RegistrierterBenutzer
5.551
Bearbeitungen
Zeile 8: | Zeile 8: | ||
==Boreale Waldbrände== | ==Boreale Waldbrände== | ||
<div class="blocksatz">Waldbrände sind in dieser Zone der häufigste ökologische Störfaktor. Feuer ist somit einer der wichtigsten Treiber der Ökosystemprozesse und des Kohlenstoffkreislaufes in den Wäldern und Mooren der borealen Zone.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /> Der überwiegende Teil dieser Brandereignisse wird durch Blitzschlag oder Selbstentzündung ausgelöst. Das Wiederkehrintervall liegt je nach Standort zwischen 50 und 200 Jahren.<ref name="Bodengeographie" /> Die Auswirkungen dieser Vegetationsbrände sind besonders für den Kohlenstoffkreislauf von entscheidender Bedeutung, da in der borealen Zone ca. 50% des global in Waldökosystemen gebunden Kohlenstoffs gespeichert ist. Mit einem Anteil von rund 85% fungieren die Böden in ihrer Gesamtheit dabei als größter Speicher des Bioms.<ref name="Boreal forest soil carbon" /> Je nach Bodentyp kann die Kapazität allerdings stark variieren. In Abhängigkeit der Infiltrationsrate ist die Kohlenstoffakkumulation an gut dränierten Cambisolen vergleichsweise kleiner, als an den durch geringe Infiltration gekennzeichneten Cryosolen.<ref name="Boreal forest soil carbon" /> Die Stauwirkung des Permafrost-Horizonts verursacht unter nass-kalten Bedingungen eine sogenannte Anoxie. Dieses vollständige Fehlen von Sauerstoff im Boden verzögert die Zersetzungsraten und verhindert so das Ausgasen von Kohlenstoff als Folge heterotropher Respiration.<ref name="Boreal forest soil carbon" /> | <div class="blocksatz">Waldbrände sind in dieser Zone der häufigste ökologische Störfaktor. Feuer ist somit einer der wichtigsten Treiber der Ökosystemprozesse und des Kohlenstoffkreislaufes in den Wäldern und Mooren der borealen Zone.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /> Der überwiegende Teil dieser Brandereignisse wird durch Blitzschlag oder Selbstentzündung ausgelöst. Das Wiederkehrintervall liegt je nach Standort zwischen 50 und 200 Jahren.<ref name="Bodengeographie" /> Die Auswirkungen dieser Vegetationsbrände sind besonders für den Kohlenstoffkreislauf von entscheidender Bedeutung, da in der borealen Zone ca. 50% des global in Waldökosystemen gebunden Kohlenstoffs gespeichert ist. Mit einem Anteil von rund 85% fungieren die Böden in ihrer Gesamtheit dabei als größter Speicher des Bioms.<ref name="Boreal forest soil carbon" /> Je nach Bodentyp kann die Kapazität allerdings stark variieren. In Abhängigkeit der Infiltrationsrate ist die Kohlenstoffakkumulation an gut dränierten Cambisolen vergleichsweise kleiner, als an den durch geringe Infiltration gekennzeichneten Cryosolen.<ref name="Boreal forest soil carbon" /> Die Stauwirkung des Permafrost-Horizonts verursacht unter nass-kalten Bedingungen eine sogenannte Anoxie. Dieses vollständige Fehlen von Sauerstoff im Boden verzögert die Zersetzungsraten und verhindert so das Ausgasen von Kohlenstoff als Folge heterotropher Respiration.<ref name="Boreal forest soil carbon" /><br /> | ||
<div class="blocksatz">Jährlich wird etwa ein Drittel des durch die Netto-Primärproduktion in der borealen Zone gebundenen Kohlenstoffs in Folge von Brandereignissen als CO<sub>2</sub> wieder freigesetzt.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /> In Abhängigkeit der Schwere des Brandereignisses und des betroffenen Bodentyps verursachen Waldbrände den Verlust des Auflagehorizonts beziehungsweise das Auftauen des Permafrost-Horizonts.<ref name="Terrestrial and inland water systems">Settele, J.; Scholes, R.; Betts, R.; Bunn, S.; Leadley, P.; Nepstad, D.; Overpeck, J.; Taboada, M. (2014): Terrestrial and inland water systems. In: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (Hrsg.): Climate Change 2014 - Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Part A: Global and Sectoral Aspects. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. New York, 272-359.</ref> Zusätzlich wird durch die Temperaturerhöhung sowie der Vergrößerung des Schmelzhorizonts die mikrobielle Aktivität und somit die Respiration erhöht.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4" /> Neben diesen Formen der Freisetzung im borealen Ökosystem gebundener Kohlenstoffvorkommen werden im Verlauf des Brandereignisses 1-3% der Biomasse in Form von pyrogenem Kohlenstoff wieder im Boden gespeichert.