Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nature: wie Wälder mit mehr Kohlendioxid umgehen

11.07.2013
Während die Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre steigt, erhöhen Wälder ihre Wassernutzungseffizienz: Sie können mehr von dem Gas aufnehmen, ohne dabei aber mehr Wasser zu verlieren.

Wie langfristige Messungen an vielen Waldstandorten der Nordhalbkugel zeigen, reagieren die Spaltöffnungen an der Blattoberfläche auf mehr Kohlendioxid – ein Beispiel für Strategien von Ökosystemen, mit Veränderungen umzugehen. Forscher aus den USA und des KIT beschreiben die Untersuchung nun in der Zeitschrift „Nature“. (DOI: 10.1038/nature12291)


Flugaufnahme vom Morgan-Monroe State Forest in Indiana, einem von sieben Messstandorten in den USA. (Foto: Jennifer Hutton)

Pflanzen binden bei der Photosynthese Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Während sie das Kohlendioxid durch die geöffneten Spaltöffnungen ihrer Blätter aufnehmen, entweicht Wasserdampf. Das Verhältnis zwischen dem so transpirierten Wasser und dem fixierten Kohlenstoff, die sogenannte Wassernutzungseffizienz, stellt einen wesentlichen Indikator der Ökosystemfunktion dar und spielt eine Schlüsselrolle im globalen Wasser-, Energie- und Kohlenstoffkreislauf.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern, unter ihnen der Leiter des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Professor Hans Peter Schmid, hat den Austausch von Wasser und Kohlenstoff im Ökosystem erstmals anhand von langfristigen Messungen im Freiland untersucht.

Gemeinsam mit Kollegen von der Harvard University, der Ohio State University und der Indiana University sowie dem USDA Forest Service wertete Schmid Messungen an insgesamt sieben Waldstandorten im Mittelwesten und Nordosten der USA aus und verglich diese mit vierzehn weiteren Waldstandorten auf der Nordhemisphäre. Die Wälder repräsentieren drei verschiedene, für die gemäßigte und kaltgemäßigte Zone der Nordhalbkugel typische Artenzusammensetzungen und werden nicht aktiv bewirtschaftet.

Die Auswertung der Messungen zeigt eine deutliche Steigerung der Wassernutzungseffizienz in den vergangenen zwei Jahrzehnten. Um diese Entwicklung zu erklären, prüften die Forscher verschiedene konkurrierende Hypothesen. Neben der gestiegenen Kohlendioxid-Konzentration betrachteten sie auch Faktoren wie die zunehmende Verfügbarkeit von Stickstoff, Veränderungen der Vegetationsstruktur durch Wachstum, die mechanische und thermische Kopplung zwischen Baumkrone und Atmosphäre sowie langfristige Abweichung der Messvorrichtungen.

Die Forscher stellten fest, dass die gesteigerte Wassernutzungseffizienz auf eine starke Düngewirkung des Kohlendioxids zurückzuführen ist. Wenn die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre steigt, schließen die Bäume die Spaltöffnungen an der Blattoberfläche – die sogenannten Stomata – teilweise, um die Kohlendioxid-Konzentration im Innern der Blätter weitgehend konstant zu halten. „Dies zeigt, dass Wälder sensitiv auf Veränderungen der Umwelt reagieren“, erklärt Professor Hans Peter Schmid, der am KIT-Campus Alpin in Garmisch-Partenkirchen forscht.

„Ökosysteme verfügen über Strategien, mit dem Klimawandel umzugehen und ihre Ressourcen effizient einzusetzen.“ Wie Schmid berichtet, ist die in der Untersuchung beobachtete Steigerung der Wassernutzungseffizienz der Wälder höher als in theoretischen Untersuchungen und aktuellen Modellen vorausgesagt.

Mit der gesteigerten Wassernutzungseffizienz können die Pflanzen mit weniger Wasser auskommen, trotz erhöhter Photosynthese auf Ökosystemebene. Wie Schmid erklärt, lassen die bisherigen Ergebnisse der noch weiter laufenden Studie auf eine Verschiebung im Wasser- und Kohlenstoffhaushalt der Vegetation auf der Erde schließen. „Dies erfordert möglicherweise, die Rolle der Spaltöffnungen auf der Blattoberfläche bei der Interaktion zwischen Wäldern und Klima neu zu bewerten und gängige Vegetation-Klima-Modelle zu überarbeiten.“ Das langfristige Verhalten von Ökosystemen im Klimawandel und die Entwicklung von entsprechenden Messmethoden gehören zu den zentralen Themen der Forschung des IMK-IFU am Campus Alpin des KIT.

Trevor F. Keenan, David Y. Hollinger, Gil Bohrer, Danilo Dragoni, J. William Munger, Hans Peter Schmid, Andrew D. Richardson: Increase in forest water use efficiency as atmospheric carbon dioxide concentrations rise. Nature, DOI: 10.1038/nature12291.

Das KIT-Zentrum Klima und Umwelt entwickelt Strategien und Technologien zur Sicherung der natürlichen Lebensgrundlagen: Dafür erarbeiten 660 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus 32 Instituten Grundlagen- und Anwendungswissen zum Klima- und Umweltwandel. Dabei geht es nicht nur um die Beseitigung der Ursachen von Umweltproblemen, sondern zunehmend um die Anpassung an veränderte Verhältnisse.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Thematische Schwerpunkte der Forschung sind Energie, natürliche und gebaute Umwelt sowie Gesellschaft und Technik, von fundamentalen Fragen bis zur Anwendung. Mit rund 9000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, darunter knapp 6000 in Wissenschaft und Lehre, sowie 24 000 Studierenden ist das KIT eine der größten Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Monika Landgraf | KIT
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Von der Weser bis zur Nordsee: PLAWES erforscht Mikroplastik-Kontaminationen in Ökosystemen
20.09.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Der Monsun und die Treibhausgase
18.09.2017 | Forschungszentrum Jülich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik