Kastowski, Martin (2011)
Abschätzung der Kohlenstoffspeicherung und –freisetzung in Seen Europas: Ein Beitrag zur Eingrenzung der fehlenden Senke im globalen Kohlenstoffkreislauf.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die Rolle von Seen innerhalb des globalen Kohlenstoffkreislaufes ist bisher weitgehend unbeachtet geblieben. Globale oder großräumige Abschätzungen der C-Stoffflüsse von Seen sind selten und ungenau. Dabei sind Seen wichtige Reaktoren in Bezug auf Kohlenstoffverbindungen und können durch Sedimentation am Seeboden Kohlenstoff dauerhaft dem Kohlenstoffkreislauf entziehen. An der Seeoberfläche wird unter anderem CO2 und CH4 mit der Atmosphäre ausgetauscht. Dadurch können Seen sowohl als Kohlenstoffquelle wie auch als –senke in Bezug zur Atmosphäre fungieren. Innerhalb dieser Arbeit wurde sowohl der Austausch von CO2 und der Seeoberfläche als auch die C-Sedimentation in den Seen Europas untersucht und eine Abschätzung der Stoffflüsse vorgenommen. Zu diesem Zweck wurde eine räumliche, statistische Analyse verfügbarer relevanter Daten mit den Eigenschaften von Seen und ihrer Einzugsgebiete durchgeführt. Zusätzlich erfolgten eine Berechnung der absoluten Seefläche Europas und eine Detailbetrachtung von Beispielseen. Bei bisherigen überregionalen bzw. globalen Schätzungen der Oberfläche von Seen wurde davon ausgegangen, dass diese vorrangig von großen Seen dominiert wird. Neuere Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Bedeutung kleiner Seen massiv unterschätzt wurde. Die Berechnung der Seefläche angelehnt an einer Pareto-Verteilung ergab für Europa eine absolute Seefläche von etwa 240 000 km2 die von knapp 300 000 Seen gebildet wird. Über 100 000 km2 Seefläche können dabei Seen <5 km2 zugeschrieben werden. Im Allgemeinen geben Seen CO2 an die Atmosphäre ab und fungieren als Kohlenstoffquelle. Lediglich während Phasen erhöhter Primärproduktion, vorrangig während der Algenblüten im Frühjahr und Herbst wird temporär CO2 aus der Atmosphäre aufgenommen. Dabei sind diese jahreszeitlichen Schwankungen in den CO2-Konzentrationen des Oberflächenwassers relativ regelmäßig, werden allerdings immer wieder von Einzelereignissen besonders starker CO2 Emission unterbrochen. Als mögliche Ursachen dieser Ereignisse konnten der erhöhte allochthone C-Eintrag infolge starker Regenfälle oder unregelmäßige Durchmischung des Seekörpers identifiziert werden. Es konnte innerhalb dieser Arbeit keine signifikante Korrelation zwischen dem CO2 Austausch an der Oberfläche und den See- bzw. Einzugsgebietseigenschaften ermittelt werden. Besonders hohe durchschnittliche CO2-Konzentrationen sind vor allem in kleinen Seen zu finden. Die Extrapolation der analysierten CO2-Daten auf die europäische Seefläche unter Berücksichtigung der Eisbedeckung ergab eine jährliche C-Emission von 17 Mio t a-1 in Form von CO2. Die Speicherung von Kohlenstoff im Sediment ist deutlich geringer als die Abgabe an die Atmosphäre. Die obersten 20 cm des Seesedimentes wurden bei dieser Untersuchung nicht berücksichtigt, da in diesem Bereich noch starke Aufarbeitung des organischen Materials erfolgt. In den meisten Seen ist sowohl die Akkumulationsrate von Kohlenstoff als auch die allgemeine Feststoffakkumulation in Laufe der letzten 10 000 Jahre deutlich gestiegen. Das Einsetzen der erhöhten Sedimentakkumulation korreliert grob mit dem Beginn des Neolithikums und damit der Umstellung der menschlichen Lebensgewohnheiten auf Sesshaftigkeit mit betriebenen Vieh- und Ackerbau. Die räumliche Analyse der Daten ergibt eine Korrelation der C-Akkumulation mit der Seegröße und dem Anteil der landwirtschaftlichen Nutzung im Einzugsgebiet und bestätigt somit den Verdacht der massiven anthropogenen Beeinflussung der Seesedimentation. Diese Korrelation wurde für die Extrapolation auf Europa verwendet und so eine C Akkumulation von 1,25 Mio t a-1 errechnet. Seen entziehen somit dem Kohlenstoffkreislauf nur in geringen Mengen Kohlenstoff. Verglichen mit anderen C-Speichern wie z.B. den Böden handelt es sich jedoch um eine sehr stabile langfristige Senke. Wesentlich bedeutender für den Kohlenstoffkreislauf ist die Abgabe von CO2 über die Seeoberfläche. Der freigesetzte Kohlenstoff entstammt größtenteils Böden und Vegetation der Einzugsgebiete der Seen und wurde vermutlich in geologisch kurzen Zeiträumen der Atmosphäre entzogen und ihr nun wieder zugeführt. Extrapoliert man die Ergebnisse innerhalb einer Überschlagsrechnung global, so ergibt sich eine C-Speicherung von 0,022 Gt a-1 in Seesedimenten und eine C-Emission von 0,3 Gt a-1.

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