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /> Dazu zählen Graphit- und Rußpartikel sowie Holzkohle. Letzteres wird überwiegend im Auflagehorizont der Böden akkumuliert und trägt durch seine hohe Verweildauer zu einer langfristigen Speicherung des Kohlenstoffs bei. Außerdem fördert der Eintrag von pyrogenem Kohlenstoff in den Boden die Kationenaustauschkapazität und verbessert die Bodenfruchtbarkeit durch eine höhere Nährstoffverfügbarkeit.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /><ref name="Postfire Soil N Cycling">Smithwick, E. A. H.; Turner, M.G.; Mack, M. C.; Chapin III, F. S. (2005): Postfire Soil N Cycling in Northern Conifer Forests Affected by Severe, Stand-Replacing Wildfires. In: Ecosystems (2005) 8, 163–181.</ref><div class="blocksatz"><div class="blocksatz"><div class="blocksatz"> | <div class="blocksatz">Jährlich wird etwa ein Drittel des durch die Netto-Primärproduktion in der borealen Zone gebundenen Kohlenstoffs in Folge von Brandereignissen als CO<sub>2</sub> wieder freigesetzt.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /> In Abhängigkeit der Schwere des Brandereignisses und des betroffenen Bodentyps verursachen Waldbrände den Verlust des Auflagehorizonts beziehungsweise das Auftauen des Permafrost-Horizonts.<ref name="Terrestrial and inland water systems">Settele, J.; Scholes, R.; Betts, R.; Bunn, S.; Leadley, P.; Nepstad, D.; Overpeck, J.; Taboada, M. (2014): Terrestrial and inland water systems. In: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (Hrsg.): Climate Change 2014 - Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Part A: Global and Sectoral Aspects. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. New York, 272-359.</ref> Zusätzlich wird durch die Temperaturerhöhung sowie der Vergrößerung des Schmelzhorizonts die mikrobielle Aktivität und somit die Respiration erhöht.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4" /> Neben diesen Formen der Freisetzung im borealen Ökosystem gebundener Kohlenstoffvorkommen werden im Verlauf des Brandereignisses 1-3% der Biomasse in Form von pyrogenem Kohlenstoff wieder im Boden gespeichert.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /> Dazu zählen Graphit- und Rußpartikel sowie Holzkohle. Letzteres wird überwiegend im Auflagehorizont der Böden akkumuliert und trägt durch seine hohe Verweildauer zu einer langfristigen Speicherung des Kohlenstoffs bei. Außerdem fördert der Eintrag von pyrogenem Kohlenstoff in den Boden die Kationenaustauschkapazität und verbessert die Bodenfruchtbarkeit durch eine höhere Nährstoffverfügbarkeit.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /><ref name="Postfire Soil N Cycling">Smithwick, E. A. H.; Turner, M.G.; Mack, M. C.; Chapin III, F. S. (2005): Postfire Soil N Cycling in Northern Conifer Forests Affected by Severe, Stand-Replacing Wildfires. In: Ecosystems (2005) 8, 163–181.</ref><div class="blocksatz"><div class="blocksatz"><div class="blocksatz"> | ||
Zeile 14: | Zeile 14: | ||
==Auswirkungen des Klimawandels auf die borealen Waldbrände== | ==Auswirkungen des Klimawandels auf die borealen Waldbrände== | ||
<div class="blocksatz">In den hohen Breiten der Erde sind die Temperaturen in den letzten 30 Jahren mit 0,6 °C pro Jahrzehnt doppelt so schnell wie der globale Durchschnitt gestiegen.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /><ref name="Stocker, T.F., D. Qin, G.-K.">IPCC (2013): Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp.</ref> In Kombination mit den folglich höheren Verdunstungsraten und längeren Trockenperioden führt dies zu einer erheblichen Steigerung der Waldbrandgefahr in der borealen Ökozone. Der bereits sehr hohe Kohlenstoffverlust durch Brandereignisse könnte sich bei fortschreitendem Klimawandel bis zum Ende des Jahrhunderts somit vervierfachen.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /><ref name="Effects of topography and fire on soil">Song, X.; Wang, G.; Ran, F.; Chang, R.; Song, C.; Xiao, Y. (2017): Effects of topography and fire on soil CO2and CH4flux in boreal forest underlain by permafrost in northeast China. In: Ecological Engineering 106 (2017), 35-43.</ref> Neben dem reinen Vegetationsverlust spielen dabei besonders die positiven Rückkopplungsprozesse eine entscheidende Rolle (Abb.1). Ein sich erwärmendes Klima führt zum häufigeren Auftreten von Vegetationsbränden, die wiederum durch ihre Emissionswirkung das Klima weiter erhitzen.<ref name="Stocker, T.F., D. Qin, G.-K." /> Aufgrund der Heterogenität der Bodentypen sowie der klimatischen Verhältnisse kann jedoch keine genaue Aussage über die gesamte Ökozone getroffen werden. | <div class="blocksatz">In den hohen Breiten der Erde sind die Temperaturen in den letzten 30 Jahren mit 0,6 °C pro Jahrzehnt doppelt so schnell wie der globale Durchschnitt gestiegen.