Klimaschutz beginnt auf dem Acker

Seit der Entwicklung günstiger synthetischer Düngemittel in den 1960er Jahren stieg die Konzentration von Lachgas, oder auch Distickstoffmonoxid, in der Stratosphäre stark an. Distickstoffmonoxid (N2O) zählt neben Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) zu den klimarelevantesten und langlebigsten Treibhausgasen. 1kg Lachgas trägt fast 300mal mehr zur Klimaerwärmung bei als 1kg Kohlendioxid. Das Gas hat zudem eine sehr lange atmosphärische Verweilzeit von über 100 Jahren und ist auch am Abbau der Ozonschicht beteiligt.

Die Wissenschaftler untersuchten die Zusammensetzung von Luftblasen im arktischen Eis, das zwischen 1940 und 2005 gebildet wurde. Die Ergebnisse verglichen sie mit den Daten einer Wetterstation am Cape Grim im Nordwesten der australischen Insel Tasmanien.

Der Fingerabdruck gedüngter Felder

Die Daten zeigen, dass sich der Anteil an Distickstoffmonoxid in der Atmosphäre in den vergangenen 50 Jahren erhöht hat. Aber auch das Verhältnis seiner Isotope hat sich verändert. So stieg der Anteil der Isotops N-14 im Vergleich zu N-15 an, während das Verhältnis von N-16 zu N-18 stabil blieb. Die Wissenschaftler erklären sich dieses Phänomen so: In einer stickstoffreichen Umgebung, z.B. auf einem mit Nitrat gedüngten Feld, bevorzugen Bodenbakterien das Isotop N-14 als Energielieferant. Als Abfallprodukt entsteht dann Distickstoffmonoxid. Ein zugunsten von N-14 verschobenes Isotopen-Verhältnis der Stickstoffverbindungen in der Stratosphäre könne daher als „Fingerabdruck“ eines gedüngten Feldes betrachtet werden. Weitere Quellen für Lachgasemissionen sind Bakterien im Ozean und auch die Industrie. Dabei hat jede Quelle ein spezifisches Isotopen-Profil.

Erstmals konnten die Forscher auch jahreszeitliche Schwankungen des Lachgasgehalts in der Stratosphäre nachweisen. Hierdurch kann nun das von der Landwirtschaft verursachte Stickstoffmonoxid von dem unterschieden werden, das natürlich in den Regenwäldern und durch Verdunstung der Meere entsteht. Während die natürlichen Emissionen über das Jahr relativ stabil sind, steigen die Emissionen aus der Landwirtschaft mit Beginn der Düngeperiode im Frühjahr und Sommer an. Die geringsten Emissionen gab es demnach im April/Mai. In der pflanzlichen Wachstumsphase bringen Landwirte Dünger aufs Feld – hier stiegen die Emissionen an und erreichten ihren Jahreshöhepunkt im Oktober/November, um danach wieder abzufallen. Weiterhin beeinflussen im Sommer die wärmeren Wassertemperaturen und veränderte Luftströmungen (z.B. El Niño) den Lachgasgehalt in der Stratosphäre.

Klimaschutz verbessern

Die Studie zeigt die saisonalen und regionalen Schwankungen verschiedener Quellen von Lachgasemissionen auf. Diese neuen Erkenntnisse könnten helfen, Klimaschutzmaßnahmen in der Landwirtschaft effizienter zu gestalten, so die Forscher. Man könne nun die Wirksamkeit von Maßnahmen zur Treibhausgasreduktion besser bewerten. Prüfen ließe sich auch, ob sich Landwirte aber auch die Biogas-Hersteller an gesetzliche Vorgaben halten.

Neben einem gemäßigteren Einsatz von Düngemitteln und einer angemessenen Bodenbearbeitung ist vor allem der Zeitpunkt der Düngung entscheidend, erklären die Wissenschaftler. Bei Feuchtigkeit produzieren Bodenbakterien sehr viel mehr Distickstoffmonoxid als bei trockenem Wetter. Landwirte sollten daher nicht unmittelbar vor Regenfällen ihre Felder düngen. Durch die verbesserte Genauigkeit metrologischer Vorhersagen können solche Ansätze unkompliziert in die landwirtschaftliche Praxis überführt und durch die vorgestellte Methode auch überwacht werden.

Quelle:

Parl, E. et al. (2012): Trends and seasonal cycles in the isotopic composition of nitrous oxide since 1940. Nature Geoscience 5, 261–265, doi:10.1038/ngeo1421