DLR: Verdopplung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre verstärkt Photosynthese um ein Drittel

Gute Nachrichten aus der Pflanzenwelt. Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der University of Exeter haben nun berechnet, dass eine Verdopplung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre eine Verstärkung der Pflanzen-Photosynthese um ein Drittel hervorruft. Hier die Pressemitteilung der University of Exter vom 30. September 2016:

Future increase in plant photosynthesis revealed by seasonal carbon dioxide cycle

Doubling of the carbon dioxide concentration will cause global plant photosynthesis to increase by about one third, according to a paper published in the journal Nature

The study has relevance for the health of the biosphere because photosynthesis provides the primary food-source for animal life, but it also has great relevance for future climate change. Vegetation and soil are currently slowing down global warming by absorbing about a quarter of human emissions of carbon dioxide. This land carbon sink is believed to be in part due to increases in photosynthesis. It is widely accepted that plant photosynthesis will increase with carbon dioxide, so long as nutrients, such as nitrogen and phosphorus, are not limiting. Global Earth System Models (ESMs) all predict that global photosynthesis will increase with carbon dioxide, but they differ by a factor of three in the size of this ‘CO2 fertilization’.

The authors of the Nature study, which are based at DLR in Germany and the University of Exeter in the UK, have discovered that the size of the CO2 fertilization is revealed by how the seasonal cycle in carbon dioxide concentration varies in the atmosphere. Lead author of the study, Sabrina Wenzel of DLR explains: “the carbon dioxide concentrations measured for many decades on Hawaii and in Alaska show characteristic cycles, with lower values in the summer when strong photosynthesis causes plants to absorb CO2, and higher-values in the winter when photosynthesis stops. The peak-to-trough amplitude of the seasonal cycle therefore depends on the strength of the summer photosynthesis and the length of the growing season”.

The measurements made on Hawaii and in Alaska show an increasing amplitude of the seasonal cycle, but what does this mean for the future? The Wenzel et al. study answers that question, by showing a link between the increase in CO2 amplitude that a model simulates and the CO2-fertilization that it predicts. This in turn means that the observed increase in the CO2 amplitude can be converted into a much improved estimate of the CO2-fertilization, which the authors call an Emergent Constraint. Co-author Professor Peter Cox, of the University of Exeter, summarises the consequences of the study: “despite nutrient limitations in some regions, our study indicates that CO2-fertilization of photosynthesis is currently playing a major role in the global land carbon sink. “This means that we should expect the land carbon sink to decline significantly when we begin to stabilize CO2”.

Und hier die Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) vom 29. September 2016:

Klimaforschung: Studie berechnet den Einfluss von steigendem CO2 auf die Pflanzen-Photosynthese

Pflanzenwelt und Erdreich verlangsamen derzeit die globale Erwärmung, indem sie rund ein Viertel der vom Menschen verursachten Kohlendioxid (CO2)-Emissionen aufnehmen. Diese Kohlenstoffsenke wird teilweise auf die zunehmende Photosyntheserate zurückgeführt. Eine neue Studie im Journal Nature zeigt: Bei einer Verdopplung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre, nimmt die Effektivität der Pflanzen Kohlenstoff über Photosynthese aufzunehmen um etwa ein Drittel zu. Dies haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Universität von Exeter aus Großbritannien im Rahmen des von der EU geförderten KooperationsprojektsCRESCENDO(Coordinated Research in Earth Systems and Climate: Experiments, Knowledge, Dissemination and Outreach) herausgefunden.

Bekannt ist, dass der vom Menschen verursachte CO2-Anstieg einen “Düngungseffekt” bewirkt und die Photosyntheserate der Pflanzen damit zunimmt, solange es keinen Nährstoffmangel gibt. Globale Erdsystemmodelle stimmen darin überein, dass die globale Photosynthese mit steigendem CO2 zunimmt. Allerdings unterscheiden sich die Modelle um einen Faktor drei in der Berechnung der Größenordnung dieses CO2-Düngungseffekts. In der aktuellen Studie zeigen die Wissenschaftler nun, dass die Größenordnung des CO2-Düngungseffekts aus dem Jahresverlauf der CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre abgeleitet werden kann. Damit sind deutlich verbesserte Abschätzungen möglich.

Langjährige CO2-Messungen auf Hawaii und in Alaska zeigen charakteristische saisonale Zyklen: Im Sommer, wenn die Pflanzen durch Photosynthese Kohlenstoff speichern, ist der CO2-Gehalt in der Atmosphäre geringer. In Winter kommt die Photosynthese zum Stillstand und beim Verfall von Blättern und Pflanzen setzt die Vegetation ihre Kohlenstoffspeicher wieder frei. Daraus folgt, dass die Schwankung der CO2-Konzentration innerhalb eines Jahres abhängig ist von der Stärke der Photosynthese im Sommer und von der Dauer der Wachstumsphasen der Pflanzen.

Die Messungen in Alaska und auf Hawai zeigen eine immer größere jahreszeitliche Schwankung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre – aber was kann daraus für die Zukunft abgeleitet werden? Hauptautorin Dr. Sabrina Wenzel vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre in Oberpfaffenhofen erklärt: “Unsere Studie zeigt einen Zusammenhang zwischen dem von Modellen simulierten Anstieg der Amplitude im CO2-Jahresgang und dem vorhergesagten Düngungseffekt. Aus dem beobachteten Anstieg  kann wiederum der Effekt der CO2-Düngung sehr viel präziser abgeleitet werden als bisher. Diese Methode ist bekannt als Emergent Constraints.”

“Trotz Nährstoffmangels der Pflanzen in einigen Regionen der Erde zeigt die Studie, dass die CO2-Düngung der Photosynthese zur Zeit eine sehr wichtige Rolle für die globale Kohlenstoffsenke spielt. Dies bedeutet, dass CO2-Emissionen noch stärker reduziert werden müssen, da wir erwarten können, dass die terrestrische Kohlenstoffsenke mit Beginn der angestrebten Stabilisierung der CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre abnimmt”, fasst Koautor Prof. Peter Cox von der Universität Exeter zusammen.

Neben ihrer wichtigen Rolle im Klimasystem stellt Photosynthese mit der Produktion von Biomasse zudem die Nahrungsgrundlage aller Lebewesen sicher. So liefert die Studie nicht nur für die Herausforderungen des Klimawandels wichtige Erkenntnisse, sondern hat auch große Relevanz für das globale Ökosystem.

Das im Nature Magazin erschienene Paper „Projected land photosynthesis constrained by changes in the seasonal cycle of atmospheric CO2” (10.1038/nature19772, 2016) wurde von Sabrina Wenzel (DLR), Peter Cox (University of Exeter), Veronika Eyering (DLR) und Pierre Friedlingstein (University of Exeter) verfasst.

Interessant ist der überraschend negative Spin am Ende der DLR-Meldung. Die deutschsprachige Presse interessierte sich für die Studie nicht. Schweigen im Walde.