Landnutzung: Klimaschutzmaßnahmen differenzierter bewerten

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Vegetation und Böden nehmen als wichtigste Kohlenstoffspeicher an Land momentan knapp ein Drittel der Kohlenstoffdioxidemissionen auf, die von Menschen verursacht werden. Somit tragen sie zur Verlangsamung der globalen Erderwärmung bei. Neben Energieerzeugung und Industrie spielt auch die Landnutzung in der globalen Bilanz des menschengemachten CO₂-Ausstoßes eine sehr große Rolle. Doch Wälder und Strauchlandschaften sind längst nicht so verlässlich wie bisher angenommen: Ihre Funktion als Kohlenstoffsenke unterliegt großen jährlichen Schwankungen und sie reagieren auch ohne direkte menschliche Aktivität sensibel auf verschiedene Umwelteinflüsse. Dies legen Ergebnisse eines neuen Modellierungsansatzes nahe, den ein Team um die LMU-Geographin Prof. Julia Pongratz entwickelt hat.

Demnach sind nicht nur direkte menschliche Aktivitäten wie Rodung oder Wiederaufforstung entscheidend für die Funktion des Waldes als CO₂-Senke. Auch natürliche Umweltfaktoren wie Waldbrände, Extremwetterereignisse oder indirekte anthropogene Einflüsse wie die steigende CO₂-Konzentration in der Atmosphäre beeinflussen die Kohlenstoffmenge, die von Bäumen und anderer holziger Vegetation fixiert werden kann. Um diese Dynamiken besser zu verstehen, hat Selma Bultan, Mitarbeiterin in Pongratz‘ Team und Hauptautorin der Studie, eine Methodik entwickelt, die es erlaubt, aus Satellitendaten und anderen Erdbeobachtungsdaten direkte Auswirkungen der menschlichen Landnutzung auf globale CO₂-Flüsse von denen natürlicher Umweltfaktoren zu unterscheiden. „Wir integrieren Erdbeobachtungsdaten in ein Modell zur Simulation von CO₂-Flüssen aus der Landnutzung. Dabei stellten uns Kollegen von der NASA neue globale Vegetationsdaten aus den letzten zwanzig Jahren zur Verfügung“, erklärt Selma Bultan. Erst die umfangreiche räumliche und zeitliche Abdeckung der Daten mache diese neue Modellierung nun möglich.

Einflüsse von Mensch und Umwelt auf den Kohlenstoffkreislauf können unterschieden werden

„Es geht um die Trennung von direkten Einflüssen des Menschen durch Landnutzung und indirekten Nebeneffekten sowie den natürlichen Prozessen“, erklärt Pongratz. „Diese Differenzierung ist wichtig, weil die Isolierung der direkten anthropogenen Effekte den wahren Fortschritt bei Klimaschutzmaßnahmen zeigt. Die Umwelteffekte verdeutlichen hingegen, wie verlässlich die Biosphäre an Land CO₂ aus der Atmosphäre aufnimmt und speichert. Wenn wir das in dieser Studie verwendete Modell stetig mit neuen Daten füttern, kann es helfen, den Erfolg von Klimaschutzmaßnahmen zu kontrollieren – vor allem die Umsetzung der internationalen Abkommen zur Reduktion von CO₂-Emissionen durch Landnutzungswandel wie etwa die Rodung von Wäldern. Dies ermöglicht eine objektive Bewertung, inwiefern Länder ihre Klimaziele erreichen.“

In der Studie geht es auch um die Frage, wie sich der Klimawandel auf die Fähigkeit der Vegetation auswirkt, Kohlenstoff zu speichern. „Unsere Ergebnisse zeigen: Der CO₂-Speicher in Wäldern und Strauchlandschaften weist stärkere jährliche Schwankungen auf und reagiert sensibler auf Extremereignisse wie Dürren, als bisher angenommen“, so Bultan weiter. „Dank dieser Erkenntnisse können wir besser einschätzen, welchen Beitrag die Landnutzung zum Klimaschutz leisten kann, beispielsweise durch den Einsatz von Technologien zur CO₂-Entnahme aus der Atmosphäre.“ Beide LMU-Wissenschaftlerinnen tragen auch zum Global Carbon Project (GCP) bei. Der weltweite Zusammenschluss von Forschenden beschäftigt sich mit der Entwicklung der globalen CO₂-Emissionen und veröffentlicht jährlich einen Bericht dazu. Er zeigt: Die Landnutzung verursacht momentan etwa neun Prozent aller anthropogenen Emissionen. Wie der Mensch mit Ökosystemen an Land umgeht, spielt daher auch im Hinblick auf die Einhaltung der Ziele des Pariser Klimaabkommens eine entscheidende Rolle.

Forschenden stehen mittlerweile immer umfangreichere Fernerkundungsdaten von Satelliten zur Integration in Simulationsmodelle zur Verfügung, um die globalen Kohlenstoffkreisläufe noch besser zu verstehen und die Entwicklung des Klimawandels sowie die Erfolge des Klimaschutzes zu überwachen. „Hier arbeitet die Zeit für uns: Inzwischen ist die Ära der Satelliten lang genug, um die Folgen politischer Entwicklungen auf Entwaldung zu verfolgen oder den Einfluss zunehmender Dürreereignisse auf die Vegetation zu beobachten“, so Raphael Ganzenmüller, ebenfalls an der Studie beteiligter LMU-Geograph. „Je mehr Daten wir haben – auch zur Biomasse in Graslandschaften und zum organischen Kohlenstoff im Boden – desto genauer können wir natürliche und anthropogene CO₂-Flüsse abschätzen und desto besser verstehen wir den gesamten terrestrischen Kohlenstoffkreislauf“, sagt Selma Bultan. Eine höhere zeitliche Auflösung in den Daten könnte außerdem helfen, den Einfluss kurzfristiger Ereignisse wie etwa einzelner Dürreperioden innerhalb eines Jahres nachzuvollziehen. „Wir konnten durch diese Studie das Potenzial der Integration von Beobachtungsdaten in Modelle für robustere Abschätzungen globaler CO₂-Flüsse zeigen – das ist zukunftsweisend im Hinblick auf die Möglichkeiten, die uns satellitengestützte Erdbeobachtung eröffnet.“

Funktion natürlicher Kohlenstoffsenken

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Selma Bultan, Julia E.M.S. Nabel, Kerstin Hartung, Raphael Ganzenmüller, Liang Xu, Sassan Saatchi and Julia Pongratz: Tracking 21st century anthropogenic and natural carbon fluxes through model-data integration. Nature Communications, 2022.