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Die boreale Ökozone ist einer der bedeutendsten terrestrischen Kohlenstoffspeicher der Erde.<ref name="Die Ökozonen der Erde">Schultz, J. (2016): Die Ökozonen der Erde. 5. vollst. überarb. Aufl. Stuttgart: UTB (UTB, 1514 : Geowissenschaften, Ökologie, Agrarwissenschaften).</ref> Die häufigsten Störungen dieses Ökosystems sind großflächige, meist unkontrollierte Vegetationsbrände.<ref name="Boreal forest soil carbon">Deluca, T.; Boisvenue, C. (2012): Boreal forest soil carbon: Distribution, function and modelling. In: Forestry Vol.85, 161-184. </ref> Ausgelöst werden diese überwiegend durch Blitzeinschläge oder Selbstentzündung und haben je nach Standort eine Wiederkehrintervall zwischen 50-200 Jahren. <ref name="Bodengeographie">Eitel, B.; Faust, D. (2013): Bodengeographie. Westermann. Braunschweig.</ref> Abhängig von der Schwere des Brandereignisses kommt es neben dem Verlust der oberflächlichen Vegetation zum Auftauen des Permafrost-Horizonts im Boden und zur Bildung von pyrogenem Kohlenstoff.<ref name="Black (pyrogenic) carbon"> Preston, C. M.; Schmidt, M. W. I. (2006): Black (pyrogenic) carbon: A synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions. In: Biogeosciences 3 (2006), 397–420.</ref> Auch wenn durch den Verkohlungsprozess Kohlenstoff langfristig gebunden werden kann haben Vegetationsbrände durch die Freisetzung von CO<sub>2</sub> aufgrund des Vegetationsverlustes und der erhöhten mikrobieller Aktivität einen positiven Effekt auf den globalen Kohlenstoffkreislauf.<ref name="Boreal forest soil carbon" /> Durch die in den hohen Breiten besonders intensive Klimaerwärmung kommt es immer häufiger zu Brandereignissen, die durch ihre Emissionswirkung ein positives Rückkopplungssystem des Klimawandels bilden.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4">Song, X.; Wang, G.; Hu, Z.; Ran, F.; Chen, X. (2018): Boreal forest soil CO<sub>2</sub> and CH<sub>4</sub> fluxes following fire and their responses to experimental warming and drying. In: Science of The Total Environment 644, 862-872.</ref> Dieser Prozess wird durch das vermehrte Auftauen des Permafrostbodens sowie der erhöhten heterotrophen Respiration bei wärmeren klimatischen Bedingungen weiter verstärkt und ist aufgrund der Größe des Kohlenstoff-Pools ein entscheidender Faktor im Klimawandel.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4" /> | Die boreale Ökozone ist einer der bedeutendsten terrestrischen Kohlenstoffspeicher der Erde.<ref name="Die Ökozonen der Erde">Schultz, J. (2016): Die Ökozonen der Erde. 5. vollst. überarb. Aufl. Stuttgart: UTB (UTB, 1514 : Geowissenschaften, Ökologie, Agrarwissenschaften).</ref> Die häufigsten Störungen dieses Ökosystems sind großflächige, meist unkontrollierte Vegetationsbrände.<ref name="Boreal forest soil carbon">Deluca, T.; Boisvenue, C. (2012): Boreal forest soil carbon: Distribution, function and modelling. In: Forestry Vol.85, 161-184. </ref> Ausgelöst werden diese überwiegend durch Blitzeinschläge oder Selbstentzündung und haben je nach Standort eine Wiederkehrintervall zwischen 50-200 Jahren. <ref name="Bodengeographie">Eitel, B.; Faust, D. (2013): Bodengeographie. Westermann. Braunschweig.</ref> Abhängig von der Schwere des Brandereignisses kommt es neben dem Verlust der oberflächlichen Vegetation zum Auftauen des Permafrost-Horizonts im Boden und zur Bildung von pyrogenem Kohlenstoff.<ref name="Black (pyrogenic) carbon"> Preston, C. M.; Schmidt, M. W. I. (2006): Black (pyrogenic) carbon: A synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions. In: Biogeosciences 3 (2006), 397–420.</ref> Auch wenn durch den Verkohlungsprozess Kohlenstoff langfristig gebunden werden kann haben Vegetationsbrände durch die Freisetzung von CO<sub>2</sub> aufgrund des Vegetationsverlustes und der erhöhten mikrobieller Aktivität einen positiven Effekt auf den globalen Kohlenstoffkreislauf.