, der von neugebildeten Wurzeln produziert wird, fast das Äquivalent davon in unsere Atmosphäre freigesetzt haben.
Die Autoren sagen, sie hätten Hotspots für RPE-Verluste in borealen Wäldern identifiziert, darunter in der Hudson Bay in Kanada und im sibirischen Tiefland sowie in weiten Teilen Ostsibiriens.
Wir wissen seit den 1950er-Jahren über das Rhizosphären-Priming, aber in all dieser Zeit haben wir den Mechanismus nur sehr wenig erforscht, und wir wissen immer noch nicht, wie sich diese Wechselwirkung in einer sich schnell erwärmenden Arktis ändern wird, insbesondere für andere Treibhausgase.
Frühere Studien haben gezeigt dass der Boden, der die Rhizosphäre enthält, eine wichtige Senke für Methan ist, das als Treibhausgas sogar noch wirksamer ist als Kohlendioxid, insbesondere über kürzere Zeiträume.
Die neue Studie konzentrierte sich jedoch ausschließlich auf Kohlenstoff. Darüber hinaus wurde nicht untersucht, wie sich Bodenmikroben unterscheiden oder ob die Rhizosphäre tiefere Böden außerhalb ihrer physischen Reichweite anreichert, möglicherweise durch die Auswaschung von Mineralien und Gasen.
Wenn Permafrost so viel Kohlenstoff speichert wie alle Pflanzen auf der Welt und der gesamte Kohlenstoff in der Atmosphäre zusammen, sind Wurzeln eindeutig eine große Sache, und wir müssen mehr darüber wissen, was sie tun.
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturgeowissenschaften .
Anmerkung des Herausgebers (19. August 2020) : Dieser Artikel wurde durchgehend präzisiert, um die Definition der Rhizosphäre besser wiederzugeben.