Ecosystem-scale methane fluxes in terrestrial uplands diverge from soil-sink expectations

Methan ist ein potentes Treibhausgas, das die Wärme in der Atmosphäre weitaus effektiver einfängt als Kohlendioxid über ein Jahrhundert hinweg. Seit Jahrzehnten verfolgen Wissenschaftler, woher dieses Gas kommt und wohin es verschwindet. Wir wissen, dass Feuchtgebiete und menschliche Aktivitäten wie die Landwirtschaft Unmengen davon freisetzen. Um die globale Bilanz auszugleichen, verlassen sich Forscher seit langem auf eine spezifische, stille Annahme über trockenes Land: dass die Böden von Wäldern, Graslandschaften und Strauchlandschaften wie ein beständiger Staubsauger wirken, der Methan aus der Luft saugt und es durch natürliche bakterielle Prozesse zerstört. Diese „Boden senke“ wurde als feststehender, verlässlicher Fakt in Klimamodellen behandelt, der schätzungsweise jedes Jahr eine massive Menge an Methan entfernt. Wenn diese Annahme jedoch falsch ist, könnte unser gesamtes Verständnis darüber, wie der Planet seine Temperatur reguliert, aus dem Gleichgewicht geraten.

Eine neue Studie stellt diese lang gehegte Sichtweise infrage, indem sie das Land nicht durch kleine, isolierte Proben betrachtet, sondern durch die Augen des gesamten Ökosystems. Forscher unter der Leitung von Sparkle Malone von der Yale University untersuchten unter Verwendung von Daten aus sechsundvierzig Überwachungstürmen in Nordamerika den tatsächlichen Austausch von Methan zwischen dem Boden und dem Himmel über mehrere Jahre hinweg. Anstatt die erwartete stetige, stille Reinigungstruppe vorzufinden, entdeckten sie, dass die meisten dieser Hochlandlandschaften tatsächlich Methan lecken, wenn auch langsam. Die Studie legt nahe, dass die traditionelle Sichtweise von trockenem Land als Netto-Senke ein Irrtum ist, der aus der Betrachtung des falschen Maßstabs resultiert, und dass die natürliche Fähigkeit der Erde, Methan zu absorbieren, weita viel schwächer sein könnte als bisher angenommen.

Jahrelang basierte der Glaube daran, dass trockene Böden Methan konsumieren, auf Messungen mit kleinen Kammern, die direkt auf dem Boden platziert wurden. Diese Geräte bedecken ein winziges Stück Erde und versiegeln es, um zu messen, wie viel Gas die Bodenbakterien „essen“. Diese Methode war jahrzehntelang der Standard und lieferte ein klares, konsistentes Bild der Bodenbiologie. Aber eine Kammer sieht nur das, was direkt zu ihren Füßen passiert. Sie kann nicht sehen, was in den Baumwurzeln, im Totholz oder in den winzigen, verborgenen Taschen von Wasser innerhalb des Bodens geschieht, die möglicherweise Gas produzieren könnten. Sie übergeht auch die Bewegung der Luft durch das Blätterdach eines Waldes oder die subtilen Verschiebungen der Feuchtigkeit, die sich über ein ganzes Feld bewegen. Die Forscher vermuteten, dass Wissenschaftler durch die Konzentration auf die Bodenoberfläche den Blick auf das größere Ganze verloren haben, wie diese Ökosysteme tatsächlich funktionieren.

Um eine wahrere Sicht zu erhalten, wandte sich das Team an das National Ecological Observatory Network, ein System von hohen Türmen, die über die Vereinigten Staaten verteilt sind. Diese Türme sind mit Sensoren ausgestattet, die die Luftqualität in verschiedenen Höhen messen, vom Waldboden bis hinauf in das Blätterdach der Bäume. Durch den Vergleich der Methankonzentration an der Spitze eines Turms mit der Konzentration weiter unten konnten die Forscher den gesamten Gasfluss berechnen, der durch das gesamte Ökosystem fließt, einschließlich der Bäume, des Bodens und der Luft dazwischen. Sie analysierten Daten von 2021 bis 2024, die vierundsechzig Standorte abdeckten, die eine große Vielfalt an Umgebungen repräsentierten, von tropischen Wäldern in Puerto Rico bis hin zu Strauchlandschaften in Alaska.

