Extremereignisse und der C-Kreislauf entlang eines terrestrisch-aquatischen Kontinuums

Derzeitigen Abschätzungen des IPCC zufolge wird von einer voranschreitenden globalen Erwärmung ausgegangen, die abhängig vom jeweiligen Szenario im Bereich von 1,1 bis 6,4C bis zum Ende des 21. Jahrhunderts liegen wird, mit teilweise gravierenden Folgen für Ökosysteme und die menschliche Gesellschaft. Verbunden mit diesem Temperaturanstieg ist unter anderem die Zunahme der Häufigkeit und Schwere von Extremereignissen wie Starkregen und damit verbundenen Hangrutschungen und Murenabgängen. Zum Beispiel wird bei einem Temperaturanstieg von einem Kelvin global mit einer Verdoppelung der Top-10% der Regenintensitäten gerechnet. Durch solche Ereignisse werden kurzfristig große Mengen an terrestrischem organischem Kohlenstoff mobilisiert und in Fließgewässersysteme eingetragen. Wesentliche Kohlenstoffspeicher in terrestrischen Systemen sind neben der Vegetation die Böden sowie Einlagerungen in Gesteinen und Sedimenten. Dieser organische Kohlenstoff wird beim Transport im Fließgewässersystem anderen physikalischen und biochemischen Prozessen ausgesetzt und daher während des Transportes teilweise umgesetzt, wieder abgelagert oder in Form von Treibhausgasen in die Atmosphäre emittiert. In den terrestrischen Bereichen der Hangrutschungen führt der Abtrag zu einem Start der Vegetationssukzession und Neubeginn in der Bodenbildung und damit zum Wiederaufbau der verlorengegangenen Kohlenstoffspeicher. Diese Prozesse führen zu regionalen Veränderungen mit Auswirkungen auf globale Kreisläufe. Ein verbessertes Verständnis des Zusammenhanges zwischen Extremereignissen und den Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf in aquatischen und terrestrischen Ökosystemen ist daher gefordert. Im Projekt ECATA stellen wir Untersuchungen in Gebirgsregionen Taiwans an, wo Extremereignisse massive Auswirkungen auf den Kohlenstoffaustrag aus dem terrestrischen Bereich sowie auf Transport und Umsetzung in Gewässern zeigen. Das Projekt erforscht die Folgen für die terrestrischen Flächen, insb. die Entwicklung der Landvegetation und der Böden, sowie das Verhalten von ausgetragenem organischem Kohlenstoff im Flusssystem. Dabei wird neben dem Umsatz und der Freisetzung von CO2 auch die Stabilisierung der mobilisierten Komponenten der drei wesentlichen terrestrischen Kohlstoffquellen (Vegetation, Boden und alte Sedimentablagerungen) analysiert. Das Projekt ECATA verknüpft die Expertise der taiwanesischen Kooperationspartner in der Untersuchung und Modellierung von massiven Hangrutschungen und Sedimenteinträgen mit der Expertise und dem Einsatz innovativer Methoden zur Charakterisierung unterschiedlicher organischer Kohlenstoffkomponenten in Böden und Sedimenten seitens der österreichischen Partner. Dadurch werden neue Einblicke in den durch Extremereignisse veränderten Kohlenstoffkreislauf entlang eines terrestrisch aquatischen Kontinuums ermöglicht. Diese Erkenntnisse liefern fundierte Datengrundlagen für neue Modellaussagen zur Rolle von Extremereignissen im Kohlenstoffkreislauf. Daraus können regional gesichertere Aussagen abgeleitet werden, sowie verbesserte Einschätzungen auf globaler Ebene getroffen werden.

Die globale Erderwärmung führt zu vermehrten Extremereignissen wie Wirbelstürmen und davon ausgelösten Erdrutschen. Während solcher Ereignisse können große Mengen an terrestrischem organischen Kohlenstoff (OC) in aquatische Ökosysteme eingetragen werden. Dies lässt Vegetationssukzession und Bodenbildung an Land von neuem beginnen und setzt terrestrischen OC unterschiedlicher Herkunft und Zusammensetzung physikalischen und (bio)chemischen Reaktionen im aquatischen Milieu aus. Durch die ersteren (terrestrischen) Prozesse wird Kohlenstoff aus der Atmosphäre gebunden und in Biomasse und Böden angereichert; durch die letzteren (aquatischen) Prozesse kann der exportierte OC teilweise wieder in die Atmosphäre veratmet, physikalisch oder (bio)chemisch modifiziert, in abgelagerten Sedimenten begraben oder in den Ozean transportiert werden. Das österreichisch-taiwanesische Gemeinschaftsprojekt ECATA untersuchte diese Prozesse in einem subtropischen Wassereinzugsgebiet in Südtaiwan, wo Hangrutschungen häufig auftreten und dadurch viel terrestrischer OC in aquatische Ökosysteme gelangt. Das Gemeinschaftsprojekt kombinierte die langjährige Erfahrung im Bereich Monitoring und Modellierung von Hangrutschungen und Sedimentexport seitens der taiwanischen Partner mit langjähriger Expertise und innovativen Methoden zur Charakterisierung von OC in Böden und Sedimenten, die von den österreichischen Partnern bereitgestellt wurden. Das ECATA-Projekt zeigte, dass Hangrutschungsflächen mehrere Jahre anfällig für wiederkehrende Erosion waren und nur langsam von Miscanthus-Gras besiedelt wurden. Nach ca. 15 bis 20 Jahren hatten sich Bambusbestände etabliert, und die Kohlenstoff- Akkumulationsraten in der Biomasse und in den sich neu bildenden Böden waren sehr hoch. Der mikrobielle Abbau der erodierten organischen Substanz im aquatischen Milieu war stark von den Ausgangsmaterialien abhängig. Von Bambus stammendes organisches Bodenmaterial wurde viel schneller abgebaut als Material aus immergrünen Laubwäldern. Daher ist zu erwarten, dass ein beträchtlicher Teil des in Bambusbeständen angereicherten OC bei erneuten Störungen und Erosion wieder in die Atmosphäre veratmet wird. Auf der anderen Seite zeigte (fossiles) organisches Material aus dem Gestein keinen signifikanten Abbau im aquatischen Milieu. Daher gilt als wahrscheinlich, dass ein beträchtlicher Teil davon durch Taifune bis ins Meer transportiert und später in Meeressedimenten begraben wird und somit nicht wieder in den rezenten Kohlenstoffkreislauf gelangt. Die Ergebnisse dieses Projekts liefern wertvolle Inputs für eine verbesserte Modellierung der Auswirkungen von Extremereignissen auf den Kohlenstoffkreislauf entlang des terrestrisch aquatischen Kontinuums.