Globale Hotspots von Verlusten an partikulärem organischen Kohlenstoff durch den Klimawandel

Warum Böden in kalten Regionen für unser Klima wichtig sind

Die weit nördlichen und südlichen Landschaften mögen leer wirken, doch ihre gefrorenen und wassergesättigten Böden speichern stillschweigend enorme Mengen an Kohlenstoff aus abgestorbenen Pflanzen. Diese Studie stellt eine einfache, dringliche Frage: Wie viel dieses verborgenen Kohlenstoffs wird bei Erwärmung voraussichtlich als Kohlendioxid in die Luft entweichen, und wo liegen die größten Problemzonen? Die Antworten zeigen, dass bestimmte kalte Regionen dazu anstehen, mächtige Quellen von Treibhausgasen zu werden, wenn ihre Böden durch steigende Temperaturen gestört werden.

Zwei Arten verborgenen Kohlenstoffs im Boden

Nicht aller Boden-Kohlenstoff verhält sich gleich. Die Autor*innen konzentrieren sich auf zwei Hauptformen. Die eine ist partikulärer organischer Kohlenstoff, bestehend aus kleinen Fragmenten pflanzlicher Überreste, die nur lose im Boden gebunden sind. Die andere ist mineralgebundener organischer Kohlenstoff, der an winzige Mineralpartikel gebunden ist und normalerweise besser vor Abbau geschützt ist. Da sich diese beiden Formen darin unterscheiden, wie sie entstehen, wie lange sie erhalten bleiben und wie leicht Mikroben sie abbauen können, hilft das Verständnis ihres Verhältnisses dabei, vorherzusagen, wie Böden auf eine wärmere und stellenweise feuchtere Welt reagieren werden.

Ein globales Bild des Boden-Kohlenstoffs erstellen

Um das große Ganze zu sehen, stellten die Forschenden eine globale Datenbank mit mehr als 3200 Oberbodenproben aus allen wichtigen Landnutzungsformen zusammen, darunter Wälder, Grasländer, Ackerflächen, Strauchlandschaften und Tundra. Für jeden Standort kombinierten sie Feldmessungen von partikulärem und mineralgebundenem Kohlenstoff mit Informationen zu Temperatur, Niederschlag, Vegetation, Bodenchemie und Landbedeckung. Anschließend nutzten sie mehrere Methoden des maschinellen Lernens, um herauszufinden, welche Faktoren am besten erklären, wo heute jede Kohlenstoffform vorkommt, und um zu projizieren, wie diese Vorräte bis zum Ende dieses Jahrhunderts unter drei verschiedenen Treibhausgasszenarien verändern könnten.

Kalte Regionen als Hotspots des Verlusts

Die Modelle sind sich einig, dass Böden in hohen Breiten als globale Hotspots künftiger Kohlenstoffverluste hervortreten. Diese nördlichen und südlichen Landschaften enthalten derzeit große Mengen sowohl an partikulärem als auch an mineralgebundenem Kohlenstoff, doch ein auffällig hoher Anteil ihres Gesamtkohlenstoffs liegt in der fragileren, partikulären Form vor. Weil dieses lockere Material stark auf steigende Temperaturen reagiert, schrumpfen partikuläre Vorräte bei Erwärmung deutlich schneller als die besser geschützten mineralgebundenen Vorräte. Unter einem hohen Emissionspfad projiziert die Studie, dass partikuläre Verluste in Böden hoher Breiten etwa vier Fünftel aller Boden-Kohlenstoffverluste in diesen Regionen ausmachen würden, wobei Tundra und boreale Wälder den größten Anteil beitragen.

Warum die Verteilung der Kohlenstofftypen ein Risiko signalisiert

Der Anteil des Gesamtboden-Kohlenstoffs, der in partikulärer Form vorliegt, erweist sich als ein starkes Warnsignal. Wo dieser Anteil hoch ist, sagen die Modelle größere Rückgänge des gesamten Boden-Kohlenstoffs bei Erwärmung voraus, besonders in kalten Regionen, in denen mikrobielle Gemeinschaften und Bodenenzyme bereits auf moderate Temperaturanstiege stark reagieren. In der Tundra haben Jahre langsamen Abbaus unter kalten, nassen und sauerstoffarmen Bedingungen zur Ansammlung von Schichten teilweise zersetzten Pflanzenmaterials geführt. Erwärmen und Austrocknen sich diese Böden, erhalten Mikroben leichteren Zugang zu diesem Vorrat, der Abbau beschleunigt sich und mehr Kohlenstoff gelangt in die Atmosphäre. Boreale Wälder zeigen ein ähnliches Muster: dort sammelt sich Pflanzenstreu als partikuläres Material an und wird verwundbar, sobald Bedingungen einen schnelleren Abbau begünstigen.

Folgen für Klimaschutz und Bodenschutz

Wird der prognostizierte globale Verlust partikulären Kohlenstoffs in Kohlendioxid umgerechnet, ergeben sich bis 2100 viele zehn Milliarden Tonnen potenzieller Emissionen, was mehreren Jahren der aktuellen menschlichen Emissionen entspricht. Die Studie schlussfolgert, dass der Schutz dieses fragilen Boden-Kohlenstoffs entscheidend ist, um zusätzliche klimatische Rückkopplungen zu vermeiden. Traditionelle Maßnahmen konzentrierten sich auf die Stärkung des stabileren mineralgebundenen Kohlenstoffs, doch die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass es ebenso wichtig ist, partikulären Kohlenstoff zu sichern und, wo möglich, seine Umwandlung in stabilere Formen zu fördern. Praktiken wie das Belassen pflanzlicher Rückstände, die Wiederherstellung vielfältiger Vegetation und bodenschonende Anbaumethoden, die Bodenstörungen begrenzen, können dazu beitragen, diesen verwundbaren Kohlenstoff im Boden zu halten – besonders in kalten und hochbreiten Regionen, wo die Einsätze am höchsten sind.

Zitation: Sun, S., Cotrufo, M.F., Viscarra Rossel, R.A. et al. Global hotspots of particulate organic carbon losses under climate change. Nat Commun 17, 4695 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71321-2

Schlüsselwörter: Boden-Kohlenstoff, Klimawandel, Tundra, Permafrost, Kohlenstoffrückkopplung