Das Kongobecken ist das zweitgrößte zusammenhängende tropische Waldgebiet der Erde. Obwohl es so groß ist und eine so wichtige Rolle im globalen Klimasystem spielt, gibt es keine empirischen Daten über den Gasaustausch des Waldes mit der Atmosphäre. Vor allem in Bezug auf die Treibhausgase Lachgas und Methan tappt die Forschung noch im Dunkeln.
Von anderen tropischen Wäldern ist bekannt, dass sie eine wichtige Quelle für Lachgas und eine Senke für Methan sind. Da aber für den Kongo keine vergleichbaren Daten vorliegen, beschränkt sich die Untersuchung des Verhaltens dieser Treibhausgase dort bisher auf Modellierungen. Die für die Modelle verwendeten Daten stammen aus dem Amazonasgebiet, Indonesien und dem tropischen Teil Australiens; daher gingen die Wissenschaftler bis heute davon aus, dass sich das Kongobecken ähnlich verhält wie diese anderen tropischen Wälder.
Nun hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von ETH-Professor Johan Six diese Lücke teilweise geschlossen. In einer aufwändigen und schwierigen, mehrjährigen Messkampagne haben die Wissenschaftler ermittelt, wie viel Methan und Lachgas der Tropenwald des Kongobeckens aufnimmt oder abgibt. Ihre Studie – eine der ersten zu diesem Thema für diesen Teil der Welt – wurde jetzt in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Zwischen 2016 und 2020 haben die Forscher die Gasflüsse an mehreren Standorten in drei verschiedenen Waldtypen im Kongobecken gemessen. Zu den untersuchten Waldtypen gehören Bergwald, tropischer Tieflandwald und periodisch überfluteter Sumpfwald.
Divergierende Gasflüsse
Damit zeigt sich zum ersten Mal, dass sich die Gasflüsse der tropischen Wälder des Kongobeckens von denen anderer tropischer Regionen der Welt unterscheiden. So sind zum Beispiel die Lachgasemissionen des Waldes vergleichsweise gering. “Das war unerwartet”, sagt Matti Barthel, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Six und Hauptautor der Studie. “Unsere Messungen sowohl bei den ersten kurzen Messkampagnen als auch bei späteren Langzeitstudien haben die Modellannahmen nicht bestätigt”, sagt er.
Anders verhält es sich bei Methan. Gemäss den Modellen sollte das Kongobecken eine Methansenke sein. Die ETH-Forscher konnten dies für die montanen und tiefliegenden tropischen Wälder bestätigen. Weil aber die viel kleineren Sumpfwälder des Kongobeckens periodisch enorme Mengen dieses Treibhausgases ausstossen, scheint der kongolesische Tropenwald insgesamt eine Methanquelle zu sein. Während der Regenzeit stoßen die Sumpfwälder bis zu 1.500-mal mehr Methan aus als in der Trockenzeit, wodurch die Senkenkapazität der beiden anderen Waldtypen aufgehoben wird.
Um zu verstehen, warum sich der Wald im Kongobecken in Bezug auf diese Klimagase anders verhält, schauten die Forscher “in den Boden”, wie Six sagt. In einer Studie untersuchten sie Mikroorganismen und ihre Funktionen, in einer anderen die Isotopenzusammensetzung des Stickstoffs im Distickstoffoxid. Beide Studien deuten darauf hin, dass Bodenmikroben den Großteil des Lachgases in gasförmigen Stickstoff (N2) umwandeln, um Energie für ihren Stoffwechsel zu gewinnen. Dadurch wird dieses starke Treibhausgas aus der Atmosphäre entfernt. N2 selbst ist harmlos – es macht 80 Prozent der Atmosphäre aus.
Forschung unter verschiedenen Bedingungen
Für diese Studie führten die ETH-Forscher erstmals Gasmessungen im Kongobecken durch. “Afrika ist bei solchen Klimagasmessungen unterrepräsentiert, und das Kongobecken ist besonders schlecht erforscht”, sagt Barthel. Seines Wissens gibt es für dieses Gebiet nur eine einzige Studie von belgischen Forschern aus dem Jahr 1963. Nicht nur, dass die Forschung in Zaire, der heutigen Demokratischen Republik Kongo, nach der Machtübernahme durch Mobutu fast völlig zum Erliegen gekommen ist, das riesige Land am Äquator ist auch heute noch sehr schlecht zugänglich und seine Infrastruktur ist in einem desolaten Zustand.
