Zeitreisen durch eine Flasche Luft

Kohlenstoff als Zeitmaschine: Wie lange bleibt CO₂ im Boden?

Was verrät uns eine Flasche Luft über den Klimawandel? Wir nutzen sie als Zeitmaschine und messen, wie schnell Kohlenstoff aus Böden in die Atmosphäre zurückkehrt. So zeigen wir, welche Ökosysteme das Klima bremsen – und warum der Schutz alter Kohlenstoffspeicher entscheidend ist. 

 Es ist ein regnerischer Sommertag im Norden Schwedens. Umzingelt von unzähligen Kiefern knie ich mich zum 24. Mal hin und stelle ein Glasfläschchen auf den Boden. Meine ehrenvolle Aufgabe: Luft sammeln!

Aber es ist doch mehr als bloße Luft. Die Atmosphäre um mich herum ist der Atem der Erde, der ein Stück Geschichte in sich trägt. Unter meinen Stiefeln liegt der Boden, der über Jahrtausende hinweg – lange bevor Menschen überhaupt damit begannen, Städte zu bauen – ein Element angereichert hat, das Aufzeichnungen der Vergangenheit offenbart: Kohlenstoff. 

Kohlenstoff bildet das Fundament unserer Existenz. Schau dich um: Alles, was du siehst, enthält Kohlenstoff oder hängt davon ab – Pflanzen, Nahrung, Kleidung und die Menschen, die du liebst. Das Leben auf der Erde läuft in einem riesigen Kreislauf, dem Kohlenstoffkreislauf. Dabei nehmen Pflanzen Kohlenstoff aus der Luft auf, um zu wachsen, während Tiere und Mikroben ihn durch Atmen und Zersetzen als Kohlenstoffdioxid wieder in die Atmosphäre zurückgeben. Millionen von Jahren bewegte sich dieser Kreislauf in seinem eigenen geduldigen Rhythmus – bis der Mensch plötzlich seinen Takt störte. Durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe und das Roden von Wäldern haben wir in nur wenigen Generationen enorme Mengen an Kohlenstoff aus der Erde und ihren Ökosystemen in die Atmosphäre verlagert. Bereits ein sehr geringer Anstieg von Kohlenstoffdioxid erwärmt den Planeten. Das Ergebnis: der Klimawandel. 

Und genau daraus ergibt sich eine spannende und entscheidende Frage: Wie lange bleibt Kohlenstoff eigentlich im Boden, bevor er wieder in die Luft wandert? Die Antwort darauf ist der Schlüssel, um zu verstehen, wo wir Kohlenstoff speichern können, ohne das Klima ins Chaos zu stürzen. 

Kohlenstoff hat je nach Aufenthaltsort unterschiedliche Speicherzeiten: In Blättern kann er Tage, in Holz Jahrzehnte und im Boden Jahrhunderte oder sogar Jahrtausende verweilen. Böden speichern sogar mehr Kohlenstoff als die Atmosphäre und alle lebenden Pflanzen zusammen. In ihrem Inneren zersetzen Mikroorganismen organische Reste, wobei Temperatur, Feuchtigkeit und Sauerstoffangebot bestimmen, wie schnell das geht. Ob der Erdboden den Klimawandel verlangsamt oder beschleunigt, hängt also nicht nur davon ab, wie viel Kohlenstoff er enthält, sondern auch davon, wie lange er ihn speichern kann.

Lange haben sich Forschende an dieser Frage die Zähne ausgebissen – denn um Zeit zu messen, braucht man schließlich eine Uhr. Die Lösung befand sich an ganz unerwarteter Stelle: Unsere Uhr ist der Kohlenstoff selbst. Ein winziger Teil des Kohlenstoffs trägt einen ganz besonderen Fingerabdruck: den Radiokohlenstoff. Er existiert natürlicherweise in der Atmosphäre, ist aber extrem selten, wie vereinzelte bunte Sandkörner an einem riesigen weißen Sandstrand. Dennoch ist er überall, sogar in unseren Körpern. Radiokohlenstoff verblasst mit der Zeit, wie Tinte, die allmählich von einem Brief verschwindet. Indem wir messen, wie viel davon noch übrig ist, finden wir heraus, wie alt der Kohlenstoff ist. 

Meine Forschungsgruppe des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena arbeitete mit der Chinese Academy of Sciences, der University of California in Irvine und der Swedish Infrastructure for Ecosystem Science zusammen. Dabei untersuchten wir Bodenarten aus sehr unterschiedlichen Regionen, die alle große Mengen Kohlenstoff speichern: Grasland, Moore, arktische Tundra und Wälder. 

In unseren Laboren bearbeiteten wir schließlich Proben aus China und Schweden. In Experimenten stellten wir das Klima der Zukunft nach – Hitze, Regen, Trockenheit – und beobachteten, wie der Boden auf die unterschiedlichen Bedingungen reagiert. 

