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Wie Kohlendioxid auf das Wachstum von Pflanzen wirkt

Bekannter Maßen benötigen Pflanzen für ihren Stoffwechsel Kohlendioxid. Daher müssten sich ein höherer Kohlendioxidgehalt in der Erdatmosphäre und gleichzeitig höhere Temperaturen grundsätzlich positiv auf das Wachstum von Pflanzen auswirken, Blattwachstum und damit auch Ernteerträge von Nutzpflanzen müssten zunehmen.

Künstlich erhöhte Kohlendioxid-Werte werden auch in Wäldern simuliert: wie hier in einem Testgebiet mit bis zu 30 Metern Durchmesser und 20 Meter hohen Gasausströmern.
(Bild: FACE -- Brookhaven National Laboratory)

Forscher untersuchen in jahrelangen, besonders aufwändigen Freilandexperimenten unter technisch kontrollierten Bedingungen, wie höhere Kohlendioxidwerte tatasächlich auf verschiedene Pflanzenarten wirken. Nur so lässt sich herausfinden, ob nicht weitere Faktoren den positiven Effekt beeinflussen.

Ändert sich das Klima, ändern sich neben den Temperaturen oft auch andere Klimaelemente, etwa die Niederschlagsmenge. Trockenheit kann hier ein wesentlicher Faktor sein, der dazu führt, dass Jungpflanzen, aber auch ältere Pflanzen eingehen.

Tatsächlich lagern fast alle Pflanzen aber bei höheren Kohlendioxidwerten mehr Kohlenstoff in ihren Geweben ein, die Pflanzenmasse nimmt zu. Zumindest wenn genügend Nährstoffe vorhanden sind, besonders Stickstoff.

Gleichzeitig auftretende hohe Ozonwerte zum Beispiel können den Wachstumsschub aber abbremsen oder gar negativ auf das Wachstum wirken.

Testcontainer in einer Studie zu Sumpfgebieten
(Bild: Smithsonian Environmental Research Center)

Schädlinge und Unkräuter sind ein weiterer Einflussfaktor. Bei veränderten Wachstumsbedingungen werden Pflanzen einerseits teilweise anfälliger gegen Schädlinge und Krankheiten, andererseits begünstigen die neuen Umweltbdingungen nicht selten die Ausbreitung von Schädlingen und auch bisher vor Ort nicht bekannten Krankheiten und Unkräutern.

Da die Rückkopplungen so komplex sind, liegen bisher keine eindeutigen Ergebnisse vor, bzw. die Ergebnisse sind je nach Pflanzenart und Wachstumsort so unterschiedlich, dass sich kein Trend erkennen lässt.

Die Forscher hoffen in den nächsten Jahren exaktere Vorhersagen treffen zu können, wenn die Versuche länger gelaufen sind.

Quellen:

• S.D. Wullschleger, M. Strahl: Klimawandel im Freilandexperiment. SdW 07/2010, 80ff.

Der Kohlenstoffkreislauf

1 Gigatonne: 1000.000.000 Tonnen (übersetzt von STM nach NASA Earth Science Enterprise)

Kohlenstoff ist ein wichtiger Baustein allen Lebens auf der Erde, daneben findet er sich in großen Mengen in der Atmosphäre und den Ozeanen, da Wasser Kohlenstoff sehr gut lösen kann. In Gestein und insbesondere in fossilen Brennstoffen (Öl, Kohle, Gas) sind noch gewaltigere Mengen gelagert.

Verschiedenste Flüsse zwischen den einzelnen Lagerorten und der belebten Umwelt (Biosphäre) lagern laufend Kohlenstoff um.

Der Mensch entlässt über die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Abholzung von Wäldern zusätzlich zu den natürlichen Flüssen Kohlenstoff (etwa in Form von CO₂) in die Umwelt und verändert damit das System des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs.

Animation: -> Kohlenstoffkreislauf - Land
Animation: ->Kohlenstoffkreislauf - Meer

Kohlenstoffkreislauf - Meer

Der Kohlenstoffkreislauf in den Ozeanen ist ein sehr langsamer Kreislauf im Vergleich zum Kohlenstoffkreislauf an Land. Die Ozeane sind riesige Wasserflächen und die Prozesse in ihnen sind so kompliziert wie die Meere tief sind. Hier die einfache Variante:
Phytoplankton nimmt Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf, ebenso wie nährstoffreiches Wasser. So können unter günstigen Umweltbedingungen riesige Kolonien von diesen Kleinstlebewesen entstehen.
Das Phytoplankton steht am Beginn der ozeanischen Nahrungskette und gibt den in ihm gespeicherten Kohlenstoff an höhere Lebewesen wie Fische oder Wale weiter. Wie an Land auch, können diese Kleinstlebewesen auch absterben und Kohlendioxid tritt aus den oberen Wasserschichten aus (am Anfang der Animation als blaue Wolken aus verschiedenen Wasserschichten).
Ein Großteil der absterbenden Lebewesen sinkt aber Richtung Meeresgrund ab, diese Wolken von kleinsten absinkenden Teilchen nennen Ozeanographen auch "Meeresschnee". Aus diesem "Niederschlag" auf dem Meeresgrund werden die Meeressedimente aufgebaut, in den abgestorbenen Lebewesen bleibt also ein überwiegender Teil des aus der Atmosphäre aufgenommenen und dann gespeicherten Kohlenstoffs auf längere Zeit in Form von marinen Sedimenten festgelegt.
Diese Sedimente bleiben auf viele tausende und hunderttausende von Jahren vom Rest der irdischen Kreisläufe abgetrennt.

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Quelle: NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Kohlenstoffkreislauf - Land

Der Kohlenstoffkreislauf an Land, wie er hier animiert dargestellt ist, zeigt einen Baum, der Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnimmt und, unter Aufnahme von Wasser und Nährstoffen aus dem Boden, wächst. Im Herbst und Winter fallen die Blätter ab und bei der Zersetzung der Blätter wird etwas Kohlendioxid in das System zurück gegeben.
Irgendwann stirbt der Baum ab. Tritt der Tod des Baums ein, wird der gesamte Kohlenstoff des Baumes zurück ins System abgegeben, während der Baum zersetzt wird.
Feuer kann diese Freisetzung beschleunigen, wobei die Rauchschwaden kohlenstoffreiche Schwebteilchen (Aerosole) in die Atmosphäre freisetzen und die als Rest übrigbleibende kohlenstoffreiche Asche auf dem Boden abgelagert und später durch verschiedene Prozesse (Tiere,...) wieder in den Kreislauf zurück geführt wird.

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Quelle: NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab