Anorganischer Kohlenstoff im Boden: Ein unterschätzter Faktor im Kohlenstoffkreislauf

Wir kennen den Kohlenstoff in der Erdatmosphäre und wahrscheinlich auch jenen, der in Pflanzen sowie in Tierkörpern steckt. Ein beträchtlicher Anteil des Kohlenstoffs in den landgebundenen Ökosystemen unseres Planeten befindet sich jedoch in etwas so Alltäglichem, dass es leicht übersehen wird: im Boden.

Wenn wir an Kohlenstoff im Boden denken, meinen wir meist den Kohlenstoff in organischem Bodenmaterial – etwa Pflanzenresten, Bakterien oder tierischen Ausscheidungen. Doch auch der anorganische, mineralische Anteil des Bodens enthält Kohlenstoff.

In einer soeben in Science veröffentlichten Studie zeigen wir, dass es weit mehr anorganischen Bodenkohlenstoff gibt als bisher angenommen. Er könnte zudem eine überraschend bedeutende Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde spielen.

Wir werteten weltweit mehr als 200.000 Bodenmessungen aus und berechneten, dass die obersten zwei Meter der Böden weltweit rund 2,3 Billionen Tonnen anorganischen Kohlenstoff speichern. Das entspricht etwa dem Fünffachen der Kohlenstoffmenge in der gesamten terrestrischen Vegetation der Welt.

Nach unserer Schätzung könnten in den kommenden 30 Jahren etwa 23 Milliarden Tonnen (1%) dieses Kohlenstoffs freigesetzt werden. Welche Folgen dies für Landflächen, Gewässer und Atmosphäre der Erde hat, ist bislang nur unzureichend verstanden.

Was ist anorganischer Kohlenstoff im Boden?

Anorganischer Kohlenstoff kommt im Boden in unterschiedlichen Formen vor. Er kann als eingeschlossenes Kohlendioxidgas vorhanden sein, in Wasser oder anderen Flüssigkeiten gelöst sein oder als Karbonatmineral in fester Form auftreten.

Den grössten Gewichtsanteil des anorganischen Kohlenstoffs machen feste Karbonate aus, häufig Calciumcarbonat – ein verbreiteter Stoff, der beispielsweise in Kalkstein, Marmor und Kreide vorkommt. Sie verleihen Böden eine weissliche Färbung, während organischer Kohlenstoff sie dunkel erscheinen lässt.

Bodenkarbonate entstehen entweder durch die Verwitterung von Gesteinen oder durch die Reaktion von Bodenmineralen mit Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

In trockenen und halbtrockenen Gebieten wie Australien reichert sich anorganischer Kohlenstoff tendenziell stärker im Boden an. Der Grund ist, dass durchsickerndes Wasser einen Teil der Karbonate aus dem Boden fortträgt.

Unsere Berechnungen ergeben, dass die obersten zwei Meter der australischen Böden rund 160 Milliarden Tonnen (7%) des weltweiten anorganischen Kohlenstoffs enthalten. Damit verfügt Australien über den fünftgrössten Vorrat an anorganischem Bodenkohlenstoff weltweit.

Auch in feuchteren Regionen können Bodenkarbonate entlang von Flüssen sowie in der Umgebung von Seen und Küsten vorkommen, etwa als calciumreiche Schwemmlandablagerungen oder kalkhaltige Gesteine. Böden in Karstgebieten – Regionen mit kalksteinreichen Gesteinen, die häufig durch Höhlen und Dolinen geprägt sind – enthalten üblicherweise Karbonate im Gestein. In Gebieten wie Zentralasien tragen grosse Ablagerungen von windverfrachteten Sedimenten, dem Löss, zur Anreicherung von Karbonatmineralen bei.

Warum anorganischer Bodenkohlenstoff wichtig ist

Dieser gewaltige Kohlenstoffvorrat reagiert auf Umweltveränderungen, insbesondere auf die Versauerung von Böden. Säuren lösen Calciumcarbonat auf; dadurch löst sich der Kohlenstoff im Wasser oder wird als Kohlendioxidgas freigesetzt.

In vielen Weltregionen, darunter China und Indien, werden Böden durch sauren Regen sowie andere Schadstoffe aus Industrieaktivitäten und intensiver Landwirtschaft zunehmend saurer.

