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Kohlenstoffeinlagerung in Seen hat sich mehr als verdoppelt
Sedimente nordamerikanischer Seen speichern heute im Mittel mehr als doppelt so viel Kohlenstoff wie während des größten Teils des Holozäns. Eine Auswertung von 51 Seen zeigt zugleich, dass die Unterschiede zwischen und innerhalb der Seen seit der Industrialisierung stark zugenommen haben und die Kohlenstoffeinlagerung weit außerhalb der zuvor über Jahrtausende beobachteten Schwankungsbreite liegt.
Montréal (Kanada). Seen sind wichtige Speicher im kontinentalen Kohlenstoffkreislauf. Organisches Material aus dem Einzugsgebiet und aus der Produktion im See kann auf den Grund sinken und im Sediment langfristig gebunden werden. Bisher ließ sich jedoch nur schwer über Jahrtausende hinweg vergleichen, wie stark menschliche Einflüsse diese Einlagerung gegenüber natürlichen Schwankungen verändert haben.
Forscher der Université de Montréal (UdeM) um Aude Flamand haben deshalb Sedimentdaten aus borealen, also in nördlichen Waldzonen gelegenen, und gemäßigten Seen Nordamerikas zusammengeführt. Die Studie vergleicht die Zeit vom frühen Holozän bis 1850 mit der anschließenden Industriezeit und kombiniert dafür Datensätze aus Kanada und Minnesota, die sehr unterschiedliche Zeiträume und Messverfahren abdecken.
Die Auswertung umfasst 51 Sedimentkerne aus ebenso vielen Seen und insgesamt 1.020 Sedimentbeobachtungen aus 21 früheren Studien. Für ältere Schichten lagen vor allem Radiokarbondatierungen vor, während jüngere Schichten häufig mit Blei-210 datiert worden waren. Zusätzlich benötigten die Forscher Angaben zur Sedimentdichte und zum Anteil organischer Substanz, aus denen sich zusammen mit der Sedimentationsrate die Kohlenstoff-Akkumulationsrate berechnen lässt.
„Viele Studien haben sich auf lange Zeiträume oder auf das Industriezeitalter konzentriert, doch wir wollten die Entwicklung der Akkumulationsraten in Seesedimenten über die vergangenen 11.000 Jahre mit den Trends der letzten 150 Jahre vergleichen“, erklärt Aude Flamand.
Viele ältere Datensätze enthielten nicht alle benötigten Sedimenteigenschaften. Deshalb entwickelte das Team ein neues Vorhersagemodell auf Grundlage von 610 gepaarten Messungen der Sedimentdichte und organischen Substanz aus 15 Kernen. Das Modell erreichte einen Bestimmtheitswert von R² = 0,96 und erlaubte es, fehlende Werte in der größeren Datensammlung zu ergänzen, ohne dafür neue Feldproben erheben zu müssen.
„Die vorhandenen Modelle waren für boreale Seen nicht geeignet, die im Allgemeinen sehr hohe Anteile organischer Substanz enthalten“, sagt Aude Flamand.
Über den größten Teil des Holozäns lag die mittlere Kohlenstoff-Akkumulationsrate pro Sedimentkern bei 14,8 ± 9,3 Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter und Jahr, für die Zeit nach 1850 dagegen bei durchschnittlich 34,6 ± 23,4 Gramm. Eine Sensitivitätsrechnung für mögliche frühe Abbauverluste im Sediment senkte den jüngeren Mittelwert nur leicht und änderte den grundlegenden Unterschied zwischen beiden Zeiträumen nicht.
Gleichzeitig wurde die Entwicklung ungleichmäßiger, denn die Schwankungen zwischen aufeinanderfolgenden Schichten und zwischen den untersuchten Seen nahmen nach 1850 deutlich zu. Rund 32 Prozent der einzelnen Sedimentschichten aus der Industriezeit zeigten sogar niedrigere Akkumulationsraten als ihre jeweilige historische Vergleichsbasis, weshalb der allgemeine Anstieg keineswegs bedeutet, dass jeder See oder jede Schicht gleich reagiert.
Die Autoren interpretieren dieses Muster als deutlichen menschlichen Einfluss auf die Kohlenstoffspeicherung der Seen und diskutieren Landnutzungsänderungen, atmosphärische Nährstoffeinträge, veränderte Stoffzufuhr aus den Einzugsgebieten und hydrologische Eingriffe als mögliche Treiber. Welche Faktoren an einzelnen Seen den größten Anteil haben, wurde in der Synthese jedoch nicht kausal getrennt und bleibt eine wichtige Frage für weitere Untersuchungen.