Forschende decken erstmals auf, dass große Schwarzwasserseen in den ausgedehnten Torfgebieten des zentralen Kongobeckens uralten Kohlenstoff ausstoßen. Bisher ging die Klimaforschung davon aus, dass der Kohlenstoff im Torf sicher für Jahrtausende gespeichert wird. Wie der Kohlenstoff aus dem Torf bis zum See mobilisiert und schliesslich als CO2 in die Atmosphäre entlassen wird, ist noch nicht bekannt. Änderungen beim Klima und bei der Landnutzung, vor allem der Umwandlung von Wald in Kulturland, könnten den Trend verstärken – mit Folgen für das globale Klima.
Die riesigen Sumpf- und Torfgebiete der Tropen spielen im weltweiten Kohlenstoffkreislauf und damit für das globale Klima eine wichtige Rolle. Das Amazonasbecken, das Kongobecken und die tropischen Feuchtgebiete Südostasiens reichern Kohlenstoff in Form von abgestorbenem nicht zersetzten Pflanzenmaterial an und speichern dadurch rund 100 Gigatonnen Kohlenstoff. Einer der größten und wichtigsten dieser tropischen Kohlenstoffspeicher liegt im Kongobecken im Herzen Afrikas, mit dem mächtigen Kongo-Fluss und seinen zahlreichen Nebenarmen. Die Sumpf- und Torfgebiete des Kongobeckens nehmen zwar nur 0,3 Prozent der Landoberfläche der Erde ein, aber ein Drittel des in tropischen Torfgebieten gespeicherten Kohlenstoffs ist hier gelagert.
Wie groß der Einfluss dieser Torf-Ökosysteme auf den globalen Kohlenstoffkreislauf und das Klima ist, ist kaum erforscht, unter anderem deshalb, weil das zentrale Kongo-Becken nach wie vor nur schwer zugänglich ist. Boote und Pirogen sind oft die einzigen Verkehrsmittel, um in die abgelegenen Sümpfe und Seen vorzudringen.
Forschung stößt auf Überraschendes
Trotz dieser Schwierigkeiten hat ein interdisziplinäres Forschungsteam unter der Leitung der ETH Zürich in den vergangenen zehn Jahren das Kongobecken genauer unter die Lupe genommen. Dabei stießen die Forschenden auf mehrere Überraschungen, wie zum Beispiel einen der dunkelsten Schwarzwasserflüsse der Welt, den Ruki-Fluss (ETH-News berichtete).
In der jüngsten Studie befassen sich die Forschenden erneut mit Wasser, das durch das Auslaugen von Pflanzenresten dunkel gefärbt wurde: mit dem größten Schwarzwassersee Afrikas, dem Lac Mai Ndombe, und seinem kleineren Nachbarn, dem Lac Tumba – und stießen wieder auf eine Überraschung. Der Mai-Ndombe-See ist mehr als viermal so groß wie der Bodensee, sein Wasser sieht aus wie Schwarztee. Der See ist umgeben von ausgedehnten Sumpfwäldern und fast unberührtem Tiefland-Regenwald, die auf der dicken Torfschicht wachsen. Organische Stoffe, die aus verrottendem Pflanzen- und Bodenmaterial der umgebenden Sumpf- und Tieflandregenwälder ausgewaschen werden, färben das Seewasser dunkelbraun.
Torfseen im Kongobecken geben Jahrtausende alten Kohlenstoff ab
Nun zeigen die Forschenden auf, dass die beiden Seen größere Mengen Kohlenstoff in Form von CO2 in die Atmosphäre ausstoßen. Entgegen den Erwartungen der Forschenden stammt der Kohlenstoff aber nur teilweise aus in jüngster Zeit produzierter Pflanzenmasse. Bis zu 40 Prozent des Kohlenstoffs stammt aus Torf, der sich in den umliegenden Ökosystemen über Tausende von Jahren aufgebaut hat. Das zeigen Altersbestimmungen (Radiokarbondatierungen) des im Seewasser gelösten CO2.
«Dass über den See uralter Kohlenstoff freigesetzt wird, hat uns überrascht», erklärt Erstautor Travis Drake, Wissenschaftler in der Gruppe Nachhaltige Agrarökosysteme von ETH-Professor Johan Six. «Der Kohlenstoffspeicher hat quasi ein Leck, aus dem uralter Kohlenstoff austritt», ergänzt Co-Autor Matti Barthel.
