Dr. Markus Reichstein
Max-Planck-Institut für Biogeochemie, JenaTelefon: +49 36 4157-6273
Fax: +49 36 4157-7200
E-Mail: mreichstein@bgc-jena.mpg.de
Klimaforschung . Mikrobiologie . Ökologie
Nur in der Erde graben reicht längst nicht aus
Das fängt bei der Probennahme an: „Wäre die Welt ein Sandhaufen, hätten wir es leicht“, sagt Schrumpf: „Aber einfach rausgehen, graben und einen Haufen Erde mitbringen, wie man sich das vielleicht vorstellt, funktioniert leider nicht.“ Daher treibt sie zum Beispiel einen Stechzylinder in den Untergrund. „Das kann durchaus anstrengend sein“, sagt die Forscherin. Denn viele Böden seien knüppelhart. Und je tiefer sie ins Erdreich vordringt, desto fester werden sie.
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„Außerdem kann man eine Bodenprobe nicht einfach in Tüten stecken“, so Schrumpf. „Für quantitative Untersuchungen muss man ein genau definiertes Volumen Boden aus der Erde entfernen und wissen, aus welcher Tiefe die Probe stammt.“ Und da es den Wissenschaftlern in dem Projekt darum geht, wie sich der Boden mit der Zeit verändert, müssen sie nach einigen Jahren die gleichen Stellen wieder beproben.
Prozesse der Unterwelt im Labor
Im Rahmen von Carbo-Europe ist das inzwischen abgeschlossen, doch im Labor geht die Arbeit weiter. Dort sortiert Schrumpf die Wurzeln aus der Probe, trocknet sie, siebt und zermahlt sie und misst dann ihren Kohlenstoffgehalt: „Das sind wenigstens 45 Minuten pro Probe, die Trockenzeit nicht mitgerechnet.“ Einige der Standorte sollen in Zukunft regelmäßig untersucht werden – idealerweise über Jahrzehnte. Dafür werden Schrumpf und ihre Kollegen die ganze Prozedur wiederholen.
Auch für die QUASOM-Untersuchungen werden die Bodenforscher noch häufig zum Probensammeln ausrücken. Wie schon bei Carbo-Europe werden die Forscher die Bodenproben gezielt für sich arbeiten lassen: im Labor unter kontrollierten Bedingungen. „Wir können alles einzeln steuern – von der Menge der Frischmaterialzugabe über die Temperatur bis zur Feuchte und zum Wind – und schauen, wie ein bestimmter Boden unter bestimmten Bedingungen reagiert“, sagt Gruppenleiter Markus Reichstein. So kommen die Wissenschaftler den einzelnen Prozessen in der Unterwelt auf die Spur und finden heraus, was wie unter ganz bestimmten Bedingungen abläuft.
Doch Laborversuche leiden auch unter Einschränkungen: Sie liefern Daten über ein künstliches Teilsystem, die Wirklichkeit draußen könnte anders aussehen. Deswegen wollen die Forscher zusätzliche Tests im Freiland machen, die solche Zweifel ausräumen. Zwar sind diese Daten ungenauer, weil sie wegen Wind und Wetter stärker verrauschen. Zusammen aber bilden Freiland- und Laborwerte eine gute Wissensbasis.
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Dazu kommen Werte aus der Luft, die im Rahmen von Fluxnet gewonnen werden, einem weltweiten Netzwerk von Kohlendioxid- und Wasserdampfmessungen. In der Luftschicht über Ökosystemen wird jeweils zehn- bis zwanzigmal pro Sekunde die Kohlendioxid- und Wasserkonzentration bestimmt und gleichzeitig die vertikale Windgeschwindigkeit. Daraus ermitteln Reichstein und sein Team, wie viel der beiden Gase das Bodensystem und die Luft austauschen. Der große Vorteil ist, dass diese Messart das Ökosystem selbst nicht beeinflusst oder verändert. Deshalb können die Messungen bedenkenlos über viele Jahre laufen. Satellitendaten helfen, die Zusammenhänge auf größere Gebiete zu übertragen, sogar auf ganze Kontinente.
Sämtliche Daten landen in den Rechnern der Teaminformatiker Thomas Wutzler und Christian Beer. Wutzler wertet sie statistisch aus und speist sie in die vorher formulierten Modelle ein. Alle sind theoretisch in sich schlüssig und somit zunächst auch alle gleich plausibel. Der Formelsatz, der dann mit den neuen Daten die Wirklichkeit am besten abbildet, wird am Ende in die weltweite Klimasimulation eingebaut. Dafür sorgt Beer. Seine großskaligen Simulationen vereinigen die örtlichen, regionalen sowie landes- und kontinentalweiten Studien zu einem ganzheitlichen Bild.
Beim Versuch, die Rolle des Bodens im Treibhaus Erde aufzuklären, bekommt Reichsteins Team jetzt auch noch prominente wissenschaftliche Unterstützung: Am Max-Planck-Institut für Biogeochemie trat im September die Amerikanerin Susan Trumbore die Nachfolge von Gründungsdirektor Ernst-Detlef Schulze an. In ihrer vorherigen Forschungsarbeit in Amerika und der Schweiz hat sich auch Trumbore unter anderem damit befasst, wie das Potenzial von Böden als künftige Quelle von Kohlendioxid berechnet werden kann. „Wir wollen eng zusammenarbeiten“, sagt Reichstein.
Und es gibt noch viel zu tun. Denn für belastbare Bodenvorhersagen – womöglich für die ganze Welt und gleich für Jahrhunderte – ist es noch viel zu früh, bis dahin werden noch Jahre vergehen. Reichstein: „Der Boden birgt einige der letzten Rätsel im Erdsystem. Für bessere und belastbarere Klimaprognosen müssen wir diese Fragen lösen.“
Glossar
Priming-Effekt
Bestimmte Stoffe, etwa frische Biomasse, können die generelle Aktivität von Mikroorganismen im Boden steigern.
Carbo-Europe
Forscher möchten in diesem Projekt den terrestrischen Kohlenstoffhaushalt in Europa verstehen und quantifizieren.
Fluxnet
Mit Messtürmen wird weltweit der Austausch von Kohlendioxid, Wasserdampf und Energie zwischen Boden und Atmosphäre bestimmt.
QUASOM
Verfolgt das Ziel, die Wechselwirkungen zwischen biologischen und physiko-chemischen Prozessen im Boden besser zu verstehen.
