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Treibhausgasen auf der Spur: Bayreuther Forscherteam untersucht Lachgas-Umsatz im Erdboden

22.12.2008
Das als "Lachgas" bekannte Distickstoffmonoxid (N2O) gehört zu den Treibhausgasen, deren steigende Konzentration in der Erdatmosphäre am globalen Klimawandel wesentlich beteiligt ist.

Ein Forschungsteam an der Universität Bayreuth hat unter experimentell simulierten Witterungsbedingungen sowohl die N2O-Flüsse zwischen Erdboden und Atmosphäre als auch die N2O-Konzentrationen entlang von Bodenprofilen untersucht. Die Messungen zeigen unter anderem, dass Waldböden in Trockenperioden mehr N2O aufnehmen, als sie in die Atmosphäre abgeben. Die Zeitschrift "Nature" berichtet in ihrer Dezember-Ausgabe 2008 über die Forschungsergebnisse.

Die steigende Konzentration von Treibhausgasen in der Erdatmosphäre zählt zu den wesentlichen Ursachen des globalen Klimawandels. Treibhausgase absorbieren einen Teil der Infrarotstrahlung, die vom Erdboden abgegeben wird; und einen Teil dieser Wärmeenergie strahlen sie auf die Erdoberfläche zurück, wo sie zusätzlich zur Sonneneinstrahlung einen Temperaturanstieg bewirken. Zu diesen Treibhausgasen gehört insbesondere auch das als "Lachgas" bekannte Distickstoffmonoxid (N2O). Insbesondere die Nutzung fossiler Brennstoffe und der vermehrte Einsatz von Kunstdünger in der Landwirtschaft haben dazu beigetragen, dass die Konzentration von Distickstoffmonoxid in der Atmosphäre in den letzten 200 Jahren um rund 18 Prozent gestiegen ist.

Mit der Frage, auf welchen Wegen und in welchen Mengen Distickstoffmonoxid vom Erdboden in die Atmosphäre und wieder zurück transportiert wird, befassen sich neue Forschungsarbeiten von Professor Dr. Gerhard Gebauer, Leiter des Labors für Isotopen-Biogeochemie an der Universität Bayreuth, und seiner Mitarbeiterin Stefanie Goldberg. Die renommierte Zeitschrift "Nature" berichtet in ihrer Dezember-Ausgabe 2008 über die Ergebnisse, die demnächst in der Zeitschrift "Global Change Biology" veröffentlicht werden.

Die beiden Biogeochemiker haben N2O-Flüsse in Fichtenwaldböden am Waldstein (Fichtelgebirge) im Rahmen der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Forschergruppe 562 "Dynamik von Bodenprozessen bei extremen meteorologischen Randbedingungen" untersucht. Dabei haben sie die Böden zunächst einer verlängerten Trockenperiode und anschließend heftigen Regenfällen ausgesetzt - einem Szenario also, das wissenschaftlichen Klimaprognosen zufolge in Mitteleuropa künftig immer häufiger auftreten wird. Unter diesen experimentell simulierten Witterungsbedingungen wurden sowohl die N2O-Flüsse zwischen Erdboden und Atmosphäre als auch die N2O-Konzentrationen entlang von Bodenprofilen gemessen. Dabei gelangten Gebauer und Goldberg zu dem Ergebnis, dass Trockenheit den mikrobiellen Nettoabbau des N2O im Boden fördert; und zwar entgegen bisherigen Annahmen insbesondere dann, wenn die Trockenperiode in die Vegetationszeit der Wälder fällt. Während die Konzentration von N2O tief im Erdboden wesentlich höher ist als in der Atmosphäre, erreicht das N2O im Boden nahe der Oberfläche niedrigere Konzentrationen als in der Atmosphäre.

Diese geringe Konzentration im Oberboden bewirkt, dass verstärkt N2O aus der Atmosphäre in den Erdboden eindringt: Der Boden nimmt mehr N2O auf, als er an die Atmosphäre abgibt - ein Zustand, den die Forschung als "Lachgassenke" bezeichnet. Diese Bilanz kehrt sich jedoch wieder um, wenn der Boden hinreichend durchfeuchtet ist. Dann fungiert der Boden wieder als Quelle des N2O. Sowohl die Nettoaufnahme von N2O während der Trockenperiode als auch die Nettoabgabe des N2O im Zustand der Durchfeuchtung sind gering und von der bisherigen Forschung daher vernachlässigt worden. Doch ist die Nettoaufnahme in der Trockenzeit immerhin so hoch, dass der Boden nach dem Einsetzen der Regenperiode nahezu vier Monate benötigt, um infolge der mikrobiellen Prozesse wieder zum Netto-N2O-Erzeuger zu werden.

Gebauer und Goldberg verwendeten für ihre Untersuchungen eine anspruchsvolle Analysetechnik: die Häufigkeitsbestimmung stabiler Stickstoff-Isotope. Ihre Messungen fanden im Labor für Isotopenbiogeochemie am Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltwissenschaften (BayCEER) statt, einer zentralen wissenschaftlichen Einrichtung der Universität Bayreuth. Die beiden Biogeochemiker wollen hier ihre Forschungsarbeiten weiter fortsetzen, um den N2O-Austausch zwischen Erdboden und Atmosphäre noch präziser beschreiben und erklären zu können. Diese Arbeiten sollen dazu beitragen, in Zukunft die Konzentrationen dieses Treibgases in der Atmosphäre und die daraus resultierenden Klimaveränderungen mit umso größerer Zuverlässigkeit prognostizieren zu können.

Titelaufnahme:
Sharon A. Billings, Biogeochemistry: Nitrous oxide in flux, in: Nature 456, 888-889 (18 December 2008)
Kontaktadresse:
Prof. Dr. Gerhard Gebauer
Leiter des BayCEER-Labors für Isotopenbiogeochemie
Universität Bayreuth
Gebäude Geo I, Büro 125
Universitätsstr. 30
95447 Bayreuth
Telefon 0921 / 55-2060
E-Mail: gerhard.gebauer@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | idw
Weitere Informationen:
http://www.bayceer.uni-bayreuth.de/fg_bp/
http://www.bayceer.uni-bayreuth.de
http://www.uni-bayreuth.de

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