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /><ref name="Stocker, T.F., D. Qin, G.-K.">IPCC (2013): Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp.</ref> In Kombination mit den folglich höheren Verdunstungsraten und längeren Trockenperioden führt dies zu einer erheblichen Steigerung der Waldbrandgefahr in der borealen Ökozone. Der bereits sehr hohe Kohlenstoffverlust durch Brandereignisse könnte sich bei fortschreitendem Klimawandel bis zum Ende des Jahrhunderts somit vervierfachen.<ref name="Black (pyrogenic) carbon" /><ref name="Effects of topography and fire on soil">Song, X.; Wang, G.; Ran, F.; Chang, R.; Song, C.; Xiao, Y. (2017): Effects of topography and fire on soil CO2and CH4flux in boreal forest underlain by permafrost in northeast China. In: Ecological Engineering 106 (2017), 35-43.</ref> Neben dem reinen Vegetationsverlust spielen dabei besonders die positiven Rückkopplungsprozesse eine entscheidende Rolle (Abb.1). Ein sich erwärmendes Klima führt zum häufigeren Auftreten von Vegetationsbränden, die wiederum durch ihre Emissionswirkung das Klima weiter erhitzen.<ref name="Stocker, T.F., D. Qin, G.-K." /> Aufgrund der Heterogenität der Bodentypen sowie der klimatischen Verhältnisse kann jedoch keine genaue Aussage über die gesamte Ökozone getroffen werden. | ||
Daher werden die genaue Prozessabläufe am Beispiel eines durch Permafrost beeinflussten Gebiets im Nord-Osten Chinas dargestellt.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4" /> Messungen dieser Studie ergaben, dass sich neben dem kurzfristigen Verlust der Vegetation auch langfristig Änderungen im Kohlenstofffluss des Bodens ergeben.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4" /> Dabei müssen der CO<sub>2</sub>-Fluss und der CH<sub>4</sub>-Fluss gesondert betrachtet werden. Ersteres wird einerseits durch die gesteigerte Aktivität der Mikroorganismen aufgrund höherer Nährstoffverfügbarkeit und andererseits durch die Vergrößerung des aktiven Bodenhorizonts beeinflusst. Insgesamt steht so mehr Bodenkohlenstoff zur mikrobiellen Zersetzung zur Verfügung. Unter experimentellen Bedingungen einer implizierten Klimaerwärmung um 1°C konnte in dem Untersuchungsgebiet eine weitere Steigerung der Emissionen beobachtet werden. Das lässt darauf schließen, dass die Respirationsvorgänge im Boden weiter beschleunigt wurden.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4" /> | |||
Die Entwicklung des CH<sub>4</sub>-Flusses in Folge eines Brandereignisses ist hingegen nicht eindeutig zu klären. Je nach Ausgangssituation kann durch den Vegetationsbrand aus einer schwachen Methan-Quelle eine Senke bzw. aus einer Methan-Senke eine Quelle werden. Besonders über die Auswirkungen veränderten Klimas auf die Bodenflüsse von Methan herrscht noch Uneinigkeit. In der dargelegten Studie verursachte der Vegetationsbrand die Entstehung einer CH<sub>4</sub> -Senke die in Folge des wärmeren Klimas sogar noch stärker wird. Als mögliche Grund werden hierfür der absinkende Wasserspiegel und die dadurch verursachte Vergrößerung der Zone möglicher Methan-Oxidation angeführt. Einzig die Kombination eines warmen und trockenen Klimas führte zum plötzlichen Anstieg der Methan-Emissionen. Die Antwort könnte in der Beeinträchtigung der methan-oxidierenden Bakterienkulturen durch die veränderten Klimabedingungen liegen.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4" /> | |||
Aufgrund der unterschiedlichen Resonanz der Treibhausgase CO<sub>2</sub> und CH<sub>4</sub> auf die veränderten Bodeneigenschaften und Klimabedingungen kann eine Aussage über die genaue Tragweite der Auswirkungen nicht verallgemeinert werden sondern ist stark von dem Verhältnis der beiden Gase am Bodenkohlenstofffluss abhängig. Dennoch bleibt festzuhalten, dass die Ergebnisse der Studie trotz dieser Unsicherheiten und Heterogenität einen deutlichen Zusammenhang der Bodenkohlenstoffflüsse mit den Bedingungen eines implizierten Klimawandels aufweisen.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4" /> Insgesamt tragen alleine die häufigere Auftretenswahrscheinlichkeit von Brandereignissen und die Größe des Kohlenstoffspeichers der borealen Zone dazu bei, dass durch positive Rückkopplungsprozesse der Kohlenstoffkreislauf maßgeblich durch die Vegetationsbrände der borealen Ökozone beeinflusst wird.<ref name="Terrestrial and inland water systems" /><ref name="Stocker, T.F., D. Qin, G.-K." /> | |||
<div class="blocksatz"><div class="blocksatz"><div class="blocksatz"> | |||
==Einzelnachweise== | ==Einzelnachweise== | ||
<references /> | <references /> |