Klimawandel und C-Bilanz am Beispiel Russlands

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Klimawandel und C-Bilanz am Beispiel Russlands

Management organischer Bodensubstanz

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  • Diese Karte zeigt die Verbreitung und Verteilung der einzelnen Bodengruppen, wobei insbesondere die Podzoluvisols und Podzols im Westen und Osten, die Gleysols im Norden und Schwarzerden im Bereich der Steppe, auffallen.
  • Die Pedosphäre ist die Grenzfläche zwischen Atmosphäre, Lithosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre und stellt die Sphäre der bodenbildenden Prozesse dar.
    Nach Jenny (1941) ist der Boden und dessen Entstehung eine Funktion aus Ausgangsgestein, Relief, Wasser, Flora und Fauna, menschlicher Wirtschaftsweise, Zeit, aber auch des Klimas, wobei bodenwirksame Kräfte des Klimas, Niederschlag, Temperatur, relative Luftfeuchte und Wind sind.
    Manche Forscher sind allerdings der Meinung, dass der Mensch immer noch mehr Einfluss auf den Boden nimmt, als die Atmosphäre und das Klima jemals haben wird. Jüngere Forschungen und v.a. der IPCC stellen allerdings die Gefahr für unsere Böden durch Klimaveränderungen dar.
    Alamierend sind v.a. die Feedbacks, also die Rückwirkungen, die über den Boden den Klimawandel antreiben.
  • Definition: s.o.
    Bodeneigenschaften werden durch verschiedenste Prozesse beeinflusst. Insb. das Klima bewirkt eine intensive Verwitterung und Ab- und Umbau von Bodensubstanzen. Neben den Wirkungen von Wasserbewegung, die z.b. für Stoffumlagerungen, wie das auf- und abpendeln von Salzen zuständig ist, und Austauschvorgängen im Böden an Mineral-, Humus- und Wurzeloberflächen kommt es insbesondere zu einer Veränderung durch Bodenorganismen. Die Vegetation ist ein weiterer wesentlicher Faktor des Bodens, denn über sie kommt es zu einer Anreicherung von Kohlenstoff und Stickstoff.
  • Da der Boden auch Pflanzenstandort ist, ist eine Abgrenzung zwischen Boden und Vegetation nicht immer möglich. „Climate change impacts on soil will thus be both through changes in vegetation and through direct effects” (Tinker et al. 1994: 4). Die Vegetation beeinflusst Bodenfeuchte und Oberflächentemperatur durch ihre Energie- und Wasserströme und der Boden entsprechend, bildet über die chemischen und physikalischen Eigenschaften die Grundlage zum Pflanzenwachstum.
  • Diese Karte zeigt die Verbreitung und Verteilung der einzelnen Bodengruppen, wobei insbesondere die Podzoluvisols und Podzols im Westen und Osten, die Gleysols im Norden und Schwarzerden im Bereich der Steppe, auffallen.
  • Russland ist das flächenmäßig größte Land der Erde und ist somit etwa 48x größer als Deutschland.
    Der Anteil der in der LW-Beschäftigten ist vergleichsweise hoch, wobei Russland seit 1990 eine LW-Transformation durchlebt hat und damit enorme Flächen Ackerland aufgegeben wurden.

    Das Klima ist geprägt durch starke Gradienten, von einem humiden, kontinentalem Klima im Süden, welches Steppengebiete prägt, bis zu einem subarktischem Klima der Tundra im Norden Russlands.
  • Diese Karte zeigt die Verbreitung und Verteilung der einzelnen Bodengruppen, wobei insbesondere die Podzoluvisols und Podzols im Westen und Osten, die Gleysols im Norden und Schwarzerden im Bereich der Steppe, auffallen.
  • Diese Tabelle ist eine Übersicht der Anteilsklassen der jeweiligen Bodentypen, wobei auffällt, dass kalte und humide Böden etwa 80% der Landesfläche entsprechen, was demzufolge zu einer enormen Anreicherung von OBS führt, die vergleichsweise schwer abbaubar ist.
  • Darüber hinaus sind – gerade im Kontext des Klimawandels – die mächtigen Permafrostflächen Russlands zu beachten. Unter Permafrost versteht man Böden, die in zwei aufeinanderfolgenden Jahren kontinuierliche T von 0°C oder weniger im Untergrund aufweisen. Diese Flächen bedecken in etwa 74% der russischen Landesfläche (Insular + Diskontinuierlich eingeschlossen).
    Diese Eckdaten Russlands sollen zum Verständnis der C-Bilanz und der Auswirkungen des Klimawandels auf verschiedene Umweltsysteme Russlands dienen.
  • Diese Karte zeigt die Verbreitung und Verteilung der einzelnen Bodengruppen, wobei insbesondere die Podzoluvisols und Podzols im Westen und Osten, die Gleysols im Norden und Schwarzerden im Bereich der Steppe, auffallen.
  • Um ein Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf Russland entwickeln zu können, ist die Auseinandersetzung mit allg. Grundlagen der Klimaveränderungen unumgänglich.
    Die Abbildung zeigt, dass das Globalklima auch innerhalb der letzten 1000 Jahre ständigen natürlichen Schwankungen unterlegen war. Allerdings ist auffällig, dass mit Beginn der Industrialisierung im 18Jhd. ein Trend zur stetigen Temperaturerhöhung über einen überdurchschnittlichen Wert sichtbar wird. Dieser Erwärmungstrend hängt mit der Konzentration der klimawirksamen Spurengase in der Atmosphäre zusammen.
  • Dass Temperaturschwankungen mit den Kohlendioxidgehalten der Atmosphäre zusammenhängen, zeigt Abbildung

