Hohe Geschwindigkeit von Kohlenstoff beeinflusst Studien zu Ökosystemen

Aufgrund des erhöhten Ausstoßes von fossilen Brennstoffen und Kohlenstoff in die Umwelt ist ein Verständnis der zukünftigen Auswirkungen unerlässlich. Das Eindringen von Kohlenstoff in die Atmosphäre und die Verarbeitung durch die Umwelt auf natürliche Weise ist ein langwieriger und aufwändiger Prozess. An einem italienischen Forschungsinstitut konnten jedoch Verfahren entwickelt werden, mit denen die Prozesse von Kohlenstoffzyklen beschleunigt und genau bewertet werden können.

Die Verarbeitung von Kohlenstoff in natürlichen Waldregionen und Vegetationsgebieten ist wahrscheinlich eine der wichtigsten Funktionen, die diese Lebensräume bieten. Wenn die zukünftigen Auswirkungen der steigenden Kohlenstoffkonzentrationen in der Atmosphäre verstanden werden sollen, müssen der Grad der Kohlenstoffeingrenzung und das von diesen Lebensräumen verarbeitete Volumen beurteilt werden. Das ist aber sehr schwierig, weil der Kohlenstoffzyklus zahlreiche komplexe Wechselwirkungen umfasst. Deshalb bedarf es spezieller Methoden, um die Reaktionsmechanismen und -prozesse von Bäumen und Baumgemeinschaften auf globale CO2-Veränderungen zu verstehen.

Dafür wurden eine Begasungsapparatur mit dem Namen FACE und ein Strömungslehremodell für den Computer (CFD-Modell) entwickelt, die auf dem sehr schnellen Ausstoß von CO2 basieren. Das FACE-Begasungsmodell ist einzigartig, weil es das Mikroklima nicht verändert und außerdem keine Gehäuse und damit keine Gewächshäuser oder vollklimatisierte Kulturräume erfordert. Außerdem ermöglicht es die Untersuchung von traditionell schwierigen Bedingungen wie zum Beispiel Niederschlag, Bestäubung, Wind und Feuchtigkeit. Einer der wichtigsten Vorteile des FACE-Systems besteht darin, dass es die Art und Weise der Auswirkungen des Kohlenstoffes auf der Stufe des Ökosystem abbildet.

Das CFD-Modell wurde abschließend entwickelt, um die bei der Vermischung von Luft und CO2 auftretenden Mechanismen besser verstehen zu können – besonders mit Hinblick auf hohe Geschwindigkeiten. Um den sogenannten „Stoßwelleneffekt“ zu erreichen, war eine hohe Geschwindigkeit des CO2-Ausstoßes erforderlich. Das ermöglicht die bessere Mischung der Umgebungsluft mit dem CO2 in der Nähe der Auslassdüse. Tatsächlich war nur 2mm unterhalb des Auslasses eine zehnfache Verdünnung und 30mm unterhalb eine hundertfache Verdünnung zu erkennen.

Sowohl das FACE- als auch das CFD-Modell werden auf längere Sicht zu einem besseren Verständnis des komplexen Kohlenstoffzykluses und seiner Auswirkungen auf Ökosysteme führen.

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Francesco Miglietta
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