Das verborgene CO₂-Leben der Bäume: Neue Studie verändert Klimamodelle

Wenn der Stamm nicht mehr wächst, arbeiten die Blätter weiter Von außen wirkt der Baum unverändert. Seine Krone ist grün, die Blätter fangen Sonnenlicht ein und aus der Atmosphäre strömt weiterhin Kohlendioxid in das pflanzliche Gewebe. Im Inneren des Stammes kann die wichtigste Wachstumsphase zu diesem Zeitpunkt jedoch bereits beendet sein.

Eine neue Studie zeigt, dass sich die biologische Aktivität eines Baumes nicht so einfach an seinem sichtbaren Wachstum ablesen lässt. Bei mehreren nordamerikanischen Eichenarten endete die Bildung neuer oberirdischer Holzsubstanz zwei bis vier Monate früher als die Fotosynthese. Während der Stamm kaum noch neue Zellen bildete, nahmen die Blätter weiterhin Kohlenstoff aus der Atmosphäre auf.

Diese zeitliche Lücke stellt eine verbreitete Annahme infrage: Ein Baum, der mehr Fotosynthese betreibt, produziert nicht zwangsläufig im gleichen Verhältnis mehr Holz.

137 Waldstandorte und acht Eichenarten Für ihre Untersuchung verbanden die Forschenden Daten aus sehr unterschiedlichen Quellen. Satelliten erfassten anhand der sogenannten sonneninduzierten Chlorophyllfluoreszenz, wann die Baumkronen besonders aktiv Fotosynthese betrieben. Messtürme analysierten den Austausch von Kohlendioxid zwischen Wald und Atmosphäre. Kameras beobachteten die Entwicklung der Kronen, während hochpräzise Sensoren selbst kleinste Veränderungen des Stammumfangs registrierten.

Hinzu kamen mikroskopische Untersuchungen des neu gebildeten Holzes sowie lange Reihen von Jahrringdaten. Insgesamt wurden 137 Standorte in Nordamerika und acht verschiedene Eichenarten berücksichtigt. An vier Waldstandorten wurden einzelne Bäume zusätzlich mit besonders hoher zeitlicher Auflösung untersucht. Die zugehörigen Daten und Auswertungscodes wurden öffentlich zugänglich gemacht.

Das Ergebnis zeigte sich über unterschiedliche Regionen hinweg: In den östlichen USA fanden rund 36 Prozent der jährlichen fotosynthetischen Kohlenstoffaufnahme nach dem Juli statt. An den kalifornischen Standorten waren es im Mittel etwa 26 Prozent. Zu diesem Zeitpunkt reagierte das oberirdische Dickenwachstum der Stämme kaum noch auf die Wetterbedingungen des laufenden Jahres.

Warum Wachstum früher endet als Fotosynthese Der Unterschied hängt offenbar eng mit dem Wasserhaushalt der Bäume zusammen.

Damit sich neue Holzzellen bilden und ausdehnen können, benötigen sie ausreichend Wasserdruck. Dieser sogenannte Turgordruck hält die Zellen gespannt und ermöglicht Wachstum. Bei heißer, trockener Luft steigt jedoch der Wasserverlust über die Blätter. Gleichzeitig sinkt der Druck im Stamm – und die Zellteilung sowie Zellvergrößerung können zum Stillstand kommen.

Die Fotosynthese reagiert weniger abrupt. Sie wird unter Trockenstress zwar ebenfalls schwächer, kann aber unter Bedingungen weiterlaufen, bei denen die Bildung neuer Holzsubstanz bereits deutlich eingeschränkt ist.

Als wichtige Größe untersuchte das Team das Dampfdruckdefizit, auf Englisch „Vapor Pressure Deficit“ oder VPD. Vereinfacht beschreibt es, wie stark die Atmosphäre dem Baum Wasser entzieht. Je größer die Schwankungen dieser atmosphärischen Trockenheit innerhalb eines Jahres waren, desto stärker drifteten Fotosynthese und Wachstum zeitlich auseinander.

Der Baum nimmt also weiterhin Kohlenstoff auf, besitzt aber nicht mehr unbedingt die geeigneten hydraulischen Bedingungen, um daraus sofort neues Holz zu bauen.

Wohin verschwindet der aufgenommene Kohlenstoff? Genau diese Frage ist noch nicht abschließend beantwortet.

Ein Teil des Kohlenstoffs kann als Zucker oder Stärke zwischengespeichert werden. Solche nicht strukturellen Kohlenhydratreserven helfen Bäumen, lebende Zellen über den Winter zu versorgen und im folgenden Frühjahr neue Blätter, Leitungsbahnen und Triebe aufzubauen.

Frühere Radiokohlenstoffanalysen, auf die sich die Studie bezieht, deuten darauf hin, dass bei Eichen und Nadelbäumen ein erheblicher Anteil des Frühholzes aus Kohlenstoff entstehen kann, den der Baum bereits ein oder zwei Jahre zuvor aufgenommen hat. Spät im Jahr betriebene Fotosynthese kann demnach eine Art biologisches Startkapital für die nächste Vegetationsperiode liefern.