    Bezüglich des Themas Bodens, sollte beachtet werden, dass Quellen von Spurengasen neben anthropogenen Emissionen auch durch Freisetzungen aus der Pedosphäre entstehen. Die Konzentration von CO2 hat mittlerweile den Höchstand der Geschichte erreicht. Daneben wirken Gase wie Methan (CH4), FCKWs und Distickstoffoxide (N2O) verstärkend.

  • Der IPCC stellt dazu sechs unterschiedliche Szenarien vor, welche je nach möglichen ökonomisch plausiblen Entwicklungen der Bevölkerung unterschiedliche Klimaveränderungen bewirken. Die Szenarien unterscheiden sich wie in Abb. 7 gezeigt.

    Eine Durchschnittsberechnung der Szenarien ergibt, dass die Temperatur bis zum Jahr 2100 um 1,5°C bis 4°C ansteigen wird. Regional ist diese Veränderung in einen relativ niedrigeren Anstieg in tieferen Breiten und einem höheren Anstieg in hohen Breiten differenziert .

  • Insbesondere in den hohen Breiten wird es bis zum Jahr 2100 zu einer sehr starken Temperaturerhöhung kommen. Dabei ist insbesondere Russland betroffen, was fatale Auswirkungen für das Ökosystem aber auch als positive Rückkopplung für den Klimawandel haben wird, wie in Kapitel 5 veranschaulicht.
  • Neben dem Temperaturanstieg steht als wesentliche bodenbeeinflussende Komponente der Niederschlag. Einheitliche Veränderungen auf Grundlage von Szenarien lassen sich hier nur schwer auf treffen, wie die globale Variabilität in Abbildung 4. verdeutlicht. Eine wesentliche Veränderung wird die Zunahme der Niederschlagsintensität sein.
    Die weltweit stärkste NS-Zunahme wird sich auf den russischen Raum insbesondere im Winter mit einer Zunahme von bis zu 20% auswirken, was ebenfalls fatale Auswirkungen auf die Ökosysteme und Menschen haben wird. Auch die Sommer erfahren eine NS-Zunahme um einige Prozent. Somit ist ganzjährige eine Zunahme des NS-Regimes und damit auch der Bodenfeuchte etc. zu erwarten.

    Diese Szenarien dienen als Grundlage für Modelle der Auswirkungen des Klimawandels auf einzelne Umweltbereiche Russlands, die später vorgestellt werden.

