Der Regenwaldboden ist ein verborgener Akteur im chemischen Geschehen des Regenwaldes, und Wissenschaftler*innen haben den Austausch zwischen Böden und Atmosphäre noch nicht vollständig verstanden. Biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs) in der Atmosphäre können – unabhängig von ihrer Quelle – mit freien Radikalen wie dem OH-Radikal reagieren. Dabei entstehen Oxidationsprodukte, die zur Keimbildung und zum Wachstum von Partikeln führen, was wiederum Auswirkungen auf Wolken und das Klima haben kann. Daher sind diese Verbindungen entscheidend für Rückkopplungsprozesse zwischen Regenwald und Klima.
In einer neuen Studie untersuchten Johanna Schüttler und ihre Kolleg*innen, wie die Böden im Amazonas-Regenwald BVOCs über die Jahreszeiten hinweg freisetzen oder aufnehmen. Sie konzentrierten sich auf wichtige reaktive Verbindungen wie Isopren, Monoterpene, Sesquiterpene und zwei Isopren-Oxidationsprodukte: Methacrolein und Methylvinylketon.
Ihre Messungen zeigten, dass der Boden während der Trockenzeit mehr Isopren und dessen Oxidationsprodukte aufnimmt, insbesondere am Nachmittag. Gleichzeitig gab der Boden hauptsächlich Sesquiterpene ab, wobei die höchsten Emissionen während der vom El Niño 2023/2024 beeinflussten Trockenzeit beobachtet wurden. Auch die Monoterpen-Flüsse änderten sich mit den Jahreszeiten, nicht nur hinsichtlich der Menge, sondern auch hinsichtlich der spezifischen Verbindungen, die freigesetzt wurden.
© M. Kurz / MPI-BGC
Ein auffälliges Ergebnis war der Einfluss der Laubstreu-Schicht. Wenn Laub den Boden bedeckte, wurden keine Monoterpene und Sesquiterpene emittiert, sondern die Schicht wirkte vielmehr als Senke. Dies ist wahrscheinlich auf mikrobielle Aktivität oder chemische Reaktionen in der Laubstreu zurückzuführen. Interessanterweise wurde die Isoprenaufnahme jedoch nicht durch die Laubstreu-Schicht beeinflusst, was darauf hindeutet, dass Isopren wahrscheinlich von Organismen unterhalb der Laubstreu-Schicht aufgenommen wird.
Schließlich untersuchten die Wissenschaftler das „Spiegelbild“ chiraler Monoterpene, die in zwei spiegelbildlichen Formen, sogenannten Enantiomeren, vorkommen. Sie stellten fest, dass sich die Zusammensetzung der chiralen Verbindungen im Boden von der in der darüber liegenden Luft unterschied. Diese Verhältnisse änderten sich zudem im Laufe der Jahreszeiten, was darauf hindeutet, dass das Bodenmikrobiom diese Verbindungen je nach den Bedingungen produzieren oder aufnehmen könnte. Bei den Sesquiterpenen konnten sie nur ein Enantiomer nachweisen, was auf hochspezifische Quellen hinweist.
Obwohl der Beitrag des Bodens zu den gesamten BVOC-Flüssen gering ist, beeinflussen sie dennoch die lokale Luftchemie, insbesondere durch die Freisetzung hochreaktiver Moleküle. Sie wirken sich zudem auf die mikrobiellen Gemeinschaften im Boden aus und könnten sogar eine Rolle bei der Kommunikation zwischen Pflanzen und Böden spielen. Durch den Klimawandel wird es im Amazonasgebiet voraussichtlich zu längeren, trockeneren und heißeren Trockenzeiten kommen, und es wird prognostiziert, dass Extremereignisse wie El Niño häufiger und ausgeprägter auftreten werden. Daher könnte das Verständnis dieser verborgenen Bodenprozesse dazu beitragen, unser Gesamtbild der Ökosystemdynamik zu verbessern.
Schüttler et al. veröffentlichten die Studie “Chiral volatile organic compound fluxes from soil in the Amazon Rainforest across seasons” als Open-Access-Artikel in der Fachzeitschrift Biogeosciences.
Similar articles
Eine neue Studie zeigt, dass die Strategien zum Blattwechsel und Hitzestress bei Bäumen im Amazonasgebiet die Atmosphärenchemie und den Kohlenstoffkreislauf beeinflussen: Insbesondere laubabwerfende Bäume geben bei steigenden Temperaturen immer mehr kohlenstoffreiche flüchtige organische Verbindungen ab.
Die durch El Niño verursachte Dürre und Hitze verringern die Fähigkeit des Bodens im Amazonas-Regenwald, Isopren zu binden, um das Vierfache, während sie gleichzeitig dessen Konzentration im Bereich des Baumkronendachs erhöhen.
Während des El-Niño-Ereignisses 2023–2024 – der schwersten Dürre, die jemals im Amazonasbecken verzeichnet wurde – stiegen die Sesquiterpen-Emissionen der Bäume sprunghaft an. Unerwartete Emissionen von Sesquiterpenalkoholen in der Regenzeit nach der Dürre deuten darauf hin, dass der Stressabwehrstoffwechsel des Waldes noch lange nach dem Ende der unmittelbaren Stressphase aktiv bleibt.
Débora Pinheiro-Oliveira und ihre Kolleg*innen untersuchten, wie die Vielfalt der Waldökosysteme und die Umweltbedingungen die Flüsse von BVOCs und Methan in der Boden-Laubschicht beeinflussen. Sie stellten fest, dass die Vielfalt der Waldökosysteme und die Umweltbedingungen in der gesamten Region ein Mosaik aus Gasaustauschprozessen bilden.
Ein bisher unbekannter Mechanismus bildet im Amazonas-Regenwald kontinuierlich neue Aerosolpartikel aus gasförmigen Vorläufersubstanzen und stellt damit bisherige Annahmen über die Quellen von Wolkenkondensationskeimen und deren Rolle im Wasserkreislauf und im Klima infrage.
Eine neue Studie zeigt, dass Dürrestress die Kohlenstoffquellen in den Böden der weißsandigen Wälder des Amazonasgebiets neu ordnet, wodurch der Stress für das Ökosystem zunimmt und die Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufe beeinflusst werden.
Neue Studie des Max-Planck-Instituts für Chemie zeigt: Verhältnis bestimmter Duftmoleküle gibt präzisen Aufschluss über den Stresszustand des Regenwaldes
Warme Luftmassen transportieren pflanzliche Emissionen aus dem Amazonaswald bis in zwölf Kilometer Höhe, wo sie in der Morgendämmerung wieder abgebaut werden
Lange et al. analysierten die gelöste organische Substanz (DOM) in terra firme und weißen Sandböden im Amazonasgebiet, um mehr über die potenziellen Beschränkungen der wichtigen Nährstoffe Phosphor, Stickstoff und Schwefel in den verschiedenen Wald- und Bodentypen zu erfahren, die im Amazonasregenwald vorherrschen.
Direkte Messungen von OH-Radikalen sind selten und schwer zu erreichen. Da sie jedoch mit BVOCs reagieren, haben Ringsdorf et al. sie aus Isoprenmessungen bei ATTO abgeleitet. Dazu verwendeten sie eine Technik namens „Dynamical Time Warping“ aus dem Bereich der Spracherkennung. Akima Ringsdorf et al. veröffentlichten die Studie „Inferring the diurnal variability of OH radical concentrations over the Amazon from BVOC measurements“ Open Access in Nature Scientific Reports.