Dieser Text ist eine Pressemitteilung, die ursprünglich vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie veröffentlicht wurde.
Eine aktuelle Studie zeigt, dass Bäume im zentralen Amazonas-Regenwald auf Klimastress mit erhöhten Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen reagieren, die die Chemie der Atmosphäre beeinflussen. Die Untersuchung, durchgeführt von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena und des Nationalen Instituts für Amazonasforschung (INPA) in Brasilien, wurde in *Nature Communications Earth & Environment* veröffentlicht.
Kernpunkte
- Steigende Temperaturen erhöhen bei Blättern die Abgabe hochreaktiver, kohlenstoffreicher organischer Verbindungen (VOCs), wie Monoterpene und Sesquiterpene
- Besonders bei laubabwerfenden Bäumen steigen die Emissionen, im Gegensatz zu immergrünen Bäumen.
- Die verstärkte Abgabe von VOCs führt zu einem erhöhten Kohlenstoffverlust aus der Biosphäre in die Atmosphäre.
- Künftige Erwärmung und Hitzewellen könnten über VOCs die Atmosphärenchemie und den Kohlenstoffkreislauf im Amazonas – dem größten tropischen Regenwald der Erde – verändern.
Der Amazonas-Regenwald ist einer der größten Kohlenstoffspeicher der Erde und zugleich die weltweit größte Quelle biogener flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs). Diese kohlenstoffhaltigen Gase werden natürlicherweise von Pflanzen produziert und freigesetzt, sie schützen die Bäume vor verschiedenen Stressfaktoren, wie etwa oxidative Schäden oder Fressfeinde. In der Atmosphäre reagieren VOCs schnell mit anderen Gasen und beeinflussen so die Bildung von Aerosolen und Wolken – und damit das regionale Klima und Niederschläge.
Forschende des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie und des Nationalen Instituts für Amazonasforschung (INPA) haben untersucht, wie sich die Klimaerwärmung auf VOC-Emissionen auswirkt. Am Amazon Tall Tower Observatory (ATTO) im abgelegenen Amazonas-Regenwald bestimmten sie bei unterschiedlichen Temperaturen sowohl die Emissionen verschiedener VOCs als auch die physiologischen Schlüsselmerkmale der Bäume, die mit Photosynthese und Hitzetoleranz zusammenhängen. Dabei verglichen sie zwei ökologische Gruppen mit unterschiedlichen Blattwechselstrategien. Immergrüne Bäume tragen das ganze Jahr über Blätter. Laubabwerfende Bäume entlauben ihre Kronen einmal jährlich während der Trockenzeit, in tropischen Regenwäldern aber nur für etwa einen Monat und damit deutlich kürzer als hiesige Laubbäume.
Die Ergebnisse zeigen, dass Blätter bei höheren Temperaturen deutlich mehr VOCs abgeben. Zudem verschiebt sich das Emissionsmuster: Anstelle von Isopren (fünf Kohlenstoffatome) setzten die Bäume vermehrt hochreaktive Monoterpene (zehn Kohlenstoffatome) und Sesquiterpene (15 Kohlenstoffatome) frei. Diese Verschiebung war bei laubabwerfenden Arten besonders ausgeprägt. Monoterpene und Sesquiterpene sind chemisch besonders reaktiv und können atmosphärische Prozesse stark beeinflussen. Die verstärkten Emissionen sowie die Verschiebung hin zu kohlenstoffreicheren Verbindungen bedeutet auch, dass mehr Kohlenstoff aus dem Wald in die Atmosphäre entweicht.
„Wir stellten fest, dass verschiedene Baumarten unterschiedliche Strategien gegen Hitzestress nutzen“, erklärt Dr. Michelle Robin, Erstautorin der Studie und Postdoktorandin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie. Laubabwerfende Arten, die Isopren freisetzen, zeigten höhere Photosyntheseraten. Dies deutet darauf hin, dass sie sich auf die schützende Wirkung der VOCs verlassen. Immergrüne Arten ohne Isopren-Emission wiesen dagegen eine höhere Durchlässigkeit der Blattporen (Stomata) auf, -was Abkühlung durch Verdunstung ermöglicht, sowie eine stabilere Hitzetoleranz photochemischer Prozesse. Dies deutet auf eine Strategie hin, die auf physiologische Stabilität setzt.
© P. Brando / IPAM / WHRC
Frühere Studien haben gezeigt, dass das Abwerfen von Blättern in der Trockenzeit als Schutzmechanismus gegen Dürre und Fressfeinde dient. Laubabwerfende Bäume sind daher möglicherweise generell widerstandsfähiger gegen Hitze- und Trockenstress. Wesentlich ist, dass Bäume ihre Strategie anpassen können. Selbst typischerweise immergrüne Arten können unter Stress Laub abwerfen. Bei anhaltender Erwärmung und häufigeren Hitzewellen könnten sich die Amazonas-Wälder daher zunehmend in Richtung laubabwerfend entwickeln – damit einhergehend auch mit potenziell verstärkten VOC-Emissionen.
Abschließend testete das Team, ob die Berücksichtigung von Blattwechselstrategien die Genauigkeit von Isopren-Emissionen in Vegetationsmodellen erhöht. Herkömmliche Ansätze überschätzen die Isopren-Flüsse deutlich. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Modelle mit phänologisch angepassten Parametern, die auf Feldmessungen am ATTO-Standort basieren, realistischere Emissionsschätzungen liefern“, resümiert Dr. Eliane Gomes Alves, Projektgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie.
Klimaprognosen sagen für die kommenden Jahrzehnte steigende Temperaturen und häufigere Hitzeextreme im Amazonasgebiet voraus. Die neuen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass dies die Kohlenstoffspeicherung in den Bäume verändern könnte, bedingt durch die Menge und Art der freigesetzten VOC-Verbindungen. Da diese VOC-Emissionen die Atmosphärenchemie, die Aerosolbildung, die Wolkenentwicklung und den Kohlenstoffkreislauf beeinflussen, könnten selbst kleine Veränderungen im Emissionsmuster regionale – und möglicherweise auch globale – Klimaprozesse verändern.
Robin et al. veröffentlichten die Studie “Coordinated volatile isoprenoid production and leaf turnover strategy protect central Amazon Forest trees against stress” Open Access in der Fachzeitschrift Nature Communications Earth and Environment.
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