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Die Ergebnisse bestätigen nicht nur frühere Studien, sondern sie liefern auch genauere Erkenntnisse über die Mechanismen und das Ausmass der heterotrophen Bodenatmung in den verschiedenen Klimazonen. Im Gegensatz zu anderen Modellen, die sich auf zahlreiche Parameter stützen, vereinfacht das neuartige mathematische Modell die Hochrechnungen, indem es bloss zwei entscheidende Umweltfaktoren verwendet: Bodenfeuchtigkeit und Bodentemperatur.
Der Fortschritt des Modells besteht zudem darin, dass es alle biophysikalisch relevanten Ebenen umfasst, von der Mikroebene der Bodenbeschaffenheit und der Wasserverteilung im Boden bis hin zu Pflanzengemeinschaften wie Wäldern, ganzen Ökosystemen, Klimazonen und sogar der globalen Skala. Peter Molnar, Professor am ETH-Institut für Umweltingenieurwissenschaften, unterstreicht die Bedeutung des theoretischen Modells, das die grossen Erdsystemmodelle ergänzt, wie folgt: «Von der Bodenfeuchte und Bodentemperatur ausgehend erlaubt das Modell, dass wir die mikrobielle Atmungsintensität viel einfacher abschätzen können. Ausserdem verbessert es unser Verständnis dafür, wie die heterotrophe Atmung in verschiedenen Klimaregionen zur globalen Erwärmung beiträgt.»
Polarer CO2-Ausstoss dürfte sich mehr als verdoppeln
Ein Hauptergebnis der von Peter Molnar und Alon Nissan geleiteten Forschungszusammenarbeit ist, dass der Anstieg der mikrobiellen CO2-Emissionen in den verschiedenen Klimazonen unterschiedlich ausfällt. In den kalten Polarregionen trägt vor allem der Rückgang der Bodenfeuchtigkeit zum Anstieg bei und weniger ein deutlicher Temperaturanstieg. Das ist anders in den warmen und gemässigten Zonen. Alon Nissan verweist auf die Empfindlichkeit der Kältezonen: «Schon eine geringe Änderung des Wassergehalts kann in den Polarregionen zu einer erheblichen Veränderung der Atmungsintensität führen.»
Ihren Berechnungen zufolge werden die mikrobiellen CO₂-Emissionen in den Polarregionen unter dem ungünstigsten Klimaszenario bis zum Jahr 2100 voraussichtlich um zehn Prozent pro Jahrzehnt ansteigen, also doppelt so schnell wie im Rest der Welt. Diese Diskrepanz lässt sich auf die optimalen Bedingungen für die heterotrophe Atmung zurückführen, die dann auftreten, wenn sich die Böden in einem «halbgesättigten» Zustand befinden, also weder zu trocken noch zu nass sind. Diese Bedingungen herrschen in den Polarregionen vor, wenn die Böden auftauen.
Demgegenüber weisen Böden in anderen Klimazonen, die bereits vergleichsweise trocken sind und zu weiterer Austrocknung tendieren, einen vergleichsweise geringeren Anstieg der mikrobiellen CO₂-Emissionen auf. Unabhängig von der Klimazone bleibt der Einfluss der Temperatur jedoch der gleiche: Mit steigender Bodentemperatur steigt auch die Emission des mikrobiellen CO₂.