Analyse der CO2-Trends in der arktisch-borealen Zone

Die Schätzung der Menge an Kohlenstoffdioxid (CO2), die zwischen Ökosystemen und der Atmosphäre in der Arktisch-Borealen Zone (ABZ) ausgetauscht wird, ist ziemlich kompliziert. Das liegt an der komplexen Funktionsweise dieser Ökosysteme und einem Mangel an Feldmessungen. Verschiedene Modelle berichten von stark unterschiedlichen CO2-Mengen. Einige Gebiete gelten als starke Senken, was bedeutet, dass sie viel CO2 aufnehmen, während andere Quellen sind, die CO2 in die Atmosphäre abgeben. Da die nördlichen Permafrostböden eine erhebliche Menge des weltweiten organischen Kohlenstoffs speichern, könnte jede Freisetzung dieses Kohlenstoffs als CO2 den Klimawandel verschärfen. Deshalb ist es wichtig, unsere Schätzungen der CO2-Bilanzen in der ABZ zu verbessern.

Das schnelle Tempo des Klimawandels in der ABZ macht es umso dringlicher, diese Unterschiede anzugehen. Steigende Temperaturen verändern die CO2-Bilanz, aber das volle Ausmass dieser Veränderungen ist unklar. Zwar sind Zunahmen der Vegetation festzustellen, aber es ist unsicher, wie sich das auf die jährliche CO2-Bilanz auswirkt. Ein verbessertes Pflanzenwachstum könnte durch CO2-Verluste von sterbenden Pflanzen und zunehmende Störungen wie auftauenden Permafrost, Dürre und Waldbrände ausgeglichen werden.

Die aktuellen Informationen zu den Veränderungen der CO2-Bilanzen in der ABZ sind begrenzt. Die meisten verfügbaren Studien haben Faktoren wie Feueremissionen oder detaillierte saisonale Veränderungen nicht berücksichtigt. Besonders bemerkenswert ist, dass viele frühere Studien vor den 2020er Jahren abgeschlossen wurden, also zu einer Zeit, als die Erwärmung und die Feuerereignisse erheblich zunahmen. Das hinterlässt eine Lücke in unserem Verständnis der aktuellen CO2-Austauschmuster, insbesondere wenn man diese Muster mit Umweltbedingungen verknüpft.

Um diese Lücke zu schliessen, haben wir einen umfassenden Datensatz von CO2-Flussmessungen aus etwa 200 Standorten in der ABZ genutzt, der fast 5.000 Standort-Monate an Daten umfasst. Dieser Datensatz ist erheblich grösser als frühere Versuche und beinhaltet Daten bis 2020. Durch die Kombination dieser Flussbeobachtungen mit anderen relevanten Daten wollten wir ein klareres Bild der CO2-Bilanzen in der ABZ entwickeln, indem wir maschinelles Lernen einsetzten.

#CO2-Bilanzen in der ABZ

Unsere Studie hat gezeigt, dass die Tundraflächen der ABZ zwischen 2001 und 2020 im Durchschnitt CO2-neutral waren, was bedeutet, dass sie die Menge an CO2, die sie aufgenommen und abgegeben haben, ausgeglichen haben, ohne die Feueremissionen zu berücksichtigen. Im Gegensatz dazu fungierten die borealen Wälder als starke Senken, die mehr CO2 aufnahmen als sie abgaben. Wenn die Feueremissionen einbezogen wurden, verschoben sich die Tundraflächen zu einer leichten CO2-Quelle, während die borealen Regionen signifikante Senken blieben, aber in geringerem Masse.

Insgesamt wirkt die gesamte ABZ als CO2-Senke, hat aber auch einen erheblichen Anteil an Land, das als CO2-Quellen fungiert. Ein erheblicher Teil der Standorte, die vor Ort gemessen wurden, wies NettCO2-Emissionen auf, insbesondere in Regionen wie Alaska und Nordeuropa. Ein entscheidender Faktor, der die CO2-Quellen beeinflusste, waren Emissionen während der langen, nicht-sommerlichen Monate, als das CO2, das aus der Tundra freigesetzt wurde, oft den CO2-Aufnahme überstieg, die während der kurzen Sommerzeit stattfand.

#Regionale und saisonale Trends

Karten, die auf unseren Daten basierten, zeigten den durchschnittlichen jährlichen CO2-Austausch und die Trends in der ABZ. Während einige Modelle hohe CO2-Aufnahmen anzeigten, registrierten viele Gebiete niedrigere als durchschnittliche Werte. Unsere Analyse zeigte, dass in vielen Regionen die CO2-Emissionen im Laufe der Zeit zunahmen, insbesondere aufgrund steigender Ökosystem-Respirationsraten, nicht aufgrund einer Abnahme des Pflanzenwachstums.

