Wissenschaftler entdecken neue Quelle für Treibhausgase

8. Juli 2015

Moose, Flechten und Cyanobakterien produzieren große Mengen an Lachgas

Foto: Katharina Lenhart

Strauchförmige, blättrige und krustige Wuchsformen von Flechten besiedeln Baumrinden, aber auch Erdboden und Felsen. Der Baum wird hierbei lediglich als haftender Untergrund, aber nicht für eine parasitäre Lebensweise genutzt

Mit einer für das Klima wichtigen Eigenschaft überraschen vermeintlich unscheinbare Lebewesen: Flechten, Moose und Cyanobakterien geben große Mengen des Treibhausgases Lachgas (N₂O) und geringe Mengen Methan (CH₄) an die Atmosphäre ab. Danach ist dieser flächige Bewuchs – die sogenannten kryptogamen Schichten, zu denen auch weitere Mikroorganismen gehören – für vier bis neun Prozent des aus natürlichen Quellen stammenden N₂O verantwortlich. Dies fanden Wissenschaftler der Universität Heidelberg, der Universität Gießen und des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz in umfangreichen Laboruntersuchungen heraus. Ihre Forschungen haben zugleich gezeigt, dass mit steigender Temperatur auch die Menge des emittierten Lachgases ansteigt. „Mit Blick auf die globale Erwärmung gewinnt unsere Entdeckung damit zusätzlich an Bedeutung“, sagt der Heidelberger Geochemiker Prof. Dr. Frank Keppler. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Global Change Biology“ veröffentlicht.

Prof. Dr. Frank Keppler

Ausgangspunkt der Forschungsarbeiten war die Frage, ob kryptogame Schichten überhaupt N₂O und CH₄ abgeben und wie sich gegebenenfalls klimatische Bedingungen auf die Emissionswerte auswirken. Dazu untersuchten die Wissenschaftler 68 Proben unterschiedlicher Flechten, Moose und Cyanobakterien aus verschiedenen Klimaregionen. Sie erfassten die Treibhausgasemissionen der Organismen bei verschiedenen Temperaturen, Wassergehalten, Lichtbedingungen und Stickstoffdüngung, um so die Auswirkung der Umweltbedingungen auf die Freisetzung der Klimagase zu ermitteln.

Wie die Untersuchungsergebnisse belegen, sind die Methanemissionen von kryptogamen Schichten mit Blick auf globale Dimensionen zwar zu vernachlässigen. Bemerkenswert sind nach Ansicht der Experten jedoch die hohen Freisetzungsraten für Lachgas, das mit einem hohen Treibhauspotential um ein Vielfaches schädlicher wirkt als CO₂. Generell konnte das Forscherteam zeigen, dass die Emissionen von N₂O und CH₄ ab einer Temperatur von 20 Grad Celsius stark zunehmen. Deshalb vermuten die Wissenschaftler, dass die von Flechten, Moosen und Cyanobakterien stammenden Methan- und Lachgasemissionen im Zuge der globalen Erwärmung ansteigen könnten. Wie Prof. Keppler erläutert, würde dies vor allem in Wäldern der gemäßigten Breiten von größerer Bedeutung sein, wo kryptogame Schichten eine der Hauptquellen für Lachgasemissionen darstellen.

Die Forschungsarbeiten knüpfen an die Ergebnisse früherer Untersuchungen in Mainz an. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie hatten dabei entdeckt, dass kryptogame Schichten große Mengen Kohlendioxid und Stickstoff aus der Atmosphäre aufnehmen. Danach binden Flechten, Moose und Cyanobakterien in etwa so viel Kohlendioxid wie bei der Verbrennung von Biomasse oder fossilen Brennstoffen jährlich freigesetzt werden. Die jetzt veröffentlichte Studie wurde außerdem von Forschungsergebnissen aus dem Team von Frank Keppler angestoßen: Sie belegen, dass auch Pflanzen und Pilze Methan produzieren können. Bis dahin war allgemein angenommen worden, dass biogenes Methan ausschließlich unter Sauerstoffausschluss bei der Zersetzung organischen Materials entsteht.

Bei den Untersuchungen zu den Lachgas- und Methanemissionen von Flechten, Moosen und Cyanobakterien arbeitete Prof. Keppler mit Dr. Katharina Lenhart vom Institut für Pflanzenökologie der Universität Gießen und Privatdozentin Dr. Bettina Weber vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz zusammen. In einem nächsten Schritt werden die Wissenschaftler ihre im Labor gefundenen Ergebnisse in Feldstudien überprüfen und weitere Organismen in die Untersuchungen einbeziehen.

Frank Keppler ist Heisenberg-Professor am Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg und forscht dort auf dem Gebiet der Biogeochemie. Zuvor war er als Arbeitsgruppenleiter am Mainzer MPI für Chemie tätig.

Originalveröffentlichung:
K. Lenhart, B. Weber, W. Elbert, J. Steinkamp, T. Clough, P. Crutzen, U.  Pöschl and F. Keppler: Nitrous oxide and methane emissions from cryptogamic covers. Global Change Biology (7 July 2015), doi: 10.1111/gcb.12995