Die Ergebnisse waren frappierend. Als die Forscher die jährliche Methanbilanz für diese Standorte betrachteten, fungierten dreiundachtzig Prozent von ihnen nicht als Senken. Stattdessen waren sie Netto-Quellen, die mehr Methan in die Atmosphäre abgeben als sie absorbieren. Die Menge der Freisetzung war gering und reichte von einem winzigen Bruchteil eines Gramms bis zu etwas mehr als einem Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter pro Jahr, aber die Richtung des Flusses war das Gegenteil dessen, was die Modelle vorhersagten. Nur siebzehn Prozent der Standorte fungierten als die erwarteten Senken, und selbst diese waren viel schwächer als die globalen Schätzungen vermuten ließen. Die stärkste Senke, die sie fanden, war in einem tropischen Wald in Puerto Rico, aber selbst dort war die Menge des entfernten Methans weniger als halb dessen, was das globale Budget allein für den Boden annimmt.

Die Studie argumentiert, dass die Diskrepanz daraus resultiert, dass die Bodenkammer und der Ökosystem-Turm zwei verschiedene Dinge messen. Die Kammer misst das Potenzial des Bodens, Methan zu „essen“, während der Turm das tatsächliche Verhalten des Ökosystems misst. In der realen Welt können Faktoren, die die Kammern übersehen – wie etwa Pflanzen, die Gas aus der Tiefe des Bodens transportieren, winzige nasse Stellen im Boden, in denen Bakterien Gas produzieren, oder die Bewegung von Gas durch Baumstämme – einen Boden, der theoretisch eine Senke ist, in ein Ökosystem verwandeln, das eine Quelle ist. Die Forscher fanden heraus, dass selbst in trockenen Hochlandgebieten diese verborgenen Prozesse ausreichen, um das Gleichgewicht zu kippen.

Dieser Befund bedeutet nicht, dass die Bodenbakterien aufgehört haben, Methan zu fressen. Die Studie bestätigt, dass die Bodensenke existiert, zeigt aber, dass dies nicht die ganze Geschichte ist. Das Ökosystem als Ganzes tut etwas anderes. Als die Forscher versuchten, ihre Ergebnisse auf die gesamte Welt hochzurechnen, deuteten die Ergebnisse darauf hin, dass terrestrische Hochlandökosysteme eine Netto-Quelle von Methan für die Atmosphäre sein könnten, statt einer Senke. Je nachdem, wie die Daten berechnet wurden, könnte das globale Landgebiet irgendwo zwischen dreiundzwanzig und fünfundsiebzig Teragramm Methan pro Jahr freisetzen. Dies ist eine massive Verschiebung gegenüber dem aktuellen globalen Budget, das davon ausgeht, dass diese Flächen zwischen elf und neunundvierzig Teragramm entfernen.

Die Auswirkungen für die Klimawissenschaft sind bedeutend. Wenn das Land nicht so viel absorbiert wie wir dachten, dann ist der natürliche Puffer des Planeten gegen steigende Treibhausgaskonzentrationen kleiner, als wir glaubten. Dies könnte bedeuten, dass Methan länger in der Atmosphäre bleibt und den Planeten schneller erwärmt, als es aktuelle Modelle vorhersagen. Die Studie legt nahe, dass sich die Art und Weise, wie wir Klimamodelle erstellen, ändern muss. Anstatt davon auszugehen, dass trockenes Land eine feste Senke ist, müssen wir die komplexen, verborgenen Pfade berücksichtigen, die es ermöglichen, dass Methan entweicht.

Die Forscher merken vorsichtig an, dass ihre Arbeit auf einem spezifischen Satz von Standorten in Nordamerika basiert und dass mehr Daten aus der ganzen Welt benötigt werden, um zu bestätigen, ob dieses Muster überall gilt. Sie weisen auch darauf hin, dass die verwendeten Instrumente zur Messung dieser winzigen Flüsse unglaublich empfindlich sind und dass das Signal oft nahe an der Nachweisgrenze liegt. Doch selbst als sie ihre Ergebnisse gegen verschiedene Annahmen und potenzielle Fehler prüften, blieb das Fazit dasselbe: Das dominante Signal über das gesamte Netzwerk hinweg war eine Emission, keine Absorption.

Diese Studie dient als Erinnerung daran, dass die Natur oft komplexer ist, als unsere einfachsten Messungen vermuten lassen. Indem sie den ganzen Wald statt nur eines Fleckchens Erde betrachteten, haben Wissenschaftler eine verborgene Schicht des Methanaustauschs aufgedeckt, die unser Verständnis des globalen Klimas herausfordert. Es deutet darauf hin, dass die Fähigkeit der Erde, ihre eigenen Treibhausgase zu reinigen, fragiler sein könnte, als wir gehofft hatten, und dass das wahre Gleichgewicht der Atmosphäre von Prozessen abhängt, die wir gerade erst zu verstehen beginnen. Der nächste Schritt für die Wissenschaft besteht darin, Modelle zu entwickeln, die diese vollständigen Ökosystem-Dynamiken erfassen können, um sicherzustellen, dass unsere Vorhersagen für die Zukunft auf der Realität des gesamten Systems basieren und nicht nur auf einem Teil davon.