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Die Bedeutung von Böden und Humus im Kohlenstoffkreislauf

Donnerstag, der 28. Mai 2009
Kategorie: Presseartikel, Studien
Die Bedeutung von Böden und Humus im
Kohlenstoffkreislauf

von Christine Müller-Beblavy, Dipl. Geoökologin

Es wird in den Medien viel geschrieben über den Kohlenstoff in der Athmosphäre und der Biosphäre. Vorallem wird viel abgeschrieben und nur unzulänglich recherchiert.

Christine Müller Beblavy hat für www.das-gold-der-erde.de einen umfangreichen und wissenschaftlich fundierten Fachbericht über alle Aspekte des Kohlenstoffkreislaufs geschrieben.

Die Bedeutung von Böden und Humus im Kohlenstoffkreislauf

Der Kohlenstoffkreislauf setzt sich aus Speichern und Kohlenstoff-Flüssen zwischen diesen Speichern zusammen. Der Kohlenstoff ist in den verschiedenen Sphären in teils sehr unterschiedlichen Mengen vorhanden. Die vier großen Speicher sind Atmosphäre, Biosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre, in der auch die Pedosphäre einbezogen wird.
Zwischen den Speichern bestehen Verbindungen und dadurch auch an den Grenzflächen ein permanenter Austausch und Fluss von Kohlenstoff bzw. seiner chemischen Verbindungen. Am kurzfristigen Kohlenstoffkreislauf sind die Speicher beteiligt, in denen der Kohlenstoff nur eine relativ kurze Zeit verbleibt, die von Minuten bis zu Tagen, Jahren oder maximal einigen Tausend Jahren reicht. Dazu zählen vor allem die Atmosphäre, die lebenden Organismen und der Ozean. Die beteiligten Speicher sind extrem klein, die Flussraten in Relation dazu sehr hoch.
Beim langfristigen Kohlenstoffkreislauf handelt es sich vor allem um geochemische Prozesse in erdgeschichtlichen Zeiträumen. Der Kohlenstoff verbleibt dabei eine relativ lange Zeit von Tausenden bis zu Millionen oder sogar Milliarden Jahren in den Speichern. Zu diesen Speichern gehören Teilsysteme der Lithosphäre, die z.B. Carbonatgestein und fossile Brennstoffe enthalten. Die beteiligten Kohlenstoffspeicher sind extrem groß, die Flussraten im Vergleich dazu verschwindend gering.
Die Speicher können als Senken oder Quellen fungieren, je nach Richtung des Austauschvorgangs.

Sedimente der Lithosphäre

Die Sedimente der Lithosphäre sind der weitaus größte Kohlenstoffspeicher auf der Erde. Ca. 99,95% des gesamten Kohlenstoffs sind im Sedimentgestein in Form von Carbonaten (CO3²) und Kerogen gespeichert. In organischer Form kommt der Kohlenstoff noch als Erdgas, Erdöl und Kohle in der Lithosphäre vor. Insgesamt beträgt die Kohlenstoffmenge in der gesamten Lithosphäre 75.014.100 Gt.

Die Pedosphäre

Der Boden, die Pedosphäre als Teil der Lithosphäre, speichert Kohlenstoff in Humus, Torf, Bodensedimenten und Mineralien. Die in den Böden gebundene Kohlenstoffmenge mit 1500 GtC ist etwa zweimal so groß wie in der Atmosphäre und dreimal so groß wie in der Vegetation. Der Kohlenstoff im Dauerhumus verbleibt mehrere Jahrzehnte, Jahrhunderte oder gar Jahrtausende im Boden. Daraus können wiederum fossile Brennstoffe entstehen. 
Im Gegensatz zu der Oberschicht der Ozeane, in der der Kohlenstoff maximal 1 Jahr verbleibt, ist die Verweildauer in der Tiefsee etwa 1000 Jahre. Das Meer speichert ca. 35.000 GtC und ist daher eine bedeutende Kohlenstoffsenke des Planeten. Die Oberschicht der Ozeane ist in ständigem Austausch mit der Atmosphäre verbunden. Über 70% der Erdoberfläche werden von den Ozeanen und ihren Nebenmeeren eingenommen. Sie spielen somit eine sehr zentrale Rolle im Kohlenstoffkreislauf.

Die Atmosphäre

Die Atmosphäre stellt mit 790 GtC den zweitkleinsten Kohlenstoffspeicher dar, doch ist sie aufgrund der Verbindung zu Hydrosphäre und Biosphäre und der schnellen Umsetzung ein sehr wichtiger Speicher. Aufgrund der geringen Größe des Speichers haben schon geringe Zuflüsse aus anderen Speichern einen großen Einfluss auf die Konzentration in der Atmosphäre.

Die Biosphäre

In der Biosphäre, also in Pflanzen und Tieren, befinden sich rund 703 GtC. Der in der Biosphäre enthaltene Kohlenstoff bleibt nicht dauerhaft gebunden. Zwischen den Organismen und ihrer Umwelt kommt es zu einem kontinuierlichen Kohlenstoff-Fluss. Dabei spielen Stoffwechselvorgänge wie Photosynthese, Atmung und andere Vorgänge eine Rolle

Der Boden ist die Lebensgrundlage des Menschen

Der Mensch hat seit Beginn der Industrialisierung durch das Verbrennen von fossilen Brennstoffen, durch verstärkte Abholzung von Wäldern, Reisanbau, Massentierhaltung, etc. dazu beigetragen, dass der CO2-Gehalt der Atmosphäre stark gestiegen ist. Jährlich werden vom Menschen 6,3 Gt Kohlenstoff an die Atmosphäre abgegeben.