    (Im mediterranen Bereich wird von trockeneren Sommern bei steigenden Temperaturen und sinkenden Niederschlägen ausgegangen. Die Winter werden hier zwar auch wärmer, weisen aber gleichzeitig eine Erhöhung der Niederschlagsmengen auf. Die Niederschlagsmenge verringert sich hier signifikant, wobei es zusätzlich zu einer Verschiebung des Eintretens der Ereignisse kommen wird. Für Süd- und Südostasien wird sogar der stärkste Anstieg der Niederschlagssummen, was signifikanten Einfluss auf den Monsun nehmen wird und sowohl für die Böden als auch für die Landnutzung der Region, bedeutsame Folgen haben könnte. In nördlicheren Breiten soll dagegen die Niederschlagssumme v.a. in den Wintermonaten eher zunehmen.)
  • Diese Karte zeigt die Verbreitung und Verteilung der einzelnen Bodengruppen, wobei insbesondere die Podzoluvisols und Podzols im Westen und Osten, die Gleysols im Norden und Schwarzerden im Bereich der Steppe, auffallen.
  • Aktuell wird davon ausgegangen, dass der Kohlenstoffanteil in der organischen Substanz des Bodens bis in einem Meter Tiefe, doppelt so hoch ist, wie das sich in der Atmosphäre als Kohlendioxid befindliche Spurengas. Außerdem übersteigt der im Boden angereicherte Kohlenstoffanteil um den Faktor 2 (bzw. Faktor 3 bei UR Wageningen 2008: 6), den der Vegetation. Dadurch wird deutlich, dass die Böden einen großen Speicher für Kohlenstoff darstellen. Die Böden der EU tragen mit 7% Kohlenstoffanteil zur globalen Kohlenstoffsenke bei (Vgl. Stolbovoy et al. 2008: 1ff). Momentan können Böden jedoch nur maximal ein Drittel des jährlichen Kohlenstoffanstiegs binden.
  • Abbildung 7. zeigt das Schema des globalen Kohlenstoffkreislauf über dem Land mit Kohlenstoffflüssen in Gt für die 1990er Jahre. Momentan stellt der Boden noch eine Senke dar, die sich aber früher oder später in eine Quelle verwandeln wird. Wie die roten Zahlen (anthropogene Flüsse) zeigen, so ist der Eintrag und die Emission des Kohlenstoffs des Bodens unausgeglichen. Der Land Use Chance nimmt enormen Einfluss auf die Kohlenstofffreisetzung, wie später noch genauer gezeigt wird. Die schwarzen Zahlen stellen die natürlichen, vorindustriellen Flüsse zwischen Boden und Atmosphäre dar.
  • Beschäftigt man sich mit der C-Bilanzierung Russlands so stößt man auf das Problem der unzureichenden Datengrundlage. Die Karte zeigt die Beprobungsprofile des russischen Bodeninventars mit aussagekräftigen C-Analysen. Die nur geringe Beprobungsdichte in Mittelrussland macht eine eindeutige Bilanzierung des C-Pools im Boden schwer!
  • Eine Abschätzung des Soil Organic Carbon in den Böden der arktischen und subarktischen Breiten liefert der Soil Atlas of Northern Circumpolar Region der EU. Dabei fällt insbesondere der extrem hohe C-Anteil in russischen Böden auf, der nach Süden abnimmt.
  • Im Zusammenhang der C-Bilanzierung ist eine Klärung der Grundbegriffe wichtig. Definitionen s.o.
  • In der Literatur werden häufig Abschätzungen und Simulationen durchgeführt die gewissen Fehlerquellen aufweisen. Der Vollständigkeithalber ist hier eine chronologische auflistung der Abschätzung dargestellt.
    Auffällig ist, dass Nillson 2000 die russ. Böden noch als C-Quelle berechnet hat. Diese Fehleinschätzung wurde allerdings ausreichend diskutiert und verbessert. Die weiteren Abschätzungen repräsentieren die Böden als C-Senke mit einem gewissen Potential zur C-Sequestrierung, welches sich allerdings im Zuge des Klimawandels vermindern bzw. umkehren könnte.
  • Eine erste Annäherung zur C-Bilanz wird über das Potential einzelner C-Pools zur C-Speicherung getroffen. Dies geschieht im Rahmen des Full Carbon Account for Russia 2000.
    Die Werte für 2010 basieren hierbei nicht auf Messungen, sondern auf Szenarien (hier das mittlere Szenario). Von 1990 bis 2010 ist eine Pool-Vergrößerung um 3.155TgC ersichtlich. Dies entspricht einer Zunahme des Carbon-Pools um 157TgC pro Jahr.
  • Auch die C-Flüsse zeigen signifikante Veränderungen hinsichtlich des Szenario zu 2010 auf. Insbesondere eine Aufnahme von C durch die Landwirtschaft im Vgl. zu 1990 wird deutlich.
    Alle Daten sind allerdings kritisch zu betrachten, da sie die selben Probleme, wie die 1. Abschätzung von Nilsson et al. 2000 enthalten könnten.
  • Ein großes Potential der Böden zur C-Senke in Russland steckt in den 1990 im Zuge der LW-Transformation aufgegebenen Ackerböden, welche eine Anreicherung von 250-450TgC bewirken könnten. Dies würde in etwa der CO2-Emission durch die Landwirtschaft oder 25% der fossilen Brennstoffemission entsprechen.
  • Durch einen Landnutzungswandel kommt es zur Freisetzung bzw. Bindung von zusätzlichem Kohlenstoff. Die Abbildungen 18. zeigen die Veränderung von 1896 bis 2000 und die jeweilige Zunahme der Kohlenstoffemission oder Aufnahmen durch Landnutzungswandel. Die roten Farben markieren eine Zunahme an Kohlenstoffemission durch Land Use Chance, die grünen Farben zeigen die Anpassung der Ökosysteme an die vermehrten Ausstöße.
  • Diese Karte zeigt die Verbreitung und Verteilung der einzelnen Bodengruppen, wobei insbesondere die Podzoluvisols und Podzols im Westen und Osten, die Gleysols im Norden und Schwarzerden im Bereich der Steppe, auffallen.
  • Hauptsächlich entsteht Kohlenstoff im Boden durch Wurzelatmung und mikrobiellen Abbau von organischer Substanz. Abbildung 15. zeigt, wie der Klimawandel durch die verstärkte Wärmezufuhr die Bildung von Kohlenstoff durch mikrobielle Atmung beeinflusst.
  • Es ist eine Feedbackwirkung zwischen erhöhter CO2-Konzentration in der Atmosphäre und C-Freisetzung des Bodens zu erwarten, welche als microbial priming effect (Heimann et al. 2008: 291) bezeichnet wird. Durch erhöhten CO2-Gehalt und steigende Temperaturen wird die Photosynthesefunktion der Pflanzen zur CO2-Aufnahme angeregt wodurch der Kohlenstoffpool des Bodens vergrößert wird. Allerdings wird gleichzeitig auch die mikrobielle Aktivität und das Wurzelwachstum gefördert, und der zuvor labil fixierte „alte“ Kohlenstoff der unbewurzelten Bodenhorizonten, über das Wurzelwerk aus dem Boden freigesetzt wird. Somit bewirkt ein Input an CO2 durch die Atmosphäre gleichzeitig einen verstärkten Output an Kohlenstoff (siehe Abbildung 6.) (vgl. Heimann et al. 2008: 291).
  • Die Moore auf der Nordhemisphäre speichern momentan etwa 200 bis 450 Milliarden Tonnen Kohlenstoff. Das entspricht in etwa einem Anteil von 10-30 % des globalen Kohlenstoffspeichers und zwischen 30-75 % des Mengenanteils, der sich vor der Industrialisierung in unserer Atmosphäre befand.
  • Gleichzeitig setzen diese Moore eine Menge von 10 bis 65 Millionen Tonnen an Methan pro Jahr frei, was einer Emission von 25 % der globalen atmosphärischen Methanausstoßes pro Jahr entspricht. Dieses wird unter reduzierten Bedingungen in der gesättigten Zone gebildet und gelangt durch Diffusion, Aufschäumung oder Transport durch Gefäßpflanzen in die Atmosphäre. Methan kann aber durch Oxidation mit Hilfe von Bakterien beim Durchdringen der ungesättigten Zone zu Kohlenstoffdioxid übergehen.
    Sowohl die Reduktion, also die Entstehung von Methan als auch die Oxidation zu Kohlenstoffdioxid sind positiv mit der Temperatur korreliert, was im Falle eines Temperaturanstieges um nur wenige Grad Celsius einen erhöhten Pool an Methan und zusätzlichem Kohlenstoffdioxid bedeuten würde. (Vgl. Strack 2008: 55f.).
    Studien von Chapman und Thurlow (1996) in Schottland prognostizieren einen Emissionsanstieg um 17, 30 bzw. 60 % bei einem Temperaturanstieg von 1,5°C, 2,5°C und 4,5°C.
    Siehe Abbildung 9.
  • Eine Klimaveränderung hat unterschiedliche Auswirkungen auf die C-Fixierung oder Freisetzung.
    s.Abbildung
  • Das Spurengas Stickstoff wird hingegen nur in sehr geringem Maße aus Mooren freigesetzt. Die Freisetzung wird aber durch ein Herabsenken der Wassersättigung der Moore durch einen CO2-Antieg in der Atmosphäre und steigenden Temperaturen erhöht – die Stickstofffreisetzung über Dentrifikation erfolgt neben Mooren natürlich auch aus gewöhnlich feuchten Böden.
  • In den letzten 100 Jahren kam es zu einer massiven Veränderung der Permafrostböden: In Kanada hat sich die Permafrostgrenze im Durchschnitt um 39 Kilometer nach Norden verlagert. Studien haben analog dazu ergeben, dass das Auftreten von dauerhaft gefrorenen Böden um 22 % abgenommen hat. Bis 2050 wird von einer Abnahme der Permafrostflächen um 20 bis 35 % ausgegangen (Vgl. IPCC 2007b: 28, 369). Modellberechnungen von Lawrence und Slater (2005) prognostizieren einen noch drastischeren Rückgang um 90 % bis zum Jahr 2100 (Vgl. Faust et al 2009: 6).

