Modellierung des Einflusses von Silizium- und Kalzium-Verfügbarkeit auf die zukünftige Stabilität des arktischen Kohlenstoff-Reservoirs, basierend auf Labor- und Feldexperimenten

• Antragsteller: Dr. Mathias Göckede; Professor Dr. Jörg Schaller
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404594332

Der zur Zeit beobachtete Anstieg der globalen Temperaturen im Rahmen des Klimawandels ist besonders ausgeprägt in der arktischen Region. Diese Entwicklung droht, den bedeutenden Kohlenstoff (C) Speicher in arktischen Permafrostböden zu destabilisieren, mit enormen potentiellen Konsequenzen für das globale Klima. Der C-Kreislauf der arktischen Permafrostsysteme, und somit auch die Stabilität der C-Speicher unter zukünftigen Klimabedingungen, ist allerdings nicht nur abhängig von der Temperatur. Die Menge des emittierten Kohlenstoffs (v.a. in Form von CO2 und CH4) wird zudem beeinflusst von Faktoren wie z.B. Bodenfeuchte, Bodentemperatur oder Boden-pH. Zudem ist auch die Qualität des organischen Materials (Nährstoffgehalt, Gehalt von bestimmten C-Verbindungen) von Bedeutung, wobei vor allem dem Element Phosphor (P) eine besondere Rolle zugeordnet wird. Über den Einfluss anderer Elemente auf den C-Kreislauf in Permafrostsystemen ist bislang nur wenig bekannt. Speziell zwei Elemente sind bekanntermaßen wichtig für den C-Umsatz in marinen Systemen, Silizium (Si, wichtig für die C-Fixierung in Diatomeen) und Calcium (Ca, wichtig für die C-Fixierung in Coccolithophoriden). Für terrestrische und semi-aquatische Systeme existieren bisher nur wenige Studien über den Zusammenhang zwischen dem Si- und dem Ca-Gehalt und dem C-Umsatz. Es wurde kürzlich gezeigt dass Si zur Mobilisierung von P beitragen kann, wohingegen Ca bekanntermaßen die P-Verfügbarkeit durch Bildung von schwer löslichen Ca-P Phasen reduziert. Das Ziel des beantragten Projektes ist die Abschätzung des Einflusses der Verfügbarkeit von Si und Ca auf die P-Verfügbarkeit und die Mineralisierung von organischem Material in Permafrostböden, sowie die Identifikation möglicher positiver Rückkopplungen mit dem Klimawandel. Wir werden in-situ und Laborexperimente durchführen, welche eine Erhöhung der Si und Ca-Verfügbarkeit (Mobilisierung durch Vertiefung der Auftauschicht im Permafrost bei Klimaerwärmung) mit dem Abbaus organischer Substanz und einer damit verbundenen Veränderung der CO2/CH4-Emissionen aus Permafrostböden in Verbindung setzen. Diese Ergebnisse werden anschließend genutzt, um zu testen, ob eine Berücksichtigung derartiger Si- und Ca-Effekte in prozessbasierten Landoberflächenmodellen zu einer verbesserten Simulation der Kohlenstoffprozesse beitragen kann. Die Qualität der Modellergebnisse wird mithilfe gemessener Austauschflüsse aus einem pan-Arktischen Stationsnetzwerk evaluiert werden. In Kombination mit Prognosesimulationen hinsichtlich der Auftautiefe von Permafrostböden und gewonnenen Daten zur vertikalen Verteilung von Si und Ca werden wir abschätzen, wie sich die Verfügbarkeit von Si und Ca auf regionaler Skala in der Arktis zukünftig verändern wird. In Verbindung mit dem erweiterten Prozessmodell ermöglicht uns diese Information eineAbschätzung des Si/Ca-Einflusses auf die C-Flüsse in Permafrostböden und deren Anteil am zukünftigen C-Kreislauf in Permafrostböden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen