Der steigende Gehalt von Kohlendioxid (CO₂) in der Luft könnte das globale Pflanzenwachstum stärker ankurbeln als bisher angenommen – und so wiederum möglicherweise die Aufnahme des Treibhausgases erhöhen. Das ergeben Analysen von Messdaten zum Gasaustausch an der Erdoberfläche.

Durch erhöhte Photosyntheseaktivität der Pflanzen würden jedes Jahr durchschnittlich 9,1 Gramm Kohlenstoff mehr pro Quadratmeter in Pflanzen eingebunden, kalkulieren US-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler um Trevor Keenan vom Lawrence Berkeley National Laboratory. Knapp die Hälfte davon gehe auf die erhöhte CO₂-Konzentration in der Atmosphäre zurück, schreiben sie in den „Proceedings“ der US Nationalen Akademie der Wissenschaften („PNAS“).

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Pflanzen brauchen für ihren Stoffwechsel Kohlendioxid, das sie der Luft entziehen. Damit wirken sie dem Klimawandel entgegen, der vor allem auf erhöhten CO₂-Werten in der Atmosphäre beruht. Bekannt ist, dass hohe CO₂-Werte das Pflanzenwachstum steigern können – wie eine Art Dünger.

„Das Ausmaß des CO₂-Düngungseffekts auf die Photosynthese an Land ist ungewiss, da er nicht direkt beobachtet wird und den verwirrenden Auswirkungen klimatischer Schwankungen unterliegt“, schreiben Keenan und Kollegen. Mit einem neuen Ansatz wollten sie die Größenordnung dieses Düngeeffekts bestimmen: durch direkte Messungen turbulenter Austauschströme an der Erdoberfläche. Um das zu ermitteln, nutzten die Forschenden spezielle Messdaten zum Gasaustausch an 68 Orten weltweit für den Zeitraum 2001 bis 2014.

Diese Messdaten kombinierte das Team um Keenan mit einem Konzept, das auf etablierten Theorien zur Optimierung der Photosynthese beruht. Demnach hängt die Bruttoprimärproduktion der Pflanzen mit sieben messbaren Variablen zusammen: CO₂-Konzentration in der Luft, Blattflächenindex, Lufttemperatur, Bodenwassergehalt, spezifische Feuchtigkeit, Oberflächendruck und einfallende Kurzwellenstrahlung im Sonnenlicht.

Von der jährlichen Zuwachsrate von 9,1 Gramm Kohlenstoff, die Pflanzen pro Quadratmeter zusätzlich aufnehmen, geht den Analysen zufolge knapp die Hälfte – 44 Prozent – auf den höheren CO₂-Gehalt der Luft zurück. 28 Prozent gehen auf das Konto gestiegener Lufttemperaturen. 14 Prozent der verstärkten Photosynthese ordnen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dem Bodenwassergehalt und der spezifischen Feuchtigkeit zu. Gerade diese beiden Faktoren seien aber entscheidend für die stark schwankenden Messwerte im Untersuchungszeitraum. Demnach sind die Photosyntheseleistungen der Pflanzen von Jahr zu Jahr zwar unterschiedlich hoch, doch der langjährige Trend weist einen deutlichen Anstieg aus.

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Forschende wollen Messnetzwerk erweitern – insbesondere in den Tropen

Die Forschenden verglichen ihre Daten mit Simulationen aus 13 globalen Vegetationsmodellen und acht von Satellitenaufnahmen abgeleiteten Werten zur Bruttoprimärproduktion der Pflanzen im Zeitraum 2001 bis 2016. „Unsere Schätzungen liegen am oberen Ende ihrer Trendverteilung“, schreiben die Studienautoren. Sie fordern ein erweitertes Messnetzwerk vor allem in den Tropen, wo es bisher nur wenige Messstationen gebe. Dadurch könne man die Bedeutung der tropischen Wälder im Zuge des Klimawandels besser verstehen.

Die Auswertung solcher Messdaten hält Alexander Winkler vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg für den richtigen Weg, um mehr über den CO₂-Düngeeffekt zu erfahren. Allerdings, so bemängelt er, sei die Zeitspanne von 14 Jahren zu kurz, um statistisch aussagekräftige Werte zu erhalten. Zudem bedeute ein statistischer Zusammenhang noch keine Ursache-Wirkung-Beziehung.

Anja Rammig von der Technischen Universität München begrüßt den Ansatz der Studie. Aber auch wenn die Wissenschaft nachweise, dass Pflanzen durch erhöhte Photosyntheseleistung mehr CO₂ binden würden, sei noch nicht klar, was in der Biosphäre dann damit geschehe. Neben dem Speichern des Kohlenstoffs sei es auch möglich, dass ein Großteil wieder zurück in die Umgebung gegeben werde.

RND/dpa