    Im Zuge des Klimawandels wird das Auftauen solcher Böden weiter voranschreiten. Dies birgt Veränderungen der Landform, da Thermokarst und oberflächlich gesättigte Böden entstehen. Das Auftauen an Hängen kann zu Rutschungen führen, die wiederum offsite-Schäden an anderer Stelle verursachen. Außerdem hat das Auftauen auch Auswirkungen auf anthropogene Infrastrukturen und Ökosysteme (Vgl. IPCC 2007b: 369 & Strack 2008: 59).
  • Das Bild zeigt ein Haus in Jakutsk, Sibirien, welches aufgrund des Auftauen des Permafrostes zerstört wurde.
  • Die höhere Wassersättigung bewirkt dementsprechend ein Mehr an Methanbildung durch Reduktion, welches in die Atmosphäre übergehen kann. Ebenso wird durch das Tauen der im gefrorenen Boden gespeicherte Kohlenstoff wieder aktiv und kann, durch temperaturbedingte angeregte Aktivität von Organismen, abgebaut werden (Vgl. Abbildung 10.). Die Senke verwandelt sich so zur Quelle.
  • Mit einer Veränderung der Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse, kommt es zu einer weitflächigen Degradation der Böden. Degradation versteht man als „process which lower the current and/or future capacity of soils to produce goods or services“ (Greenland et al. 1994: 101). Die Hauptursache für der Beeinträchtigung der Bodenfunktionen ist Erosion. Die wichtigste Form der Bodenerosion stellt mit knapp 60 % an weltweit degradierter Fläche, die Wassererosion dar. (Vgl. Miehlich 2003: 7).
    Favis-Mortlock stellt die positive Korrelation zwischen jährlichen Bodenabtragsraten und Niederschlagsmitteln in Abbildung 21. dar. Modellrechnungen ergaben, dass bei einem Anstieg der Niederschlagsmenge um 15 % ein fast doppelt so hoher Anstieg (27 %) der mittleren jährlichen Erosionsrate zu erwarten wäre (Vgl. Favis-Mortlock 1994: 214).
  • Bodendegradation führt neben direkten Folgen wie Verlust von Vegetationsschicht, Biomasseproduktion, Nährstoffverlust (Vgl. Scharpenseel et al. 1998: 203). Durch Böden zu offsite-Schäden, wenn es zur Akkumulation von Sedimenten und Verschlämmung von Wasserläufen oder Reservoiren an anderer Stelle kommt. Sowohl on-site- als auch off-site-Schäden haben massive Auswirkungen auf die Landnutzungs der degradierten Fläche (Vgl. Kosmas et al. 1994: 26).

