Warum gibt es im Boden mehr Kohlenstoff als in der Luft?

Faule Mikroorganismen tragen dazu bei, dass mehr Kohlenstoff im Boden bleibt. Sie bedienen sich einfach bei anderen und sparen so Energie.

Ausgerechnet die, die am wenigsten tun, könnten den wichtigsten Beitrag dazu leisten, dass der Boden mehr Kohlenstoff speichert. Denn auch unter den Mikroorganismen gibt es Opportunisten, die aus einer Situation das Beste für sich machen. Während andere Organismen Enzyme produzieren, um Nahrung zu zerteilen – als Einzeller können sie ja nicht einfach abbeißen – schnappen sie sich die vorbereiteten Happen. Damit sparen sie einerseits Energie und können so besser wachsen – eine erfolgreiche Strategie in der Evolution. Andererseits bleiben mehr Kohlenstoff und Stickstoff im Boden, den sie selbst nicht verbrauchen.

„In den Böden sind 2500 Milliarden Tonnen organischer Kohlenstoff gespeichert, dreimal so viel wie in der Atmosphäre“, sagt Christina Kaiser vom Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung der Uni Wien, die zum ausklingenden „Jahr des Bodens“ neue Forschungsergebnisse dazu vorlegt.

 

Der Boden als Blackbox

Denn was auf allerkleinstem Raum im Boden passiert, wenn die winzigen Organismen Kohlenstoff verstoffwechseln, wurde bisher nur wenig untersucht. Der Fokus der Wissenschaftler lag eher auf den großen Kohlenstoffkreisläufen zwischen Atmosphäre, Boden, Meeren, Lebewesen und Pflanzen. „Da gibt es aber viel, was dazwischen auf der Mikroskala passiert“, so Kaiser. Der Boden sei gewissermaßen noch eine Blackbox.

Gemeinsam mit Forschern des Internationalen Instituts für Angewandte Systemanalyse (IIASA) in Laxenburg bei Wien ist es ihr nun gelungen, diese Abläufe am Computer zu simulieren. Denn was auf der Mikrometer-Skala im Boden passiert, lässt sich nur schwer in Experimenten nachvollziehen: Zu winzig ist, was man beobachtet. Um das Modell zu testen, führte sie unter anderem Vorarbeiten an Buchenblättern von verschiedenen Standorten in Österreich durch: Sie beobachtete deren Abbau eineinhalb Jahre lang im Labor.

Letztendlich zeigte die Simulation, dass die – ansonsten wenig beachteten – Trittbrettfahrer unter den Mikroorganismen eine Schlüsselrolle für die langfristige Speicherung von Kohlenstoff und Stickstoff im Boden spielen.

Wie aber kommt der Kohlenstoff überhaupt in den Boden? Am Anfang steht die Fotosynthese. „Die Pflanzen nutzen Sonnenenergie, um Kohlendioxid aus der Atmosphäre in organischen Kohlenstoff umzuwandeln“, so Kaiser. Lebewesen, die keine Fotosynthese machen, nehmen die Energie aus biologischen Makromolekülen auf. Alle Organismen, auch Pflanzen, sterben, und so landet ihre Biomasse früher oder später als totes organisches Material im Boden: 60 Gigatonnen kommen jedes Jahr neu dazu. Dort werden sie von Bodentieren und letztlich eben Boden-Mikroorganismen zerlegt.

Noch vor 15 Jahren wurde der Kohlenstoffspeicher im Boden deutlich unterschätzt: Experten rechneten mit etwa 1500 gespeicherten Gigatonnen. Seit man weiß, dass im Permafrost weit mehr Kohlenstoff gespeichert ist als ursprünglich angenommen, wurden die Angaben deutlich nach oben korrigiert.

Auch wenn die Böden offenbar selbst noch Geheimnisse bergen, ist klar: Sie sind als Kohlenstoffspeicher zentral für das Funktionieren der Ökosysteme der Erde. Alle biologischen Moleküle, ob in Menschen, Tieren oder Pflanzen, bestehen zu einem großen Teil aus organischem Kohlenstoff, also langkettigen Kohlenstoffverbindungen.

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("Die Presse", Print-Ausgabe, 12.12.2015)

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