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Kohlenstoffgehalt in Böden beeinflusst Klimamodelle

Klimawandel: Wie speichern Böden CO2?

Verteilung der organischen Substanz im Boden: Kohlenstoff reichert sich bevorzugt an bestimmten rauen Mineraloberflächen an, so genannten Hot Spots (gelbe Färbung).
Kohlenstoff reichert sich bevorzugt an bestimmten rauen Mineraloberflächen im Boden an (gelbe Färbung). (Bild: C. Vogel/TUM)

Der weltweite Ausstoß an Kohlendioxid (CO2) steigt weiter – allein 2012 gelangten 35,7 Milliarden Tonnen des Klimagases in die Atmosphäre*. Einen Teil des CO2 nehmen Ozeane, Pflanzen und die Böden auf. Sie bilden damit ein wichtiges Reservoir für Kohlenstoff, das die Freisetzung von CO2 eindämmt. Wissenschaftler haben jetzt festgestellt, wie organischer Kohlenstoff im Boden fixiert wird. Ihr Ergebnis: Der Kohlenstoff bindet nur an bestimmte Bodenstrukturen. Die Kapazität des Bodens CO2 aufzunehmen muss daher neu bewertet und in aktuelle Klimamodelle eingerechnet werden.

Aus früheren Studien ist bekannt, dass Kohlenstoff an sehr kleine mineralische Teilchen bindet. In der jetzt vorgestellten Studie in Nature Communications zeigen Forscherinnen und Forscher der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München, dass neben der Größe auch die Oberfläche der Minerale eine Rolle spielt. „Der Kohlenstoff bindet an Minerale, die wenige Tausendstel Millimeter groß sind – und lagert sich dort fast ausschließlich an raue und kantige Flächen an“, erklärt Prof. Ingrid Kögel-Knabner, Leiterin des Lehrstuhls für Bodenkunde an der TUM.

Mikroorganismen helfen beim Einbau von Kohlenstoff

Vermutlich sind die rauen Mineraloberflächen ein bevorzugter Lebensraum für Mikroben. Diese wandeln den Kohlenstoff um und sind daran beteiligt, dass er an Minerale gebunden wird. „Wir haben im Boden regelrechte Hot Spots mit hohem Kohlenstoff-Anteil gefunden“, sagt Cordula Vogel, die Erstautorin der Studie. „Außerdem bindet neuer Kohlenstoff an Stellen, an denen bereits ein hoher Kohlenstoffanteil vorliegt.“ 

Diese Hot Spots der Kohlenstoffanreicherung sind allerdings auf nur etwa 20 Prozent Mineraloberflächen zu finden. Bisher war man davon ausgegangen, dass Kohlenstoff gleichmäßig im Boden verteilt ist. „Mit den Ergebnissen unserer Untersuchungen lassen sich nun gezielt die Böden identifizieren, die CO2 besonders gut speichern können“, erläutert Kögel-Knabner. „Diese Erkenntnisse müssen in Modellen zum Kohlenstoff-Kreislauf berücksichtigt werden.“

Massenspektrometer macht Moleküle sichtbar

Als Probenmaterial verwendete das Team sogenannten Lössboden, einen fruchtbaren Ackerboden, der weltweit vorkommt – und somit auch als Kohlenstoff-Speicher von großer Bedeutung ist. Ihre Messungen führten die Forscher mit einem äußerst präzisen Nachweisverfahren durch: Mit der NanoSIMS-Massenspektrometrie lassen sich kleinste Bodenstrukturen darstellen und vergleichen. 

Publikation: 
Submicron structures provide preferential spots for carbon and nitrogen sequestration in soils, Cordula Vogel, Carsten W. Müller, Carmen Höschen, Franz Buegger, Katja Heister, Stefanie Schulz, Michael Schloter & Ingrid Kögel-Knabner, Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms3947.

Kontakt: 
Prof. Dr. Ingrid Kögel-Knabner
Technische Universität München
Lehrstuhl für Bodenkunde
Tel: +49 8161 71-3677
koegel@wzw.tum.de
http://www.soil-science.com/

Verteilung der organischen Substanz im Boden: Kohlenstoff reichert sich bevorzugt an bestimmten rauen Mineraloberflächen an, so genannten Hot Spots (gelbe Färbung).
Verteilung der organischen Substanz im Boden: Kohlenstoff reichert sich bevorzugt an bestimmten rauen Mineraloberflächen an, so genannten Hot Spots (gelbe Färbung). (Bild: C. Vogel/TUM)
Neuer organischer Kohlenstoff lagert sich überwiegend an bestehende Hot Spots an. Links: Mineraloberflächen mit den gesamten Kohlenstoffanreicherungen (gelb). Rechts: Mineraloberflächen mit neuer organischer Substanz (grün und magenta).
Neuer organischer Kohlenstoff lagert sich überwiegend an bestehende Hot Spots an. Links: Mineraloberflächen mit den gesamten Kohlenstoffanreicherungen (gelb). Rechts: Mineraloberflächen mit neuer organischer Substanz (grün und magenta). (Bild: C. Vogel/TUM)