Urwälder veränderten den CO2-Gehalt in der Atmosphäre nicht wie angenommen!

Ein internationales Team von Geowissenschaftlern hat herausgefunden, dass die Atmosphäre weit weniger CO₂ enthielt als bisher angenommen, als die Wälder auf unserem Planeten entstanden. Die in "Nature Communications" veröffentlichte Studie ändert ein 30 Jahre altes Paradigma mit wichtigen Auswirkungen auf das Verständnis der Auswirkungen von Landpflanzen auf das Klima.

Die Kontinente der Erde wurden vor etwa 385 Millionen Jahren von hohen Bäumen und Wäldern besiedelt. Zuvor waren flache, strauchartige Pflanzen mit Gefäßgewebe, Stämmen, flachen Wurzeln und ohne Blüten in das Land eingedrungen. In den Lehrbüchern steht, dass die Atmosphäre damals einen viel höheren CO₂-Gehalt hatte als heute und dass ein intensiver Treibhauseffekt zu einem viel wärmeren Klima führte. Früher ging man davon aus, dass das Aufkommen von Wäldern den CO₂-Abbau in der Atmosphäre förderte und die Erde in eine lange Kühlperiode mit Eisbedeckung an den Polen führte.

Die Rekonstruktion des atmosphärischen CO₂-Gehalts in der geologischen Vergangenheit ist schwierig und stützte sich bisher auf Näherungswerte, die ebenfalls von Parametern abhängen, die angenommen werden mussten. Die Klimawissenschaftler sind sich einig, dass CO₂ sowohl heute als auch in der Vergangenheit eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung des Erdklimas spielt. Eine große Herausforderung für die Geowissenschaftler besteht daher darin, zu verstehen, was die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre gesteuert hat.

Modell gibt Auskunft über die Zusammenhänge

"Wir haben ein mechanistisches Modell für den Gasaustausch zwischen Pflanzenblättern und der Umgebungsluft an der ältesten Abstammungslinie von Gefäßlandpflanzen, den Keulenmoosen, kalibriert. Mit diesem Ansatz konnten wir den CO₂-Gehalt in der Luft allein aus Beobachtungen am Pflanzenmaterial berechnen", sagt Tais W. Dahl vom Globe-Institut der Universität Kopenhagen, der die Studie in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam, auch vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, leitete.

Neue Methode bringt spannende Erkenntnisse

Die neue Methode stützt sich auf drei Beobachtungen, die sowohl in lebenden Pflanzen als auch in fossilem Pflanzengewebe gemacht werden können, darunter das Verhältnis zweier stabiler Kohlenstoffisotope sowie die Größe und Dichte der Spaltöffnungen, durch die die Pflanze CO₂ aufnimmt. Die Forscher kalibrierten die Methode an lebenden Klumpfußgewächsen und stellten fest, dass dieser Ansatz den CO₂-Gehalt der Umgebung im Gewächshaus genau wiedergeben kann. Die Wissenschaftler sammelten Daten von 66 Fossilien dreier verschiedener Klumpfußarten, die an 9 verschiedenen Orten weltweit gefunden wurden und 410 bis 380 Millionen Jahre alt sind. In allen Fällen war der atmosphärische CO₂-Gehalt nur 30-70 % höher (525 - 715 ppm) als heute (415 ppm). Dies ist weit weniger als bisher angenommen (2000-8000 ppm). Ppm steht für Parts-per-Million und ist die Einheit zur Messung der Kohlendioxidkonzentration in der Luft.

Das Team nutzte ein Paläoklimamodell, um zu zeigen, dass die Erde ein gemäßigter Planet mit mittleren tropischen Oberflächentemperaturen von 24,1-24,6 °C war. "Wir haben ein vollständig gekoppeltes Atmosphäre-Ozean-Modell verwendet, um herauszufinden, dass die Pole der Erde mit Eis bedeckt waren, als die Wälder entstanden. Dennoch konnten Landpflanzen in den tropischen, subtropischen und gemäßigten Zonen gedeihen", erklärt Georg Feulner vom Potsdam-Institut für Klimaforschung in Deutschland, der die Studie mitverfasst hat.

Bäume spielten bezüglich CO₂ früher eine unwichtige Rolle

Die neue Studie deutet darauf hin, dass Bäume über längere Zeiträume hinweg tatsächlich eine unbedeutende Rolle für den atmosphärischen CO₂-Gehalt spielen, weil frühe Bäume tiefere Wurzelsysteme hatten und besser entwickelte Böden produzierten, die mit einem geringeren Nährstoffverlust verbunden sind. Aufgrund des effizienteren Nährstoffrecyclings in den Böden haben Bäume tatsächlich einen geringeren Verwitterungsbedarf als die flache, strauchartige Vegetation, die vor ihnen wuchs. Dieser Gedanke steht im Widerspruch zu der bisherigen Annahme, dass Bäume mit einem tieferen Wurzelsystem den CO₂-Abbau durch verstärkte chemische Verwitterung und Auflösung von Silikatgestein fördern.

Die verwendeten Erdsystemmodelle zeigen, dass primitive strauchartige Gefäßpflanzen bereits zu einem früheren Zeitpunkt in der Geschichte, als sie sich erstmals auf den Kontinenten ausbreiteten, einen massiven Rückgang des atmosphärischen CO₂ verursacht haben könnten. Das Modell zeigt, dass Gefäßökosysteme gleichzeitig zu einem Anstieg des O2-Gehalts in der Atmosphäre geführt hätten.