Persistenz und Umsatz von organischem Kohlenstoff im Boden in globalen Trockengebieten

Warum trockene Böden fürs Klima wichtig sind

Trockengebiete – die Wüsten, Strauchlandschaften und Savannen der Erde – bedecken mehr als 40 % der Landfläche und speichern gewaltige Mengen an Kohlenstoff in ihren Böden. Dieses versteckte unterirdische Reservoir hilft mit, zu regulieren, wie viel Kohlendioxid sich in der Atmosphäre ansammelt. Dennoch fiel es Forschern lange schwer, genau zu bestimmen, wie lange dieser Boden-Kohlenstoff gebunden bleibt und wie rasch er wieder in die Luft gelangt, vor allem in Gebieten mit Wassermangel. Diese Studie nutzt Radiokarbon‑„Datierung“ an nahezu hundert Trockengebietsstationen weltweit und zeigt, dass ein Großteil dieses unterirdischen Kohlenstoffs viel älter und verwundbarer ist, als Modelle angenommen hatten.

Versteckte Kohlenstoffbanken unter Trockengebieten

Die Forschenden entnahmen Oberbodenproben aus 97 Ökosystemen in Trockengebieten auf sechs Kontinenten, von Gras- und Strauchlandschaften bis hin zu Wüsten und alpinen Wiesen. Sie konzentrierten sich auf organischen Bodenkohlenstoff – den Kohlenstoff in zersetzten Pflanzen und Mikroorganismen – und auf das Kohlendioxid, das freigesetzt wird, wenn diese Böden im Labor wieder befeuchtet werden und zu atmen beginnen. Durch Messung von Radiokarbon, einem natürlich vorkommenden Isotop, das über Jahrtausende zerfällt, konnten sie abschätzen, wie lange Kohlenstoffatome bereits im Boden verweilen und wie alt der als CO2 ausgeatmete Kohlenstoff tatsächlich ist. Diese Methode erfasst sowohl uralten Kohlenstoff, den Pflanzen vor Jahrtausenden fixiert haben, als auch das durch Kernwaffentests in den 1960er‑Jahren angereicherte „Bomben“-Radiokarbon.

Uralter Kohlenstoff, junge Ausatmungen

Die Messungen zeigten einen auffälligen Kontrast zwischen dem, was im Boden gespeichert ist, und dem, was als Gas freigesetzt wird. Im Durchschnitt hatte der gesamte organische Bodenkohlenstoff in diesen Trockengebieten ein mittleres Alter von etwa 2.100 Jahren, was darauf hinweist, dass nur ein sehr kleiner Anteil aus Pflanzenmaterial stammt, das in den letzten 60 Jahren fixiert wurde. Anders gesagt: Die obersten Zentimeter der Trockengeböden werden von tatsächlich uraltem Kohlenstoff dominiert. Das bei Inkubationen freigesetzte CO2 war jedoch deutlich jünger – mit einem mittleren Alter von rund 520 Jahren – und zeigte ein gemischtes Signal aus sowohl jüngeren Pflanzeneinträgen als auch altem Bodenkohlenstoff. Dies belegt, dass Mikroben nicht nur frisches Streu verwerten; sie greifen auch auf lang gelagerten Kohlenstoff zu, der einst als sicher gebunden galt.

Trockenere Klimata verschieben das Gleichgewicht

Um zu verstehen, was diese Alter bestimmt, setzten die Forschenden Radiokarbon‑Signale in Beziehung zu Klima, Vegetation und Bodeneigenschaften. Aridität – ein Maß, das niedrige Niederschläge und hohe Verdunstung kombiniert – erwies sich als dominanter Faktor, der das Alter des Bodenkohlenstoffs in Trockengebieten formt, wichtiger als die Temperatur. Mit zunehmender Trockenheit nahmen Pflanzenproduktivität und Bodenkohlenstoffvorräte ab, und das mittlere Alter des gespeicherten Bodenkohlenstoffs stieg. Die Studie identifizierte eine scharfe Schwelle bei einer Aridität von etwa 0,87, jenseits derer sich der Bodenkohlenstoff plötzlich zu deutlich älteren Altern verschob und Jahrtausende alter Kohlenstoff abrupt verlor. Gleichzeitig vergrößerte sich die Alterslücke zwischen gespeichertem Kohlenstoff und respiratorisch freigesetztem CO2, was eine wachsende Entkopplung zwischen dem im Boden gehaltenen Kohlenstoff und dem von Mikroben aktiv umgesetzten Kohlenstoff hervorhebt.

Alter Kohlenstoff ist nicht vollständig sicher

Die Radiokarbon‑Muster stellen eine langjährige Annahme infrage, wonach sehr alter Bodenkohlenstoff durch chemische Bindung an Minerale oder physische Einschluss in Aggregaten geschützt sei. In diesen Trockengebieten kann selbst Tausende Jahre alter Kohlenstoff nach wiederholter Befeuchtung abgebaut werden und zu den starken CO2‑Schüben beitragen, die häufig nach Niederschlagsereignissen beobachtet werden. Die Autorinnen und Autoren zeigen, dass ein spürbarer Anteil des in Trockengebieten freigesetzten CO2 aus diesen älteren Pools stammt und nicht nur aus dem jüngsten Pflanzenmaterial. Dieses Verhalten wird in aktuellen Erdsystem‑ und maschinellen Lernmodellen nur unzureichend abgebildet, die typischerweise vorhersagen, dass Bodenkohlenstoff innerhalb von Jahrzehnten umgewälzt wird und sich vor allem auf frische Vegetationseinträge konzentrieren.

Was das für unsere Zukunft bedeutet

Da der Klimawandel die Aridität in vielen Regionen verschärft, deutet diese Arbeit darauf hin, dass Trockengeböden zu älteren, ärmeren Kohlenstoffbanken werden könnten, die weniger in der Lage sind, neuen Kohlenstoff zu speichern, und weniger dazu beitragen, ihren uralten Kohlenstoff sicher unterirdisch zu halten. Landbewirtschaftungsstrategien, die darauf abzielen, die Kohlenstoffspeicherung in Trockengebieten zu erhöhen – etwa durch vermehrte Bepflanzung – können zunächst die Vorräte steigern, aber zugleich den Umlauf beschleunigen und damit langfristige Zuwächse begrenzen. Weil ein großer Teil des nach Niederschlag freigesetzten Kohlenstoffs aus Jahrhunderte- bis Jahrtausendealten Speichern stammen kann, warnt die Studie, dass Trockengebiete möglicherweise eine größere Rolle bei der Verstärkung des Klimawandels spielen könnten, als die meisten Modelle derzeit zulassen. Die Anerkennung und Darstellung der Verwundbarkeit dieser alten Kohlenstoffreserven wird entscheidend sein, um verlässliche Projektionen künftiger Kohlenstoff‑Klima‑Rückkopplungen zu erstellen.

Zitation: Wang, H., Maestre, F.T., Lu, N. et al. Persistence and turnover of soil organic carbon in global drylands. Nat Commun 17, 3565 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70623-9

Schlüsselwörter: Boden-Kohlenstoff, Trockengebiete, Radiokarbon, Aridität, Kohlenstoffkreislauf