Weltweit unterschätzt: CO2-Emissionen trockengefallener Gewässerbereiche

Bin­nengewäss­er wieTalsper­ren, Seen und Flüsse spie­len im weltweit­en Kohlen­stof­fkreis­lauf eine wichtige Rolle. In Hochrech­nun­gen zum Kohlen­diox­i­dausstoß von Land- und Wasser­flächen wer­den zeitweise trock­en­fal­l­ende Bere­iche von Gewässern in der Regel nicht ein­be­zo­gen. Die tat­säch­lichen Emis­sio­nen von Bin­nengewässern wer­den dadurch deut­lich unter­schätzt – das zeigen die aktuellen Ergeb­nisse eines inter­na­tionalen Forschung­spro­jek­ts unter der Leitung von Wissenschaftler*innen des Helmholtz-Zen­trums für Umwelt­forschung (UFZ) am Stan­dort Magde­burg sowie des Kata­lanis­chen Insti­tuts für Wasser­forschung (ICRA). Die Studie ist im Fach­magazin Nature Com­mu­ni­ca­tions erschienen.

„Alles begann 2013 während ein­er Messkam­pagne im spanis­chen Kat­alonien“, sagt Dr. Matthias Koschor­reck, Biologe im Depart­ment Seen­forschung des UFZ. Gemein­sam mit einem spanis­chen Team unter­suchte er dort die Freiset­zung von Treib­haus­gasen im Einzugs­ge­bi­et eines kleinen Flusses. „Es war Som­mer und Teile des Fluss­bettes waren aus­getrock­net. Aus einem spon­ta­nen Impuls her­aus haben wir auch dort gemessen“, sagt Koschor­reck. „Mit über­raschen­dem Ergeb­nis – diese aus­getrock­neten, kiesi­gen Bere­iche des Fluss­bettes set­zten uner­wartet hohe Men­gen an Kohlen­diox­id frei.“ Dem ging Koschor­reck gemein­sam mit seinem Kol­le­gen Dr. Rafael Mar­cé vom ICRA im spanis­chen Girona in weit­eren Stu­di­en nach. Die Ergeb­nisse an ver­schiede­nen Messpunk­ten in Spanien und Deutsch­land zeigten densel­ben Befund: Trock­enge­fal­l­ene Gewässer­bere­iche set­zten deut­lich mess­bare und zum Teil erhe­bliche Men­gen an Kohlen­diox­id frei. „Wir fragten uns, ob dies wom­öglich auch in anderen Gebi­eten der Erde der Fall sein kön­nte, und ob Treib­haus­gase­mis­sio­nen von Bin­nengewässern grund­sät­zlich unter­schätzt wer­den“, sagt Koschor­reck. „Denn in Stu­di­en, die Emis­sio­nen von Treib­haus­gasen von Land- und Wasser­flächen hochrech­nen, wer­den Gewässer­bere­iche, die von Zeit zu Zeit trock­en­fall­en, bis­lang über­haupt nicht berücksichtigt.“

Um diesen Fra­gen nachzuge­hen, hoben Koschor­reck und Mar­cé zusam­men mit einem Kern­team von sechs deutschen und spanis­chen Wissenschaftler*innen im Jahr 2016 das Forschung­spro­jekt „dryflux“ aus der Taufe, das sich mit dem Ausstoß von Treib­haus­gasen aus trock­e­nen Gewässer­zo­nen beschäftigt. Auf einem Work­shop am UFZ in Magde­burg entwick­el­ten sie für ihre aktuelle Studie ein Mess- und Probe­nah­mekonzept und aktivierten ihre inter­na­tionalen Net­zw­erke. „Jed­er Work­shopteil­nehmer fragte bei rund um den Globus verteil­ten kooperieren­den Forscher­grup­pen an, ob diese sich mit Messkam­pag­nen an Gewässern in ihrer Nähe an unser­er Studie beteili­gen möcht­en“, erk­lärt Koschor­reck. „Die Rück­mel­dun­gen waren über­wälti­gend. 24 Forscherteams aus aller Welt nah­men teil, so dass wir Dat­en aus ins­ge­samt 196 Unter­suchungs­ge­bi­eten auf allen Kon­ti­nen­ten mit Aus­nahme der Antark­tis gewin­nen kon­nten.“ Jedes Forscherteam führte in sein­er Region an trock­en­liegen­den Bere­ichen von min­destens drei Gewässern – Fluss, See, Talsperre oder Teich – jew­eils drei soge­nan­nte Kam­mer­mes­sun­gen durch. Bei dieser Art der Mes­sung wird ein spezieller Mess­be­häl­ter mit sein­er offe­nen Seite luft­dicht auf den Boden geset­zt, so dass der Luftraum im Behäl­ter von der Umge­bungsluft getren­nt ist. Mit einem Analy­segerät wird dann die Verän­derung des Kohlen­diox­idge­halts in der Behäl­terkam­mer gemessen. Zudem nah­men die Koop­er­a­tionspart­ner am sel­ben Ort auch Proben des trock­e­nen Gewässersed­i­ments und bes­timmten seinen Gehalt an Wass­er, organ­is­ch­er Sub­stanz und Salzen sowie die Tem­per­atur und den pH-Wert.

