SAMBA - Sonneninduzierte Chlorophyllfluoreszenz (SIF) im Amazonasbecken

• Antragstellerin: Dr. Katja Grossmann
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446439624

Die Brutto-Primärproduktion (GPP) durch Photosynthese ist der größte Aufnahmemechanismus von atmosphärischem CO2 und bestimmt somit die Variabilität der anthropogenen CO2-Emissionen in der Luft. Eine erhebliche Menge an Kohlenstoff zirkuliert durch tropische Regenwälder, was einer CO2-Aufnahme durch Photosynthese oder GPP von weltweit etwa 34% ausmacht. Aufgrund großer Abweichungen bei traditionellen Messmethoden, ist das Verständnis über GPP nach wie vor gering. Um diese kritische Wissenslücke zu verringern, zielt das Projekt "SAMBA - Sonneninduzierte Chlorophyllfluoreszenz (SIF) im Amazonasbecken" darauf ab, die Kohlenstoffaufnahme und Photosynthese tropischer Regenwälder zu quantifizieren und zu analysieren wie diese von Umweltbedingungen abhängen. Wir schlagen vor, von einer neuen Beobachtungsmethode Gebrauch zu machen, um die durch Sonnenlicht induzierte Chlorophyllfluoreszenz (SIF) zu detektieren, die ein Indikator für Photosynthese darstellt und eine Abschätzung des GPP ermöglicht. Während der Photosynthese werden Teile der von Chlorophyll absorbierten Sonnenstrahlung nach Absorption photosynthetisch aktiver Strahlung (PAR) bei längeren Wellenlängen (650 - 850 nm) erneut emittiert, sogenanntes SIF mit zwei Emissionspeaks im roten (~ 685 nm) und dem fernen roten (~ 740 nm) Spektralbereich. Allerdings gibt es nur wenige Beobachtungen oberhalb der Baumkronen. Diese sind erforderlich, um SIF von in-situ Daten auf der Blattebene mit Fernerkundungsdaten auf der globalen Skala zu verknüpfen. Die vorgeschlagene Arbeit baut auf den Erfahrungen der Antragstellerin auf, mit dem neuentwickelten hochmodernen Instrument - PhotoSpec – räumlich aufgelöste simultane SIF Messungen im roten und fernen roten Spektralbereich, sowie Vegetationsindexbeobachtungen durchzuführen. Dazu wird ein PhotoSpec Instrument gebaut, welches dem ursprünglichen PhotoSpec Design entspricht, das zwischen 2015 und 2018 an der UCLA entwickelt wurde, und beinhaltet noch Modifikationen, die für den Einsatz in tropischen Regenwäldern angepasst sind. Wir schlagen vor, diesen umfassenden Datensatz mit bestehenden Beobachtungen des Kohlenstoffkreislaufs und Ökosystemmodellen zu vergleichen, um Änderungen in der saisonalen Phänologie, den CO2- Flüssen und letztendlich dem Abbauverhalten von atmosphärischem CO2 aus tropischen Regenwäldern zu untersuchen. Im Amazonas- Regenwald von Brasilien wird ein PhotoSpec Instrument aufgestellt, um kontinuierliche Abschätzungen von SIF und GPP zu erhalten. Diese Daten werden das prozessbasierte Wissen über SIF und die CO2-Bruttoflüsse verbessern, das dringend benötigt wird, um Modellsimulationen von Photosynthese-Prozessen und Kohlenstoffflüssen besser bestimmen zu können. Diese Aktivitäten werden die Grundlagenforschung an der Schnittstelle von Atmosphären-, Bio- und Umweltwissenschaften vorantreiben und wichtige Informationen liefern, um vorhergesagte Rückkopplungen des Klimawandels zu bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. André Butz