Fachleute betrachteten Karbonate im Boden lange als einen vergleichsweise stabilen Kohlenstoffspeicher, der sich im Lauf der Zeit nur langsam verändert. Menschliche Aktivitäten haben den anorganischen Bodenkohlenstoff jedoch beweglicher gemacht.

Bewässerung und Düngung landwirtschaftlicher Flächen beschleunigen, wie rasch sich anorganischer Bodenkohlenstoff auflöst und aus dem Boden ausgewaschen wird.

Anorganischer Kohlenstoff hat sich über gewaltige Zeiträume der Erdgeschichte in Böden angesammelt. Eingriffe in diesen Kohlenstoffvorrat wirken sich tiefgreifend auf die Bodengesundheit aus.

Wird dieser Kohlenstoffkreislauf gestört, beeinträchtigt das die Fähigkeit des Bodens, Säure zu neutralisieren, Nährstoffgehalte zu regulieren, Pflanzenwachstum zu fördern und organischen Kohlenstoff zu stabilisieren. Anorganischer Bodenkohlenstoff dient somit nicht nur als Kohlenstoffspeicher, sondern unterstützt auch zahlreiche lebenswichtige Bodenfunktionen in Ökosystemen.

Unsere Untersuchung ergab, dass Böden jährlich 1,13 Milliarden Tonnen anorganischen Kohlenstoff an Binnengewässer verlieren. Dieser Verlust beeinflusst den Kohlenstofftransport zwischen Land, Süssgewässern, Atmosphäre und Ozeanen erheblich, wird jedoch häufig übersehen.

Was ist zu tun?

Die Bedeutung von Bodenkohlenstoff als zentraler Bestandteil naturbasierter Lösungen gegen den Klimawandel findet zunehmend Anerkennung. Bisher lag das Augenmerk allerdings vor allem auf organischem Kohlenstoff. Unsere Forschung zeigt, dass anorganischer Kohlenstoff dieselbe Aufmerksamkeit verdient.

Bessere Landnutzungspraktiken können Störungen des weltweiten Vorrats an anorganischem Bodenkohlenstoff verringern und ihn möglicherweise sogar vergrössern. In der Landwirtschaft kann eine stärker am Bedarf des Pflanzenwachstums ausgerichtete Bewässerung und Düngung die Auswirkungen auf anorganischen Kohlenstoff reduzieren. Bei manchen Böden können organische Zusätze wie Kompost und Mist vor Versauerung schützen, den Calciumgehalt verbessern und den anorganischen Kohlenstoff im Boden erhöhen.

Unsere Ergebnisse machen deutlich, dass Massnahmen zur Abschwächung des Klimawandels durch die Speicherung von Kohlenstoff im Boden neben organischem auch anorganischen Kohlenstoff einbeziehen müssen.

Anorganischer Kohlenstoff im Boden steht auf andere Weise als organischer Kohlenstoff mit globalen Veränderungen wie Klimawandel, industrieller Verschmutzung und Bodenübernutzung in Verbindung. Manche Strategien, mehr Kohlenstoff im Boden zu binden – etwa verstärkte Gesteinsverwitterung, Aufforstung und die Bindung organischen Kohlenstoffs an Bodenminerale –, könnten jedoch auch den Gehalt an anorganischem Kohlenstoff erhöhen.

Bereits heute gibt es internationale Programme für Bodenkohlenstoff wie die 4-per-1000-Initiative, die weltweit eine jährliche Erhöhung der Kohlenstoffspeicherung im Boden um 0,4% anstrebt. Diese Initiativen könnten ihre Ziele noch ambitionierter gestalten, indem sie die entscheidende Rolle des anorganischen Kohlenstoffs für eine nachhaltige Bodenbewirtschaftung und das Erreichen von Klimazielen berücksichtigen.

Yuanyuan Huang, leitende Forschungswissenschafterin, Chinesische Akademie der Wissenschaften; Pep Canadell, leitender Forschungswissenschafter, CSIRO Environment; Geschäftsführer, Global Carbon Project, CSIRO; und Yingping Wang, leitender Forschungswissenschafter, CSIRO

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.