Die Auswer­tung des umfan­gre­ichen und kom­plex­en Daten­satzes führte Philipp Keller, Dok­torand am Depart­ment Seen­forschung des UFZ und Erstau­tor der Studie durch – und kam zu inter­es­san­ten Ergeb­nis­sen: „Über alle Kli­ma­zo­nen hin­weg kon­nten wir deut­liche Kohlen­diox­ide­mis­sio­nen aus trock­e­nen Bere­ichen von Gewässern aus­machen“, sagt Keller. „Das Phänomen ist also tat­säch­lich ein glob­ales.“ Die Forsch­er fan­den weit­er­hin her­aus, dass diese Emis­sio­nen häu­fig sog­ar höher liegen als die Emis­sio­nen durch­schnit­tlich­er Wasser­ober­flächen der gle­ichen Größe. „Wir kon­nten zeigen, dass trock­en­liegende Bere­iche von Gewässern tat­säch­lich einen sig­nifikan­ten Anteil an der Gesamtkohlen­diox­ide­mis­sion von Gewässern haben“, sagt Koschor­reck. „Wer­den sie in glob­alen Bilanzen von Gewässern berück­sichtigt, erhöht sich die Kohlen­diox­ide­mis­sion um ins­ge­samt sechs Prozent.“ Doch welche Mech­a­nis­men steck­en über­haupt hin­ter der Freiset­zung von Kohlen­diox­id aus trock­enge­fal­l­enen Gewässersed­i­menten? „Atmung­sprozesse von Mikroor­gan­is­men“, sagt Philipp Keller. „Je größer das Nahrungsange­bot – die organ­is­che Sub­stanz im Boden – und je bess­er die Bedin­gun­gen wie Tem­per­atur und Boden­feuchte, desto aktiv­er sind sie und umso mehr Kohlen­diox­id wird freige­set­zt.“ Aus den Stu­di­energeb­nis­sen kon­nten die Forsch­er ableit­en, dass die ver­ant­wortlichen Ein­flussfak­toren für die Kohlen­diox­id­freiset­zung auch weltweit grund­sät­zlich diesel­ben sind. „Vor allem das Zusam­men­spiel der lokalen Stan­dortbe­din­gun­gen wie Tem­per­atur, Durch­feuch­tung und organ­is­chem Gehalt der Sed­i­mente ist maßge­blich und hat einen größeren Ein­fluss als die regionalen Klimabe­din­gun­gen“, erk­lärt Keller.

Und was bedeuten die Ergeb­nisse der Studie für die zukün­ftige Beurteilung der Kohlen­diox­id-Emis­sio­nen von Gewässern? „Unsere Studie zeigt, dass die Kohlen­diox­ide­mis­sio­nen von Bin­nengewässern bis­lang sig­nifikant unter­schätzt wer­den“, sagt Koschor­reck. „Wir hof­fen, dass wir dazu beitra­gen kon­nten, dass trock­en­liegende Bere­iche von Gewässern in kün­ftige Bilanzierun­gen ein­be­zo­gen wer­den. Denn durch den fortschre­i­t­en­den Kli­mawan­del wer­den sie höchst­wahrschein­lich an Fläche und somit auch an Bedeu­tung zunehmen.“