Wie kommt der Kohlenstoff frei?
Bis anhin ging die Forschung davon aus, dass Kohlenstoff, der im Torf des Kongobeckens gespeichert ist, über sehr lange Zeit gebunden bleibt und nur unter bestimmten Bedingungen, wie langanhaltende Trockenheiten freikommt. Noch ungeklärt ist, wie der Kohlenstoff aus den nicht abgebauten Pflanzenresten mobilisiert wird. Auch auf welchen Wegen der Kohlenstoff ins Seewasser gelangt, ist noch unbekannt. Für die Forschenden ist deshalb entscheidend herauszufinden, ob die Freisetzung von altem Kohlenstoff einen destabilisierenden Wendepunkt anzeigt oder einen natürlichen Gleichgewichtszustand, der durch neue Torfablagerungen ausgeglichen wird.
Droht das Trockenfallen der Torfgebiete?
Dass alter Kohlenstoff freigesetzt wird, könnte auf ein größeres Problem hinweisen: dass Umweltänderungen, die durch den Klimawandel angestoßen werden, zu einer Kettenreaktion führen. Wird das Klima beispielsweise trockener, könnte mehr Kohlenstoff mobilisiert werden, weil das Torf öfter und über längere Zeit trockenfällt und Sauerstoff in tiefere Torfschichten gelangt. Dies fördert den Abbau von einst stabiler organischer Materie durch Mikroorganismen, mit Folgen für das globale Klima, da vermehrt CO2 aus diesem riesigen Kohlenstoffspeicher in die Atmosphäre gelangt.
«Unsere Resultate helfen, globale Klimamodelle zu verbessern, denn tropische Seen und Feuchtgebiete sind darin bisher vernachlässigt worden», sagt Six.
Wasserstand beeinflusst Ausgasung massiv
Neben der Untersuchung des Alters und der Herkunft des ausgegasten CO2 untersuchten die Forschenden auch die Emissionen von zwei weiteren wichtigen Treibhausgasen aus dem Mai Ndombe-See, dem Lachgas und Methan. In dieser parallelen Studie fanden die Forschenden heraus, dass beispielsweise der Wasserstand einen starken Einfluss darauf hat, wie viel Methan in die Atmosphäre entweicht. Je höher der Pegelstand des Sees, desto effektiver bauen Mikroorganismen Methan ab. Ist der Pegel tief(er) wie in der Trockenzeit üblich, wird Methan weniger stark abgebaut und entweicht in grösseren Mengen aus dem See.
«Wir befürchten, dass der Klimawandel auch dieses Gleichgewicht aus dem Lot bringt. Werden Trockenheiten länger und intensiver, könnten die Schwarzwasserseen dieser Region zu bedeutenden Quellen von Methan werden, die das globale Klima beeinflussen», sagt ETH-Professor Jordon Hemingway, der an der Studie beteiligt ist. «Wann der Kipppunkt erreicht ist, wissen wir derzeit nicht.» Landnutzungsänderung könnte gravierend sein
Doch nicht nur der Klimawandel könnte sich auf das Gleichgewicht auswirken
Noch gravierender könnten Landnutzungsänderungen sein. Schätzungen zufolge wird sich die Bevölkerungszahl der Demokratischen Republik Kongo bis ins Jahr 2050 verdreifachen. Um Kulturland zu gewinnen, werden die Menschen künftig mehr Wald roden. Die Entwaldung fördert wiederum die Trockenheit, was den Seepegel dauerhaft tief halten könnte. «Wir alle kennen die Analogie: Wälder sind die grüne Lunge der Erde», sagt Barthel. «Sie sind jedoch nicht nur für den Gasaustausch verantwortlich wie die Lunge, sondern sie verdunsten über ihre Blätter Wasser und reichern damit die Atmosphäre mit Wasserdampf an. Das fördert die Wolkenbildung und den Niederschlag, der wiederum Flüsse und Seen speist. »
Die Ergebnisse helfen, die Rolle tropischer Torfgebiete und Schwarzwasserseen im globalen Klimageschehen zu klären. Zudem ist die Forschung wichtig, um Strategien zur Reduktion von Treibhausgasen und den Schutz von Feuchtgebieten im Kongobecken und rund um den Äquator zu entwickeln.