Wir stellten fest, dass die ABZ zwar von 2001 bis 2020 als CO2-Senke fungierte, die Stärke dieser Senke jedoch abnahm, wenn die Feueremissionen berücksichtigt wurden. In einigen Gebieten, insbesondere in Nordeuropa und Teilen Alaskas, wurden steigende NettCO2-Emissionen beobachtet. Faktoren, die zu diesen Anstiegen führten, umfassten Veränderungen in der Struktur des Ökosystems und Störereignisse.

Unsere Ergebnisse hoben einen signifikanten Anstieg der saisonalen Amplitude der CO2-Flüsse im Laufe der Zeit hervor. Obwohl die CO2-Aufnahme im Sommer zunahm, stiegen auch die Emissionen in den nicht-sommerlichen Monaten. Dennoch überstieg die Sommeraufnahme in vielen Regionen weiterhin die Emissionen.

#Faktoren, die CO2-Flüsse beeinflussen

Mehrere Umweltbedingungen hatten Einfluss auf die CO2-Bilanzen in der ABZ. Unsere Analyse identifizierte wesentliche Treiber wie Luft- und Bodentemperaturen, Sonnenlichtexposition und Pflanzenzustand. Diese Elemente spielten eine Rolle bei der Gestaltung der gesamten CO2-Dynamik. Allerdings beeinflussten auch Variationen in Faktoren wie Bodenfeuchtigkeit, Art der Vegetation und Umweltstörungen die CO2-Flüsse.

Wir entdeckten, dass trotz einiger Gebiete mit erhöhtem Pflanzenwachstum nur ein kleiner Teil dieser Regionen einen Anstieg der NettCO2-Aufnahme zeigte. Tatsächlich standen viele Gebiete vor Herausforderungen durch Erwärmung und Veränderungen der Bodenbedingungen, was die Beziehung zwischen Pflanzenzustand und CO2-Absorption komplizierte.

#Kontinentale und regionale Unterschiede

Unsere Bemühungen zur Hochskalierung beleuchteten bemerkenswerte Muster in den CO2-Bilanzen über die Kontinente hinweg. Die borealen Wälder beeinflussten hauptsächlich die Unterschiede in den CO2-Trends zwischen Eurasien und Nordamerika, wobei Eurasien einen stärkeren Anstieg der CO2-Aufnahme aufwies. Diese Unterschiede waren wahrscheinlich auf die verschiedenen Erwärmungsraten, den Rückgang der Schneedecke und die Vegetationstrends in Nordamerika im Vergleich zu Eurasien zurückzuführen.

Insbesondere in Sibirien waren Netto-CO2-Quellen und -Senken ausgeprägt. Zunehmende Emissionen aus Waldbränden in Sibirien komplizierten unser Verständnis des Netto-CO2-Gleichgewichts in dieser Region und zeigten die Herausforderungen, die solche Störungen bei der Berücksichtigung der gesamten CO2-Flüsse mit sich bringen.

Alaska stellte einen einzigartigen Fall dar und erschien während des untersuchten Zeitraums hauptsächlich als CO2-Quelle. Dieses Ergebnis wird auf signifikante Veränderungen im Zusammenhang mit Erwärmungstrends und dem Auftauen des Permafrosts zurückgeführt, was erhebliche Auswirkungen auf die Kohlenstoffdynamik hat.

#Auswirkungen auf zukünftige Forschung

Unsere Studie unterstreicht die Bedeutung der continued research on the CO2 dynamics of the ABZ. Während die Region immer noch als Netto-CO2-Senke fungiert, zeigt sie auch Anzeichen dafür, in vielen Gebieten zu einer CO2-Quelle zu werden. Zu verstehen, wie sich diese Veränderungen aufgrund des Klimawandels entwickeln werden, ist entscheidend für zukünftige Umweltmanagementstrategien.

Darüber hinaus ist es wichtig, die Einschränkungen der aktuellen Daten, insbesondere in abgelegenen Gebieten wie Sibirien und der kanadischen Arktis, anzugehen. Die Einrichtung von Langzeitüberwachungsstandorten in diesen Regionen wird unser Verständnis der Kohlenstoffdynamik verbessern und die Schätzungen der CO2-Bilanzen optimieren.

#Fazit

Zusammenfassend bleibt die Arktisch-Boreale Zone ein entscheidendes Gebiet für das Verständnis globaler Kohlenstoffdynamik. Obwohl sie derzeit als CO2-Senke fungiert, könnten viele Faktoren, einschliesslich Störungen und Klimaveränderungen, dieses Gleichgewicht in Richtung netto CO2-Emissionen verschieben. Fortgesetzte Beobachtungen und Forschungen sind entscheidend, um diese Komplexitäten zu entschlüsseln und effektive Strategien zur Minderung der Auswirkungen des Klimawandels in der ABZ zu entwickeln.