Steigendes CO₂ beeinflusst zuerst die Kohlenstoffaufnahme der Ökosysteme, bevor es den Wasserkreislauf trifft

Eine neue Studie zeigt, dass bereits ein geringer Anstieg des atmosphärischen CO₂ zu erkennbaren Auswirkungen auf die Funktionsweise von Ökosystemen führt. Anhand von Simulationen des am Max-Planck-Institut für Biogeochemie entwickelten Landoberflächenmodells hat ein internationales Team von Wissenschaftler*innen herausgefunden, dass ein erhöhter CO₂-Gehalt zunächst Kenngrößen des Kohlenstoffkreislaufs wie die Produktivität der Vegetation und die Ausdehnung der Blattfläche beeinflusst. Veränderungen in den von den Pflanzen gesteuerten Bereichen des Wasserkreislaufs können nur dann festgestellt werden, wenn das atmosphärische CO₂ höhere Konzentrationen erreicht. Diese CO₂-Effekte im Kohlenstoffkreislauf treten zuerst in den tropischen Ökosystemen und dann in den Ökosystemen der höheren Breitengrade auf. Diese Ergebnisse liefern wichtige Anhaltspunkte für die Untersuchung von genau definierten CO₂-Effekten in Ökosystemen im Rahmen des globalen Netzwerks von Kohlenstoff- und Wasserflussmessungen.

Sowohl der Anstieg der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre und der damit verbundene Klimawandel stellen eine Herausforderung für die globalen Ökosysteme dar. Es ist schwierig, die Auswirkungen von Klima- und CO₂-Veränderungen auf die Ökosysteme voneinander zu trennen, da sie gleichzeitig auftreten. Ihre separaten Rollen von einander zu isolieren, ist jedoch von entscheidender Bedeutung, um die Entwicklung von Ökosystemen unter dem globalen Wandel zu antizipieren und unser zukünftiges Klima genauer vorauszusagen.

In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Global Change Biology veröffentlicht wurde, untersuchte eine Gruppe von Forschenden aus China, Deutschland und Italien Modellsimulationen der Landoberfläche, die mit unterschiedlichen CO₂-Entwicklungen, aber identischem Klima gerechnet wurden. Bei ihren Analysen konzentrierten sich die Autor*innen auf die Auswirkungen der CO₂-Effekte auf Ökosysteme und deren Einfluss auf die damit verbundenen Kohlenstoff- und Wasserflüsse. Im Gegensatz zu realen Messungen bieten diese Simulationen die Möglichkeit, die Auswirkungen von CO₂ und Klima zu entflechten. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Produktivitätsveränderung der Ökosysteme bereits bei einem geringen Anstieg des atmosphärischen CO₂ deutlich spürbar ist, und zwar schon bei etwa 20 ppm, ein Anstieg,  der bei derzeitigen Kohlenstoffemissionen innerhalb von 5-6 Jahren  erfolgt. Veränderungen in der von den Pflanzen transpirierten Wassermenge sind jedoch erst bei höheren CO₂-Werten nachweisbar", sagt Chunhui Zhan, Doktorandin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie und an der Technischen Universität München in Deutschland und Erstautorin der Studie.

Die Erkennung der signifikanten Veränderung der Pflanzenproduktivität aufgrund des anhaltenden Anstiegs des atmosphärischen CO₂ ist ein entscheidender Schritt zur Eindämmung des Klimawandels. Veränderungen des CO₂ und des Klimas können gegensätzliche Auswirkungen auf die Ökosysteme haben welche sich zu einem kleinen, aber wirkungsvollen Nettoeffekt der CO₂-Aufnahme durch die Ökosysteme ausbalanciert: die sogenannte Landsenke für anthropogenen Kohlenstoffemissionen. Für die Zukunft ist unklar, wie sich dieser Nettoeffekt unter dem Einfluss der CO₂- und Klimaeffekte entwickeln wird. "Unsere Studie ist ein wichtiger Schritt, um diese gegensätzlichen Effekte zu verstehen und messen zu können", sagt Dr. Alexander J. Winkler, ein weiterer Hauptautor der Studie. "Wir wissen jetzt besser, wann und wo wir erwarten, die CO₂-Effekte in In-situ Messungen zu identifizieren. Unsere Ergebnisse ermutigen daher zu künftigen Bemühungen, das Verständnis und die Quantifizierung dieser CO₂-Effekte bei der Beobachtung der Kohlenstoff- und Wasserdynamik in den Ökosystemen zu verbessern." fügt Dr. Winkler hinzu.