Harte „Haut“ auf der Oberfläche von Böden hilft, Staubstürme in Schach zu halten | Wissenschaft

Vor zwei Jahren hoben sich 24 Millionen Tonnen Staub hoch über Afrika und bildeten eine Wolke, die über den Atlantik wirbelte und Puerto Rico mit einer rosa Patina bedeckte. Ein ungewöhnlich mäandernder Jetstream half dabei, die Monsterstaubwolke zu starten. Aber diese Woche haben Ökologen einen weiteren Faktor bei solchen Stürmen herausgefunden: das Verschwinden von Biokruste, einer mikrobiellen Matte, die Trockenlandböden bedeckt und dabei hilft, Staub an Ort und Stelle zu halten. „Er klebt den Sand zusammen“, sagt Bettina Weber, Ökologin an der Universität Graz und Co-Autorin der neuen Studie.

Von Vieh zertrampelt und durch den Klimawandel versengt, wird dieser Klebstoff in Zukunft wahrscheinlich schwächer werden, sagen Forscher, und den Boden dem Wind zum Opfer fallen lassen. Die Staubstudie „zeigt, dass der Verlust von Biokruste in einem Gebiet der Welt weitreichende und weitreichende Auswirkungen haben kann“, sagt Rebecca Finger-Higgens, Ökologin beim US Geological Survey.

Eine Biokruste ist eine harte Oberflächenbeschichtung oder „Haut“, die typischerweise einige Millimeter dick ist und eine blühende Gemeinschaft von Pilzen, Flechten, Moosen, Cyanobakterien und anderen Mikroben enthält. In der Vergangenheit haben Ökologen Biokrusten, die Böden an trockenen, halbtrockenen und extrem kalten Orten auf der ganzen Welt bedecken, wenig Beachtung geschenkt. Forscher haben jedoch erkannt, dass diese Beschichtungen Nährstoffe produzieren und verarbeiten, die Organismen in der Nähe benötigen, um zu gedeihen, insbesondere in trockenen Umgebungen. Sie helfen auch einem trockenen Boden, seine geringe Feuchtigkeit zu behalten.

Im Jahr 2018 kartierten Weber, Postdoc Emilio Rodriguez-Caballero und ihre Kollegen alle Biokrusten der Erde und kamen zu dem Schluss, dass sie 12 % der Landoberfläche bedecken. Anschließend haben sie sich mit Klimamodellierern und Staubexperten zusammengetan, um herauszufinden, vor wie viel Staubbildung der Biokrustenkleber aktuell warnt. Zunächst stellten die Forscher Daten darüber zusammen, wie viel Wind nötig ist, um die Biokruste zu zerstören und den Boden wegzublasen. Sie berechneten die Staubemissionen an 31 verschiedenen Standorten und speisten die Ergebnisse dann in ein Modell ein, das die weltweite Staubemission vorhersagte – und wie stark sie ohne die Biokrusten steigen würde. „[They] verwendet eine sehr elegante Kombination aus Felddaten und Modellierung“, sagt Fernando Maestre, ein Trockenlandökologe an der Universität Alicante.

Biokrusten reduzieren den Staub in der Luft um 700 Millionen Tonnen pro Jahr, berichten Weber und ihr Team diese Woche in Natur Geowissenschaften. Diese Menge würde ganz New York City unter 35 Zentimeter Staub begraben. Die Studie „platziert Biokrusten als Schlüsselakteure bei der weltweiten Vermeidung von Staubemissionen“, sagt Maestre.

In den nächsten 65 Jahren werden zwischen 25 % und 40 % dieser Krusten verschwinden, sagt Rodriguez-Caballero, jetzt an der Universität von Almeria. Etwa die Hälfte der Zerstörung wird durch den Klimawandel verursacht, der Bodenorganismen bedroht; Andere Schäden entstehen durch Trampeln durch Menschen, Vieh und landwirtschaftliche Maschinen.

Finger-Higgens und Kollegen haben die Auswirkungen des Klimas dokumentiert. In einer halbjährlichen Langzeituntersuchung von Parzellen im Canyonlands-Nationalpark in Utah fanden sie heraus, dass besonders Biokrustenflechten leiden, wenn die Temperaturen steigen. Da die Temperaturen in den Canyonlands pro Jahrzehnt um 0,27 °C anstiegen, seien Flechten, insbesondere solche, die helfen, Stickstoff in der Luft in eine Form umzuwandeln, die andere Organismen verwenden können, fast verschwunden, berichtete das Team am 11. April in der Proceedings of the National Academy of Sciences. Mit weniger Stickstoff können weniger Pflanzen überleben, was immer mehr nackten Boden und mehr Staubemissionen hinterlässt, sagt Finger-Higgens.

Biologische Bodenkruste aus Flechten, Cyanobakterien, neben einer Sukkulente.
Biokrusten bilden sich aus Gemeinschaften von Flechten, Bakterien und anderen Mikroben.Bettina Weber

Einige Auswirkungen eines staubigeren Klimas sind unklar, sagen Forscher. Der Einfluss von luftgetragenem Staub auf Temperaturen hängt zum Teil von der Größe der Partikel ab. Staubpartikel liefern Keime für die Wolkenbildung und können dazu führen, dass Schnee schneller schmilzt. Obwohl Staub beim Transport wichtiger Nährstoffe für das Pflanzenleben hilft, kann er Atemprobleme und andere Gesundheitsprobleme für Menschen verschlimmern.

Bisher wurde erwartet, dass staubige Orte wie die Sahelzone grüner und weniger staubig werden, da höhere Kohlendioxidwerte eine düngende Wirkung haben, aber der Verlust der Biokruste wird diesem Prozess wahrscheinlich bis zu einem gewissen Grad entgegenwirken, stellen Weber und ihre Kollegen fest. „Biokruste, Staub, [and] Klima alle gegenseitiges Feedback“, sagt Diana Francis, eine Atmosphärenwissenschaftlerin an der Khalifa University, die nicht an der Arbeit beteiligt ist.

Klimamodellierer haben oft übersehen, wie Biokrusten Temperatur und Niederschlag beeinflussen, sagt Michael Mann, Atmosphärenwissenschaftler an der Pennsylvania State University, University Park. Die Auswirkungen abnehmender Biokrusten sollten nicht dramatisch genug sein, um in globalen Klimamodellen einen großen Unterschied zu machen, sagt er. Aber Joseph Prospero, ein atmosphärischer Chemiker an der Universität von Miami, warnt davor, dass „es große Gebiete der Erde gibt, für die wir im Wesentlichen keine Informationen über Biokrusten haben“. Das kann sich ändern. Weber, Maestre, Finger-Higgens und andere Experten für Biokrusten suchen nach Finanzmitteln für standardisierte Messungen von Biokrusten auf der ganzen Welt.

Forscher sagen jedoch, dass die Notwendigkeit, diese fragilen Gemeinschaften zu schützen, bereits klar ist. Die Verringerung der Emissionen und die Änderung der landwirtschaftlichen und anderen Landnutzungspraktiken können dazu beitragen, ihren Rückgang umzukehren, sagt Maestre. „Die Ergebnisse liefern starke Argumente für den Erhalt von Biokrustengemeinschaften weltweit.“

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