Die Ergebnisse sind so unterschiedlich wie die Herkunft der Böden selbst: Einige Ökosysteme speichern jungen Kohlenstoff, beispielsweise Grasländer, die Kohlenstoff aus Blättern und jungen Wurzeln an den Boden weitergeben. Dort zersetzen ihn Mikroben innerhalb von Jahren oder Jahrzehnten und setzen ihn als Kohlendioxid frei. Bei steigenden Temperaturen beschleunigt sich dieser Prozess, was bedeutet, dass diese Umgebung schnell auf Veränderungen reagiert. Andere Systeme hingegen, etwa Moore und gefrorene Tundra, sammeln Kohlenstoff seit dem Ende der letzten Eiszeit an. Extreme Bedingungen wie sehr niedrige Temperaturen, Überschwemmungen, Sauerstoffmangel und Frost verringerten die Zersetzungsaktivität der Mikroben. Das hielt den uralten Kohlenstoff von der Rückkehr in die Atmosphäre ab. 

Der Schutz hängt allerdings von stabilen Bedingungen ab: Verlieren Moore ihr Wasser, gelangt Sauerstoff in den Boden, wodurch Mikrobenarten aktiviert werden. Diese wiederum verarbeiten dann schnell den reichlich vorhandenen Kohlenstoff, der jahrhundertelang sicher ruhte, und setzen ihn innerhalb von Wochen frei. 

Weiter nördlich, in Alaska, führt der Klimawandel zu mehr Schneefall. Dort untersuchten wir in einem Experiment tief gefrorene Böden, denen seit 1994 zusätzliche Schneemengen zugeführt wurden. Schnee wirkt wie eine dicke Decke, hält den Boden im Winter wärmer und ermöglicht im Sommer ein tieferes Auftauen. Mikroben erhalten dadurch Zugang zu einem Festmahl: Kohlenstoff, der zuvor im Eis eingeschlossen war. Mithilfe von Radiokohlenstoff entdeckten wir, dass sich alter Kohlenstoff seinen Weg Richtung Oberfläche bahnt und als Kohlendioxid entweicht. So beginnt Kohlenstoff aus der fernen Vergangenheit, sich mit der heutigen Atmosphäre zu vermischen. 

Auch die Wälder verrieten uns ein Geheimnis, das nun eine gängige Vorstellung infrage stellt, welche lautet: Wer Bäume pflanzt, entferne damit den Kohlenstoff dauerhaft aus der Atmosphäre. Ja, Bäume speichern zwar Kohlenstoff, aber leider nur für relativ kurze Zeit. Denn sobald sie sterben, kehrt ein Großteil davon in die Atmosphäre zurück. In unseren Waldstudien setzte frisches Material, zum Beispiel frische Blätter, junge Wurzeln und neue Pflanzenreste, den meisten Kohlenstoff innerhalb von Tagen bis Jahrzehnten frei. Nur ein minimaler Teil gelangte in den Boden und blieb dort lange genug, um das globale Klima zu beeinflussen. 

Diese Erkenntnisse sind weitreichender als nur das Labor. Viele Klimapolitiken konzentrieren sich nämlich nur darauf, neuen Kohlenstoff zu speichern, indem sie die Landnutzung ändern oder mehr Bäume pflanzen. Unsere Kohlenstoff-Zeitmaschine lehrt uns jedoch: Es hilft zwar, neue Wälder zu pflanzen, aber wenn der Kohlenstoff am Ende nicht im Boden landet und auch dort verbleibt, haben wir nichts gewonnen. Unsere Generation muss jetzt vor allem eines tun: bestehende Kohlenstoffspeicher schützen. Moore müssen nass bleiben. Eisige Böden müssen gefroren bleiben. Wälder müssen widerstandsfähig bleiben. Versagen diese Systeme, so setzen sie Kohlenstoff frei, den keine Technologie einfach wieder in der Erde verstauen kann. 

Eins ist dabei besonders wichtig: Ganz egal, wo genau der Kohlenstoff freigesetzt wird, er wirkt sich immer auf den gesamten Planeten aus. Deshalb erfordert Klimaforschung, dass wir über Grenzen hinweg zusammenarbeiten. Unsere Arbeit hat schlammverschmutzte Stiefel in entlegenen Landschaften mit gemeinsamen Laborarbeiten, Experimenten und Ideen verbunden. Das zeigt: Wissenschaft funktioniert am besten, wenn das Wissen frei fließt – genauso wie Kohlenstoff. 

Als ich klitschnass im Regen stand, war ich überzeugt, nur Luft in einer Flasche einzufangen. Heute ist mir klar: Ich hielt Zeit in den Händen – eine Botschaft, die Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte überbrückt hat. Sie verriet mir, dass der Klimawandel nicht nur die Zukunft betrifft, sondern bereits unser Hier und Jetzt, da er die Vergangenheit aus dem Tiefschlaf rüttelt. Zu verstehen, wie lange Kohlenstoff im Boden verbleibt, lehrt uns etwas ganz Einfaches und doch Mächtiges: Zeit zählt. Jeder Moment, in dem der Kohlenstoff im Untergrund bleibt, ist Zeit, in der wir die Welt darüber schützen.