<ref name="Boreal forest soil carbon" /> Durch die in den hohen Breiten besonders intensive Klimaerwärmung kommt es immer häufiger zu Brandereignissen, die durch ihre Emissionswirkung ein positives Rückkopplungssystem des Klimawandels bilden.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4">Song, X.; Wang, G.; Hu, Z.; Ran, F.; Chen, X. (2018): Boreal forest soil CO<sub>2</sub> and CH<sub>4</sub> fluxes following fire and their responses to experimental warming and drying. In: Science of The Total Environment 644, 862-872.</ref> Dieser Prozess wird durch das vermehrte Auftauen des Permafrostbodens sowie der erhöhten heterotrophen Respiration bei wärmeren klimatischen Bedingungen weiter verstärkt und ist aufgrund der Größe des Kohlenstoff-Pools ein entscheidender Faktor im Klimawandel.<ref name="Boreal forest soil CO 2 and CH 4" /> | ||
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==Die boreale Ökozone== | ==Die boreale Ökozone== | ||
<div class="blocksatz">Bei der borealen Ökozone handelt es sich um eine zirkumpolare Region, die mit einer Fläche von 20 Mio. km<sup>2</sup> in etwa 13% des Festlandes der Erde umfasst.<ref name="Die Ökozonen der Erde" /> Das Gebiet erstreckt sich über große Teile Russlands, Kanadas und Skandinaviens zuzüglich kleineren Regionen im Nordosten Chinas und der Mongolei.<ref name="Die Ökozonen der Erde" /> Etwa 15 Mio. km<sup>2</sup> dieser Fläche sind borealer Nadelwald.<ref name="Scheffer/Schachtschabel"> Blume, H.-P.; Brümmer, G. W.; Horn, R. ; Kandeler, E. ; Kögel-Knabner, I. ; Kretzschmar, R. et al. (2010): Scheffer/Schachtschabel: Lehrbuch der Bodenkunde. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.</ref> Die Bodenbildung wird hauptsächlich vom Klima und der Vegetation bestimmt und schreitet aufgrund der gegebenen Bedingungen nur langsam voran. Kennzeichnend für die entstehenden Bodentypen dieser Zone sind die mächtigen Auflagehorizonte aus schwerabbaubarer Streu.<ref name="Böden der Welt"> Zech, W.; Schad, P.; Hintermaier-Erhard, G. (2014): Böden der Welt: ein Bildatlas. 2. Auflage. Spektrum. Berlin.</ref> Neben den Podsolen sind die durch den Permafrost bedingten Cryosole der dominierende Bodentyp des borealen Ökosystems.<ref name="Die Ökozonen der Erde" /> | <div class="blocksatz">Bei der borealen Ökozone handelt es sich um eine zirkumpolare Region, die mit einer Fläche von 20 Mio. km<sup>2</sup> in etwa 13% des Festlandes der Erde umfasst.<ref name="Die Ökozonen der Erde" /> Das Gebiet erstreckt sich über große Teile Russlands, Kanadas und Skandinaviens zuzüglich kleineren Regionen im Nordosten Chinas und der Mongolei.<ref name="Die Ökozonen der Erde" /> Etwa 15 Mio. km<sup>2</sup> dieser Fläche sind borealer Nadelwald.<ref name="Scheffer/Schachtschabel"> Blume, H.-P.; Brümmer, G. W.; Horn, R. ; Kandeler, E. ; Kögel-Knabner, I. ; Kretzschmar, R. et al. (2010): Scheffer/Schachtschabel: Lehrbuch der Bodenkunde. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.</ref> Die Bodenbildung wird hauptsächlich vom Klima und der Vegetation bestimmt und schreitet aufgrund der gegebenen Bedingungen nur langsam voran. Kennzeichnend für die entstehenden Bodentypen dieser Zone sind die mächtigen Auflagehorizonte aus schwerabbaubarer Streu.<ref name="Böden der Welt"> Zech, W.; Schad, P.; Hintermaier-Erhard, G. (2014): Böden der Welt: ein Bildatlas. 2. Auflage. Spektrum. Berlin.</ref> Neben den Podsolen sind die durch den Permafrost bedingten Cryosole der dominierende Bodentyp des borealen Ökosystems.<ref name="Die Ökozonen der Erde" /> | ||
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==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" />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">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" />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> | ||
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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." /> | 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." /> | ||
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==Einzelnachweise== | ==Einzelnachweise== |