Biosphere 2 – Auswirkungen der Trockenheit auf die tropischen Regenwälder

Biosphere 2 untersucht die Auswirkungen von Trockenheit auf tropische Regenwälder mit Hilfe von Durchflussmessungen

Im Zuge des Klimawandels auf der Erde erwarten Wissenschaftler, dass eine heißere und trockenere Welt schwerwiegende Auswirkungen auf die globalen Ökosysteme haben wird, wobei viele Gebiete einem erhöhten Wasserstress und/oder Dürren ausgesetzt sein werden. Allerdings ist es schwierig, die spezifischen Auswirkungen des Klimawandels auf die Boden-, Luft- und Wasserqualität in den verschiedenen Regionen der Welt vorherzusagen. Für das hier beschriebene Experiment nutzte ein Team von Wissenschaftlern hochpräzise Durchflussmessungen und Daten, die in einem tropischen Biom gesammelt wurden.

2019 kam ein interdisziplinäres Team von mehr als 80 Wissenschaftlern aus der ganzen Welt zusammen, um ein noch nie dagewesenes Experiment durchzuführen, bei dem die Auswirkungen von Dürren und deren Bewältigung auf einen tropischen Regenwald untersucht wurden. Das Experiment wurde zum Teil durch einen Zuschuss des Europäischen Forschungsrats finanziert und führte zu mehreren Partnerschaften, darunter eine mit Alicat.

Biosphere 2, außerhalb von Tucson, Arizona

Das Experiment zur Messung der Auswirkungen von Wasserstress auf ein Regenwald-Ökosystem fand in der Biosphäre 2 statt, einer von Menschenhand geschaffenen, mehrere Millionen Dollar teuren Anlage, die in den 1980er Jahren gebaut wurde, um ein vollständig geschlossenes Ökosystem der Erde zu simulieren. Die Anlage wird heute für Forschung, Bildung und Tourismus genutzt. Das tropische Regenwaldbiom beherbergt mehr als 90 verschiedene Pflanzenarten auf einer Fläche von der Größe mehrerer Tennisplätze.

In diesem Umfeld führte das Wissenschaftlerteam im tropischen Regenwald der Biosphäre 2 ein kontrolliertes Experiment zur Trockenheit und zur Markierung stabiler Isotope für das gesamte Ökosystem durch. Die Kampagne mit dem Namen “Water, Atmosphere, and Life Dynamics” (WALD) ist ein Gemeinschaftsprojekt unter der Leitung von Laura Meredith, B2 Tropical Rainforest Director, University of Arizona, Christiane Werner, ERC Consolidator Grant Awardee, Universität Freiburg, Deutschland, und Nemiah Ladd, Universität Freiburg, Deutschland.

Das Experiment

Alicat-Massendurchflussregler für den Einsatz in Biosphere 2 eingerichtet

Im Oktober 2019 wurde der tropische Regenwald der Biosphäre 2 für die Öffentlichkeit gesperrt, und Christiane Werner von der Universität Freiberg in Deutschland setzte Kohlendioxid im Wert von fast 20.000 Dollar frei, das mit dem Isotopenmarker Kohlenstoff-13 versetzt war.

Alicat-Massendurchflussregler überwachten genau die Freisetzung des Isotops in das System, das als geeigneter Tracer ausgewählt wurde, weil es in der Natur relativ selten vorkommt. Als solches ist es ein nützliches Instrument, um Veränderungen in Boden-, Wasser- und Luftsystemen zu verfolgen und zu messen.

Der Versuchsaufbau und die Datenerfassung umfassten das Anzapfen des Xylems von Bäumen, das Einsammeln von Blättern, die Untersuchung des Bodens und die Verwendung von Geräten zur Analyse der Luftzusammensetzung.  Dr. Laura Meredith, die Leiterin der Regenwaldforschung in der Biosphäre 2, sagte: “Die Pflanzen sehen mit all den Sensoren ein bisschen aus, als wären sie in einem Krankenhaus.

Schlussfolgerungen

Es ist bekannt, dass Regenwälder eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf spielen. Unklar ist jedoch, wie sich diese Funktion verändert, wenn ein Biom unter Wasserstress steht. Laut Dr. Meredith sollte mit diesem Experiment besser verstanden werden, ob Ökosysteme auf Dürren so reagieren, dass sie Kohlenstoff freisetzen und den Klimawandel verschlimmern, oder “so, dass sie ihn tatsächlich abmildern und den Prozess verlangsamen”.

Dr. Meredith hatte bereits zuvor Alicat-Massendurchflussregler in Experimenten verwendet, die sie während ihrer Zeit am University of Arizona Landscape Evolution Observatory durchgeführt hatte. Während dieser Experimente war Dr. Meredith mit der Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Alicat-Regler zufrieden. Sie suchte nach einer Partnerschaft, um ihre aktuelle Arbeit in Biosphere 2 zu unterstützen.

Wir waren begeistert, an diesem wichtigen und einzigartigen Experiment teilzunehmen.  Dr. Meredith präsentierte die vorläufigen Ergebnisse dieses Experiments am 3. März 2020 auf dem PittCon 2020-Kongress in Chicago.