    Auch das steigende Erosionspotential birgt ein gewisses Risikio an Feedback-Wirkung auf den Klimawandel. Durch veränderte Bodenoberflächen durch Abtrag, steigt die Albedo, was wiederum einen Temperaturanstieg zu bedeuten hätte (Vgl. Kosmas et al. 1994: 38).
  • Diese Karte zeigt die Verbreitung und Verteilung der einzelnen Bodengruppen, wobei insbesondere die Podzoluvisols und Podzols im Westen und Osten, die Gleysols im Norden und Schwarzerden im Bereich der Steppe, auffallen.
  • Durch bestimmte anthropogene und landwirtschaftliche Maßnahmen wie die Schaffung von Kohlenstoffsenken kann versucht werden, den Klimawandel bzw. die Emissionen zu mildern.
    Eine Wiederaufforstung würde neues Senkenpotential kreieren (Vgl. IPCC 2007a: 528). In Zusammenhang mit der veränderten Landnutzung sollten landwirtschaftliche Praktiken versuchen, angemessen auf die Freisetzung von Kohlenstoff zu reagieren. Konservierende Bodenbearbeitung (z.B. Verzicht von Pflügen) kann den Anteil an organischer Substanz erhöhen und dadurch Kohlenstoff speichern (Vgl. IPCC 2007a: 528).

    Abbildung 19. zeigt das Potential verschiedener Anpassungsstrategien der Landwirtschaft, um auf den Kohlenstoffausstoß durch land use change mildert reagieren zu können. Vorgehensweisen wie z.B. der Verzicht auf Pflügen kann eine Menge von über 20 TgC/y Kohlenstoff in Europa weniger ausstoßen.
  • s. Folie