Der Kohlenstoff kann allerdings auch andere Wege nehmen: in neue Feinwurzeln und Blätter, in Früchte, Abwehrstoffe, die Zusammenarbeit mit Pilzen, die Versorgung von Bodenorganismen oder in die Atmung des Baumes. Dabei wird ein Teil vergleichsweise schnell wieder als CO₂ freigesetzt.

Für den Klimaschutz ist dieser Unterschied entscheidend. Kohlenstoff im Stamm kann über Jahrzehnte oder Jahrhunderte gebunden bleiben. Kohlenstoff in Blättern, löslichen Zuckern oder kurzlebigen Wurzeln gelangt häufig wesentlich schneller zurück in den Kreislauf.

Keine zusätzliche Klimasenke – aber wertvolles neues Wissen Die Untersuchung bedeutet daher nicht, dass Wälder überraschend viel mehr CO₂ speichern als bislang angenommen. Im Gegenteil: Sie zeigt, dass aus einer längeren Fotosyntheseperiode nicht automatisch eine entsprechend größere Holz- und Kohlenstoffmenge entsteht.

Viele Erdsystemmodelle berechnen das zukünftige Pflanzenwachstum unter anderem über die Fotosyntheseleistung. Steigende CO₂-Konzentrationen können die Fotosynthese bestimmter Pflanzen unter passenden Bedingungen verstärken. Wird dieser zusätzliche Kohlenstoff jedoch wegen Hitze, Wassermangel oder anderer Begrenzungen nicht in langlebige Holzsubstanz umgewandelt, fällt die dauerhafte Klimawirkung geringer aus.

Die Autoren kommen deshalb zu dem Schluss, dass Modelle mit einer zu engen Kopplung von Fotosynthese und Wachstum die zukünftige Kohlenstoffspeicherung von Wäldern überschätzen könnten – insbesondere in einer Welt mit häufigeren Dürren, Hitzewellen und Phasen hoher atmosphärischer Trockenheit.

Warum die Entdeckung trotzdem eine gute Nachricht ist Gute Klimanachrichten bestehen nicht immer darin, dass ein Problem kleiner ist als gedacht. Manchmal liegt der Fortschritt darin, es genauer zu verstehen.

Die neue Studie zeigt, an welchen Stellen Klimamodelle verbessert werden können. Künftige Berechnungen könnten stärker unterscheiden zwischen kurzfristiger CO₂-Aufnahme, Speicherung in Reservestoffen und langfristigem Einbau in Holz. Dadurch lassen sich die Leistung von Wäldern, ihre Reaktion auf Trockenheit und der Nutzen verschiedener Schutzmaßnahmen realistischer bewerten.

Auch die Waldforschung erhält neue Ansatzpunkte. Entscheidend ist offenbar nicht allein, wie lange Blätter grün bleiben. Ebenso wichtig sind der Wasserhaushalt, die Temperatur, die Baumart, das Alter der Bäume, die Bodenbedingungen und die Fähigkeit, aufgenommenen Kohlenstoff tatsächlich in langlebige Strukturen umzuwandeln.

Noch gilt das Ergebnis nicht für alle Wälder Die Untersuchung konzentrierte sich auf acht Eichenarten in Nordamerika. Besonders detaillierte Wachstumsdaten stammten von 35 Bäumen an vier Standorten und umfassten insgesamt sieben Standortjahre. Die Forschenden erfassten zudem nicht direkt sämtliche möglichen Kohlenstoffflüsse, etwa in Feinwurzeln, Bodenorganismen, Pilznetzwerke oder die Atmung.

Auch Prozesse wie die spätere Verdickung und Verholzung bereits gebildeter Zellwände lassen sich mit Stammsensoren nur begrenzt erkennen. Ob und wie stark sich das Muster bei tropischen Bäumen, europäischen Mischwäldern oder borealen Nadelwäldern zeigt, muss daher weiter untersucht werden. Die Arbeit liefert einen wichtigen Mechanismus, aber noch keine globale Endabrechnung.

Wälder sind mehr als grüne CO₂-Sauger Die Studie macht deutlich, wie komplex ein Baum auf seine Umwelt reagiert. Er ist kein Behälter, in den Kohlendioxid hineinströmt und anschließend automatisch als Holz liegen bleibt. Kohlenstoff wird aufgenommen, verteilt, gespeichert, verbraucht und teilweise wieder abgegeben.

Gerade dieses genauere Verständnis kann helfen, Wälder wirksamer zu schützen. Denn langfristige Kohlenstoffspeicherung hängt nicht nur davon ab, wie viele Bäume vorhanden sind. Sie hängt ebenso davon ab, ob diese Bäume unter den Bedingungen der Zukunft gesund wachsen und über viele Jahrzehnte erhalten bleiben können.