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Der Amazonas-Regenwald beherbergt 16.000 Baumarten und ist so groß wie Australien. Jetzt wollen Forscher wissen, wie die Bäume langfristig auf den Klimawandel reagieren.
Manaus/Wien – Grün, so weit das Auge reicht. Das Zirpen der Zikaden dringt durch die feuchte Luft. Ein bunt gefiederter Tukan schreit gellend von einem der unzähligen Bäume, über deren Kronen Nebelschwaden hängen. Bilder und Eindrücke wie diese verbinden wir mit dem Regenwald. Doch was passiert mit diesem üppigen Grün, wenn die Luft irgendwann viel mehr Kohlenstoffdioxid enthält, als es heute der Fall ist? Wie wirkt das auf das Wachstum der Bäume? Können sie CO2 speichern oder wegen der zunehmenden Trockenheit nicht mehr aufnehmen? All das will ein Forscherteam um den brasilianischen Meteorologen David M. Lapola vom Zentrum für Meteorologie und Klimaforschung der Universität von Campinas in São Paulo herausfinden.
Sp groß wie Australien
Nicht weniger als 16.000 Baumarten wachsen heute im Amazonas-Regenwald – das ergibt eine Waldfläche, die fast so groß ist wie Australien. Mit dem Boden, in dem sie wurzeln, speichern die Bäume die weltweit größte Menge an von Pflanzen gebundenem Kohlenstoff. Wissenschafter versuchen seit Jahren vorherzusagen, wie der Regenwald reagieren wird, wenn wir weiterhin ungebremst CO2 ausstoßen und sich als eine der Folgen die globale Temperatur weiter erhöht.
Einige Modelle sagen voraus, dass der Regenwald im Amazonasgebiet noch in diesem Jahrhundert absterben wird, weil ihm die durch den Klimawandel verursachte Trockenheit so zusetzt.
Regenwald lässt sich nicht nachbauen
Andere Berechnungen kommen zum Ergebnis, dass durch die verstärkte "CO2-Düngung" das Waldwachstum sogar angekurbelt werden könnte. Sicher ist jedenfalls: Das komplexe System tropischer Regenwälder lässt sich nicht einfach im Labor oder auf dem Computerbildschirm nachbauen.
Deshalb hat sich die aus acht Nationen stammende Forschergruppe um David M. Lapola viel vorgenommen: Noch in diesem Jahr will sie mitten im Amazonas-Gebiet ein Experiment starten, bei dem Kohlenstoffdioxid im Freiland angereichert werden soll. Mittels dieses Free-Air-CO2-Enrichments (kurz "Face") genannten Versuchs sollen die vielen bereits existierenden Modellberechnungen anhand der Realität überprüft werden. Die Wissenschafterinnen und Wissenschafter wollen im Regenwald nördlich der Stadt Manaus zunächst mehrere 30 Meter hohe Aluminiumtürme errichten, die acht Probeflächen säumen werden. An den Türmen werden Sensoren und Schläuche mit Düsen befestigt sein, die zehn Jahre lang via Computersteuerung CO2 in einer Konzentration von konstant 600 ppm (parts per million) ausstoßen sollen.
Reaktion mit Verzögerung
Zum Vergleich: Aktuell liegt der Anteil an Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre bei 400 ppm, im Hinblick auf die vergangenen Millionen Jahre ist das ein Rekordwert. Eine Prognose des Weltklimarats geht davon aus, dass die CO2-Konzentration in unserer Atmosphäre in 50 Jahren auf 600 ppm angestiegen sein wird. In den kommenden Jahren wird auf den Versuchsflächen im Dschungel also gewissermaßen Zukunft gespielt.
Weltweit gibt es bereits mehrere Face-Projekte, bei denen Pflanzen mit hoher CO2-Konzentration "begast" werden. Die ersten Anlagen wurden Anfang der 1990er-Jahre in Laub- und Nadelwäldern der gemäßigten Zone der USA errichtet. Es zeigte sich, dass die Bäume erst nach einigen Jahren auf die erhöhte CO2-Konzentration in der Luft reagieren. Dann aber produzieren sie mehr Blätter als zuvor und wachsen insgesamt schneller. Das Turbowachstum hielt jedoch nicht ewig an.
Bäume reagieren träge
"Bäume wachsen nicht in den Himmel", sagt der Tropenökologe Florian Hofhansl vom Institut für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien. "Die Experimente brachten die Erkenntnis, dass die Verfügbarkeit der Nährstoffe und die Bodenorganismen limitierend wirken, sodass der Baum nicht weiterwachsen kann." Hofhansl beschäftigt sich im Rahmen von Lapolas Projekt damit, wie das oberirdische Ökosystem und die Pflanzen generell in physiologischer Hinsicht auf die erhöhte CO2-Belastung reagieren. In seiner jüngsten Studie fasste der Tropenökologe bisherige Erkenntnisse aus CO2-Anreicherungsprojekten und Modellberechnungen zusammen.
Drei Zukunftsszenarien haben sich dabei für den Amazonas-Wald als realistisch erwiesen: erstens, dass die Bäume unter den feucht-warmen Bedingungen auf zusätzliches Kohlenstoffdioxid reagieren, indem sie mehr Kohlenstoff speichern. Schon früher konnten Forscher zeigen, dass Pflanzen als Reaktion auf mehr CO2 Wasser effizienter nutzen – indem sie mehr CO2 über ihre Spaltöffnungen aufnehmen, ohne aber über diese vermehrt Wasser zu verlieren. Auch die Kohlenstoffnutzungseffizienz wird durch die Klimaerwärmung beeinflusst – womöglich aber nicht negativ. So hat eine weitere Studie gezeigt, dass Bäume trotz erhöhter Trockenheit wachsen, obwohl sie ihre Spaltöffnungen auf den Blattunterseiten vermehrt schlossen.
Phosphormangel
Wiederum andere Untersuchungen legen nahe, dass die Trockenheit das Pflanzenwachstum sehr wohl beeinflusst. Die Autoren dieser Studien vermuten, dass das durch das CO2 angeregte Wachstum der Bäume durch fehlende Nährstoffe im Boden gehemmt wird. In den stark verwitterten Böden des Regenwalds ist vor allem Phosphor Mangelware.
Doch auch diese Hypothese könnte entkräftet werden: Hofhansl berichtet von Experimenten in Buchenwäldern, die gezeigt hätten, "dass Bäume aktiv Kohlenstoff in den Wurzelbereich verlagern, um die Mikroorganismen im Boden mit Glukose zu füttern." Diese Mikroorganismen sondern dann wiederum Nährstoffe ab. Somit würde ein Phosphormangel den Baum möglicherweise doch nicht daran hindern, weiterzuwachsen.
Wirkung wie Dünger
Das führt zu einer weiteren Annahme: dass Bäume auf zu viel CO2 in der Luft und zu wenig Phosphor im Boden reagieren, indem sie vermehrt Kohlenstoff im Bereich der Wurzeln speichern, die dadurch besser wachsen.
So komplex der Wald und so verwoben die Hypothesen sind, so interdisziplinär ist das aktuelle Forschungsprojekt aufgestellt. Für Hofhansl löst sich damit ein häufiges Problem in Wissenschaftsteams, dass nämlich die einen nur oberirdisch, die anderen nur unterirdisch und die dritten nur am Modell arbeiten. Welches wäre aus Sicht der Forscher das für das Weltklima beste Szenario? Dass das vermehrt vorhandende CO2 wie Dünger auf den Regenwald wirkt – und sich dieser auf diese Weise besser an den Klimawandel anzupassen lernt. (Bernadette Strohmaier, 12.6.2017)