  • Insbesondere die Wirkung der Frequenz und Dauer von Starkregenereignissen ist im Kontext der Klimaveränderungen und steigender Erosivität von Bedeutung (Vgl. Richter 1998: 154 & Miehlich 2003: 7).
    Verschiedene Arten von Oberflächenabfluss wirken erodierend und beeinträchtigen die Qualität des Bodens. Bei starker Niederschlagsintensität (oder auch Schneeschmelze), kann es durch Spritz- und Planschwirkung (Ablösen von Partkeln durch Wassertropfen und darauffolgende Verfüllung der Poren) zur Verschlammung der Poren kommen, und das Wasser fließt oberflächig ab. Dieser Vorgang wird als Hortonscher Oberflächenabfluss bezeichnet. Ein verhindertes Eindringen in den Boden aufgrund einer Übersättigung oder Frost führt ebenfalls zum Oberflächenabfluss, genau genommen zum Dunnescher Oberflächenabfluss (Vgl. Baumgartner et al. 1996: S. 490ff. & Morgan 1999: 11ff).
    Durch Wash (Morgan 1999: 15) werden nach Überschreiten einer bestimmten Fließgeschwindigkeit die Bodenpartikel abgelöst und transportiert. Bei Starkregenereignissen kann es auch zu gravitativen Massenbewegungen wie Erdrutsche oder Bergstürze kommen (Vgl. Morgan 1999: 16ff).
  • Aufgrund unterschiedlicher Niederschlagsszenarien, lassen sich die Abflussregime für den monatlichen Oberflächenabfluss berechnen. Es wird auffällig, dass mit steigender Niederschlagsmenge der monatliche Oberflächenabfluss insbesondere in den Sommermonaten ansteigen wird, was eine enorme Zunahme an Wassererosion zu bedeuten hätte.
  • Bodenerosion aufgrund von Oberflächenabfluss in Portugal im Februar 2010.
  • Durch unangepasste Landwirtschaft und Holzeinschlag verstärkt der Mensch zusätzlich den Prozess der Bodenerosion. Abbildungen 13. zeigen die Auswirkungen der Wassererosion am Westhang des Pico de Orizaba in Mexiko als Folge einer unangepassten Ackerbauweise und wiederholten Starkregenereignissen.
  • Wie eine Studie von Kosmas et al. (1993) zeigt, hängt die Biomasseproduktion proportional von der Niederschlagsmenge ab. Eine Verringerung des Niederschlages in Kopplung mit steigenden Temperaturen würde durch einen Wassermangel des Bodens das Pflanzenwachstum in bestimmten Regionen (hauptsächlich des mediterranen Raumes) massiv einschränken. Dadurch wäre die Produktion der Biomasse verringert, was sich auf die Bilanz der Nachlieferung und des Abbaus von organischer Substanz negativ auswirken würde, da gegensätzlich die abbauwirksame biologische Aktivität im Boden angeregt wäre (Vgl. Kosmas et al. 1994: 29ff & Fisher 1990: 95ff).

    Durch diesen Prozess würde weniger CO2 von Pflanzen aufgenommen werden können, was einen negativen Feedback für den Atmosphäre-Biosphäre-Pedosphäre-Kreislauf bewirken würde (Vgl. Kosmas 1994: 29ff).
    Ein CO2-Anstieg der Atmosphäre ohne den Einfluss weiterer klimaändernder Faktoren würde allerdings die Biomasseproduktion stark anheben. Eine Verdopplung des Gehaltes wird sich durch eine Erhöhung der Biomasseproduktion von 25 % bei Bäumen und über 125 % bei Erntefrüchten bemerkbar machen (Vgl. Legros et al. 1994: 92)
  • Klimawandel und C-Bilanz am Beispiel Russlands