Der Boden ist in vielerlei Hinsicht die Lebensgrundlage für Mensch, Tier und Pflanze. Vor allem durch die Speicherung von Kohlenstoff als Humus spielt der Boden eine entscheidende Rolle im Kohlenstoffkreislauf und somit im Klimageschehen. Etwa 4/5 (81%) des weltweiten Kohlenstoffs, die am aktiven Kohlenstoffkreislauf in der Biosphäre beteiligt ist, werden in unseren Böden gebunden. Dazu stehen im Vergleich nur 19% im Pflanzenreich.

Wie kommt der Kohlenstoff in den Boden?

Der Input von Kohlenstoff in den Boden wird durch Produktivität des Ökosystems, also die Biomasse und organische Düngung bestimmt und durch verschiedene Mechanismen wird eine Bindung als Humus erreicht. Output erfolgt durch Abbau der organischen Substanz, Entzug und Verlust durch Ernte, Brände, Bodenabtrag (Erosion) und Auswaschung.

Auf die organische Substanz haben das Bodenklima, die Mineralzusammensetzung, die Biomasse, die Bodenart bzw. das Körnungsverhältnis sowie das Alter der Böden, die Art der Vegetation und die anthropogener Tätigkeit wie die Bewirtschaftung von Böden mit Pflügen und Düngung Einfluss. 
Der Humusgehalt eines Bodens wirkt sich positiv auf viele Eigenschaften von Böden wie die Bodenfruchtbarkeit, die Wasserspeicherfähigkeit, die Nährstoffspeicherung und der Schutz vor Erosion aus. Humus wirkt sich also insgesamt vorteilhaft auf die Pflanzenernährung, Schadstoffimmobilisierung, sowie auf den Wasser- und Lufthaushalt und als Erosionsschutz aus.

Terra Preta-Böden als Kohlenstoffspreicher

Böden mit pyrogenem Kohlenstoff wie die Terra-Preta-Böden im Amazonasgebiet haben einen hohen Gehalt an organischem Kohlenstoff, der vor allem in Form von Black Carbon vorliegt. Der Black Carbon ist sehr stabil und hält auch dem sonst in den Tropen üblichen schnellen Umsatz aufgrund der ständigen hohen Temperaturen und den feucht-humiden Bedingungen stand. Die tiefschwarze, humose und fruchtbare Erde Terra Preta kann Nährstoffe und Feuchtigkeit im Boden speichern. Die Terra Preta enthält Humus mit einer hohen biologischen Aktivität und vor allem sehr fein verteilte Holzkohle und Muschelkalk. Diese erhöhten Gehalte an Kohlenstoff tragen nicht direkt zum Nährstoffreichtum von Terra Preta-Böden bei, jedoch ist dadurch eine zusätzliche Speicherung von Nährstoffen möglich. Somit spielt Kohlenstoff eine bedeutende Rolle für die Bindung von pflanzenverfügbaren Ionen sowie für die Bodenstruktur. Daher auch letztendlich auf die Humusbildung und die Speicherung von Kohlenstoff.

Die Gefährdung der Böden kommt in unser Bewusstsein

Seit Mitte der 90er Jahre hat das Bewusstsein für die Bedeutung und Gefährdung der Böden deutlich zugenommen. Es gibt Schätzungen, nach denen 45% der Böden in Europa einen geringen (1-2%) oder sehr geringen (<1%) Humusgehalt aufweisen. Dagegen zeigen 40% der Böden einen mittleren Humusgehalt von 2-6% und nur 15% der Flächen besitzen einen Humusgehalt von über 6%. Die Humusgehalte von Böden in verschiedenen europäischen Regionen gehen zurück. Es zeigt sich tendenziell ein Verlust an organischer Substanz. Es lässt sich feststellen, dass vorwiegend durch veränderte Bewirtschaftungsmethoden in der Landwirtschaft der Anteil der Flächen mit einem geringen Humusgehalt zugenommen hat.

Terra Preta als dauerhafte positive Lösung

Eine fruchtbare Erde wie Terra Preta, die Kohlenstoff speichert, wäre hier die Lösung. Versuche zeigen, dass die Fruchtbarkeit dieser Erde doppelt so hoch ist wie die der Natur. Die Einlagerung von Kohlenstoff ist ein weiterer Vorteil dieser Erde. Ein Hektar Terra Preta lagert 250 tC ein, ein Hektar gewöhnliche Erde im Vergleich dazu 100 tC. Global hochgerechnet könnten Böden im Jahr bis zu 9,5 Milliarden Tonnen Kohlenstoff einlagern.
Terra Preta erweist sich als passendes Mittel, um zu einer effizienteren Ressourcennutzung und verbesserten Umweltqualität bestehender Bodennutzunge beizutragen. Für eine Vielzahl von Klima und Boden betreffende Probleme kann der Einsatz von Terra Preta in vielen Bereichen eine dauerhafte positive Lösung bringen.

Christine Müller-Beblavy, Dipl. Geoökologin

Die umfangreiche Untersuchung (17 Seiten) liegt zum Download bereit (PDF-Dokument 204kb): TP Artikel Kohlenstoffkreislauf_05_09.pdf