Professor Six begann 2008/09 mit den Vorarbeiten zu dieser Studie und nahm an zwei Expeditionen zum Kongofluss teil. Angesichts der Ergebnisse dieser beiden Expeditionen bat er Barthel, den Gasfluss aus diesem Tropenwald zu untersuchen – ein fehlendes Teil im Puzzle des globalen Kohlenstoffkreislaufs. Barthel führte erste Messungen im Jahr 2016 im Rahmen einer zweimonatigen Erkundungsexpedition durch. Diese Expedition führte ihn in die Region Kivu im Osten der Demokratischen Republik Kongo. Die Auswertung der Daten zeigte ihm, dass überraschend wenig Lachgas aus dem montanen Wald in die Atmosphäre entweicht.
Erstmals Dauerbeobachtungen durchgeführt
In den folgenden Jahren richteten Barthel und lokale Wissenschaftler zwei permanente Messstationen ein, eine in der Region um Kisangani, die andere im Kahuzi-Biéga-Nationalpark im Osten des Kongo. Dort wurde dann in mehreren 7- bis 14-tägigen Messkampagnen über das Jahr verteilt der Gasaustausch zwischen der Atmosphäre und dem Boden gemessen.
Von 2019 bis 2020 betreiben die Forscher eine weitere Messstation im Westen des Landes, in den Sumpfwäldern der so genannten Cuvette Centrale. “Dort waren die Methanemissionen zeitweise exorbitant”, sagt Barthel. Diese Sumpfwälder nehmen nur etwa 7 Prozent der gesamten Tropenwaldfläche im Kongobecken ein, emittieren aber eine so große Menge Methan, dass sie die negativen Emissionen des restlichen Waldes mehr als ausgleichen, so der Forscher.
“Bei der ersten Erkundungsexpedition haben wir schnell gemerkt, dass wir keine Hightech-Messgeräte einsetzen können”, sagt Barthel und fügt hinzu, dass die allgemeine Versorgungslage zu schlecht ist und es keine Möglichkeit gibt, Ersatzteile zu bekommen, wenn etwas kaputt geht. Auch die Stromversorgung sei nicht stabil, “deshalb haben wir mit möglichst einfach zu bedienenden, zuverlässigen und robusten Geräten gearbeitet, die mit Batterien betrieben werden können.”
Nicht eine einzige Sonde ging verloren
Die Messstationen wurden von Forschern der örtlichen Universitäten überwacht. Lokale Mitarbeiter entnahmen auch Gasproben, füllten sie in Fläschchen und schickten sie zur Laboranalyse nach Zürich. Von den mehr als 6.500 Proben ging während des Transports nicht eine einzige kaputt oder verloren. “Das ist fast ein Wunder, denn oft sahen die Kartonschachteln, in denen die Röhrchen auf die Reise geschickt wurden, schon sehr mitgenommen aus”, sagt der ETH-Forscher schmunzelnd.
Datum: Februar 7, 2022
Quelle: ETH Zurich
Matti Barthel, Marijn Bauters, Simon Baumgartner, Travis W. Drake, Nivens Mokwele Bey, Glenn Bush, Pascal Boeckx, Clement Ikene Botefa, Nathanaël Dériaz, Gode Lompoko Ekamba, Nora Gallarotti, Faustin M. Mbayu, John Kalume Mugula, Isaac Ahanamungu Makelele, Christian Ekamba Mbongo, Joachim Mohn, Joseph Zambo Mandea, Davin Mata Mpambi, Landry Cizungu Ntaboba, Montfort Bagalwa Rukeza, Robert G. M. Spencer, Laura Summerauer, Bernard Vanlauwe, Kristof Van Oost, Benjamin Wolf, Johan Six. Low N2O and variable CH4 fluxes from tropical forest soils of the Congo Basin. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-27978-6