    1. 1. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Terrestrial Carbon stock [t/ha] Simon Schmidt M. Sc. Physische Geographie
    2. 2. Klimawandel und C-Bilanz Russlands Gliederung 1. Relevanz des Themas 2. Einführung in den Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Veränderungen des Klimas (global und regional) 4. C-Bilanzierung Russlands 5. Beispielhafte Auswirkungen des Klimawandels in Russland 5.1. Stoffkreisläufe 5.2. Permafrostböden 5.3. Bodenerosion 6. Fazit und Lösungsansätze Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser
    3. 3. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 1. Relevanz des Themas Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    4. 4. Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz des Themas Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Abbildung 1: Boden im Einfluss der Sphären (http://www.geowiss.uni-hamburg. de/i-boden) Bodenfunktion nach JENNY (1941): B = f (Gestein, Relief, Wasser, Flora/Fauna, Mensch, Zeit, Klima) 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    5. 5. Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz des Themas Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Definition • der Boden ist „Bestandteil des oberflächennahen Untergrunds und die an der Erdoberfläche entstandene, mit Luft ,Wasser und Lebewesen durchsetzte Verwitterungsschicht aus mineralischen und organischen Substanzen, welche sich unter Einwirkung aller Umweltfaktoren gebildet hat […]“ (LESER 2005: 107f.) 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    6. 6. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 2. Einführung in den Untersuchungsraum Russland 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    7. 7. 2. Einführung in den Untersuchungsraum Russland Abbildung 3: Ausdehnung des Landes Russland (CIA 2012) Fläche: 17.098.242km² (48x Deutschland) Landwirtschaft: 9,8% (1,6%) Industrie: 27,5% (28,6%) Dienstleistung: 62,7% (70,6%) Klima: Süden: Humides, kontinentales Klima  Steppen Norden: subarktisches Klima  Tundra Hohe Temperaturamplituden Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    8. 8. Management organischer Bodensubstanz 2. Einführung in den Untersuchungsraum Russland Semester: Sommer 2012 Abbildung 4: Verteilung der Böden Russlands (FAO 2012) Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    9. 9. Management organischer Bodensubstanz 2. Einführung in den Untersuchungsraum Russland Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Tabelle 1: Flächenanteile der Böden Russlands (STOLBOVOI 2002) Soil Group (WRB) % of Area Podzols, Cryosols 22 Gleysols, Cryosols 15 Albeluvisols 15 Cambisols, Umbrisols, Cryosols 13 Chernozem, Phaeozems, Kastanozems, Planosols 10 Histosols 7 Rendzic Leptosols, Umbrisols, Cryosols 6 Fluvisols 3 Leptosols, Arenosols 2 Andosols, Cryosols 1 Solonetz, Planosols 1 Cryosols 1 Leptosols <1 Calcisols <1 Solonchak <1 Rock outcrops, glaciers, sand 2  Kalte und humide Böden entsprechen 80% der Landesfläche  Anreicherung von organischer Bodensubstanz Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    10. 10. Management organischer Bodensubstanz 2. Einführung in den Untersuchungsraum Russland Abbildung 5: Verbreitung von Permafrost in Russland (http://www.emergingmarketsvenue.com/wp-content/ uploads/2010/11/permafrost_russia4.jpg) Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser  74% der Landesfläche: ganzjährig negative Bodentemperatur  Permafrost  Waldfläche entspricht 1/5 der globalen Fläche Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    11. 11. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 3. Zukünftige Veränderungen des Klimas 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    12. 12. Klimawandel und C-Bilanz Russlands 3. Zukünftige Veränderungen des Klimas Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Abbildung 5: Natürliche Variationen der Oberflächentemperatur der letzten 1000a auf der Nordhemisphäre (IPCC 2001) 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    13. 13. 3. Zukünftige Veränderungen des Klimas • Böden emittieren auch Spurengasen Abbildung 6.: Zusammenhang zwischen CO2- Gehalt der Atmosphäre und Temperaturschwankungen (DOW et al. 2006: 34) Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    14. 14. 3. Zukünftige Veränderungen des Klimas Abbildung 7: Schematische Darstellung der SRES-Szenarien (KAYSSER 2011) Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Abbildung 8: AR4-SRES (Assessment Report 4 - Special Report on Emission Scenarios) des Temperaturanstiegs bis 2300 (relativ zu 1980-1999) (IPCC 2007a: 762) Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    15. 15. Klimawandel und C-Bilanz Russlands 3. Zukünftige Veränderungen des Klimas Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Video 1.: Veränderung der Temperatur nach SRES-Szenario A1B bis 2100 (http://www.dkrz.de/about/media/galerie/Vis/klimaszenarien/temperaturaenderung) 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    16. 16. 3. Zukünftige Veränderungen des Klimas Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Abbildung 9: Grobschätzung der relativen Veränderung der Niederschläge (in %) für die Periode 2090 bis 2099 von Dezember bis Februar (links) und Juni bis August (rechts) (relativ zu 1980-1999) (IPCC 2007a: 767) Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    17. 17. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser 4. C-Bilanzierung Russlands Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    18. 18. 