Globaler Kohlenstoffkreislauf

Alternder Kohlenstoff an Land und in Flüssen

Bei Waldbränden und der Verbrennung fossiler Brennstoffe gelangt der Großteil des Kohlenstoffs als Kohlendioxid in die Atmosphäre. Ein knappes Drittel bleibt als schwarzer Kohlenstoff zurück. UZH-Forschende haben gezeigt, dass dieser über Jahrtausende an Land und in Flüssen altern kann, bevor er ins Meer fliesst und sich in den Sedimenten ablagert.

Flüsse transportieren schwarzen Kohlenstoff vom Land ins Meer. (Bild: Gabriela Santilli, ETH Zürich)

Der größte Teil des Kohlenstoffs, der bei der unvollständigen Verbrennung von Pflanzenmaterial bei Waldbränden und durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, wird innerhalb kurzer Zeit als Kohlendioxid in die Atmosphäre abgegeben. Die Zunahme dieses Treibhausgases ist einer der wesentlichen Faktoren für die globale Klimaerwärmung. Knapp ein Drittel des bei Waldbränden verbrannten organischen Kohlenstoffs bleibt jedoch als schwarzer Kohlenstoff zurück – insbesondere in Form von Holzkohle.

Schwarzer Kohlenstoff wird zunächst in Böden und in Seen gespeichert, erodiert mit der Zeit an den Flussufern und wird anschließend ins Meer transportiert. Allerdings ist erst wenig über dessen Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf bekannt, da es kaum Kenntnisse über Flüsse, Bestände und Verweilzeiten in der Umwelt von schwarzem Kohlenstoff gibt. In Simulationen zur Klimaerwärmung wurde er daher bis anhin nicht berücksichtigt.

Weltweiter Transport von schwarzem Kohlenstoff in Flüssen
"In unserer Studie haben wir erstmals den Transport von schwarzem Kohlenstoff in Flusssedimenten auf globaler Ebene untersucht. Mit bis zu 32 Prozent wird eine überraschend große Menge an schwarzem Kohlenstoff auf diese Weise ins Meer exportiert", sagt Erstautorin Alysha Coppola, Postdoktorandin am Geographischen Institut der Universität Zürich. Die Studie umfasst mehrere der weltweit größten Flüsse wie den Amazonas, den Kongo, der Brahmaputra und die großen Flüsse der Arktis. Untersucht wurden Alter und Menge des als Partikel transportierten schwarzen Kohlenstoffs. Die Forscher zeigen, dass, je mehr Sedimente von Flüssen an die Küsten transportiert werden, umso mehr schwarzer Kohlenstoff mitwandert und schließlich in den Ozeansedimenten vergraben wird. So bildet sich eine wichtige Langzeitsenke für atmosphärisches Kohlendioxid.

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Schwarzer Kohlenstoff kann in Zwischenspeichern altern
Um sich einen Überblick über die Prozesse in den Flüssen der Welt zu verschaffen, arbeiteten die UZH-Forschenden mit Kollegen der ETH Zürich, der US-amerikanischen Woods Hole Oceanographic Institution and Research Center im Rahmen des internationalen Forschungsprojekts "Global Rivers Observatory" zusammen. Sie fanden heraus, dass vor allem die Erosion der Sedimentpartikel und damit des Schwarzen Kohlenstoffs in Flusseinzugsgebieten den Weg vom Land zum Meer steuert. Unerwartet war, dass schwarzer Kohlenstoff für Tausende von Jahren gespeichert werden kann, bevor er von den Flüssen abtransportiert wird. Bisher ging man davon aus, dass der nach einem Brand verbliebene schwarze Kohlenstoff rasch durch Wind und Wasser abgetragen wird.

Gemäß den Autoren stammt schwarzer Kohlenstoff aber nicht immer von den jüngsten Waldbränden, sondern kann bis zu 17 000 Jahre alt werden, insbesondere in der Arktis. "Damit haben wir das Rätsel gelöst, weshalb schwarzer Kohlenstoff in Flusswasser ständig vorhanden ist – unabhängig vom Zeitpunkt vergangener Waldbrände. Er kann in Zwischenspeichern altern, bevor er ins Meer exportiert wird", erläutert Alysha Coppola.

Literatur:
Alysha I. Coppola, et. al. Global scale evidence for the refractory nature of riverine black carbon. Nature Geoscience. July 9, 2018. DOI: 10.1038/s41561-018-0159-8

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