4. C-Bilanzierung Russlands Beeinflussung des allgemeinem Kohlenstoffkreislauf über dem Boden Atmosphäre Biosphäre Pedosphäre • Kohlenstoff in der organ. Substanz des Bodens doppelt so hoch wie in der Atmosphäre und doppelt (bzw. 3x bei UR Wagenigen 2008) höher als in der Biosphäre • Böden der EU: 7 %-Anteil an globaler Kohlenstoffsenke • Böden können aber nur 1/3 des jährlichen Kohlenstoffsanstiegs binden Abbildung 10: Stark vereinfachter Kohlenstoffkreislauf (http://www.tu-berlin.de) Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    19. 19. Abbildung 11: Globaler Kohlenstoffkreislauf über Land mit jährlichen Kohlenstoffflüssen in GtC in den 1990er Jahren (verändert nach IPCC 2007a: 515) 1Pg=1*1015g=1Gt 0.2: preindustrial fluxes 2.6: anthropogenic fluxes 4. C-Bilanzierung Russlands Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    20. 20. Abbildung 12: Beprobungsnetz Russlands (STOLBOVOI et al. 2001) Problem bei C-Bilanzierung: Ungenügende Datengrundlage hinsichtlich Bodenbeprobung 4. C-Bilanzierung Russlands Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    21. 21. 4. C-Bilanzierung Russlands Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands Abbildung 13: SOC im Bereich der arktischen Nordhemisphäre (JONES et al. 2009) 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    22. 22. Klimawandel und C-Bilanz Russlands 4. C-Bilanzierung Russlands Definitionen (nach IPCC 2000): Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Carbon-Pool ist „a reservoir that has the capacity to accumulate or release carbon“ Carbon-flux ist „the transfer of carbon from one pool to another per unit are and time“ 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    23. 23. 4. C-Bilanzierung Russlands C-Pool in russ. Böden: 1/5 des globalen C-Pools 1. Abschätzung: Nilsson et al. 2000: Management organischer Bodensubstanz 1990: C-Quelle: 0,53 Pg C yr-1 2010: C-Quelle: 0,16-0,39 Pg C yr-1 Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Probleme in der Datengrundlage, da das russ. Ökosystem als C-Senke dient 2. Abschätzung: Kudeyarov 2000/2005: 1990: C-Senke: 0,8-1,0 Pg C yr-1 3. Abschätzung: Shivdenko et al. 2009: 2005: C-Senke: 0,49 Pg C yr-1 4. Abschätzung: Kurganova et al. 2010: 2010: C-Senke: 0,9 Pg C yr-1 1Pg=1*1015 g=1Gigatonne Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    24. 24. 1Tg=1*1012 g=0,001Pg C-Pool 4. C-Bilanzierung Russlands Veränderungen der C-Pools 1990-2010 (basierend auf Szenarien (mean) für 2010): 1990 TgC 2010 TgC ΔTgC Tg C yr-1 Organic soil (1m layer) 292.868,20 291.768,20 -1.100,00 -55 Croplands 648,5 605 -43,50 -2,175 Pasture 338,4 561,1 222,70 11,135 Total agriculture 986,8 1.166,10 179,30 8,965 land Forests 32.861,90 35.210,00 2.348,10 117,405 Forests 725,8 778,3 52,50 2,625 products Swamps 1.334,30 1.400,00 65,70 3,285 Bogs 1.268,60 1.310,00 41,40 2,07 Total wetlands 2.602,90 2.710,00 107,10 5,355 Grassland & shrubs 3.494,10 3.030,00 -464,10 -23,205 Total phytomass 39.945,80 42.116,10 2.170,30 108,515 Coarse woody debris 4.955,90 6.150,00 1.194,10 59,705 Below-ground dead vegetation 8.841,90 9.680,00 838,10 41,905 Total plant 53.743,60 57.946,10 4.202,50 210,125 Total C 347.337,60 350.492,60 3.155,00 157,75 Tabelle 2: Veränderung der C-Pools 1990-2010 (2010 berechnet über Szenario „mean“) (verändert nach NILSSON ET AL. 2000) Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    25. 25. 4. C-Bilanzierung Russlands 1Tg=1*1012 g=0,001Pg Fluxes out of Atmosphere,TgC Tabelle 3: C-fluxes und Emissionen von 1990-2010 (2010 berechnet über Szenario „mean“) (verändert nach NILSSON ET AL. 2000) 1990 Tg C 2010 Tg C Agricultural land 967 1.127 Animal husbandry - - Biomass consumption - - Forest 1.743 1.864 Wetland 498 513 Grassland & shrubs 1.222 1.127 Total out of Atmosphere 4.430 4.632 Flux Balance (excl. Energy) -149 -227 Flux Balance (incl. Energy) 527 284 Flux into Atmosphere, TgC 1990 TgC 2010 TgC Agricultural land 746 836 Animal husbandry 252 232 Biomass consumption 363 405 Forest 1.567 1.637 Wetland 406 403 Grassland & shrub 917 812 Soil CH4-C respiration 20 20 Additional fluxes 13 13 Total fluxes out of ecosystems 4.272 4.345 Energy and industrial sectors 676 561 Total in Atmosphere 4.957 4.916 Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    26. 26. Klimawandel und C-Bilanz Russlands 4. C-Bilanzierung Russlands Landnutzungswandel in Russland als C-Senke: Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Landnutzungswandel nach 1990: Aufgabe von 30,2Mio ha Ackerland  pot. Anreicherung von org. C 250-450 TgC ~ CO2-Emission der Landwirtschaft oder 25% der Emissionen fossiler Brennstoffe 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    27. 27. 5. Beispielhafte Auswirkungen des Klimawandels in Russland Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    28. 28. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Beeinflussung des allgemeinem Kohlenstoffkreislauf über dem Boden Abbildung 15: Abhängigkeit der Bodenatmung von der Temperatur (FISHER 1990: 95) Klimawandel und C-Bilanz Russlands 5.1. Auswirkungen des Klimawandels auf Stoffkreisläufe 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    29. 29. Beeinflussung des Allgemeinem Kohlenstoff-kreislauf über dem Boden Böden als C-Quelle Abbildung 16: Feedbackwirkung des erhöhten CO2- Gehaltes und der C-Freisetzung im Boden (eigene Darstellung nach HEIMANN et al. 2008: 291) Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 5.1. Auswirkungen des Klimawandels auf Stoffkreisläufe 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    30. 30. Klimawandel und C-Bilanz Russlands 5.1. Auswirkungen des Klimawandels auf Stoffkreisläufe Beeinflussung der Stoffkreisläufe in Mooren Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser • Moore auf der NH speichern 200 bis 450 Milliarden t Kohlenstoff = 10-30 %- Anteil des globalen Kohlenstoffspeichers und 30-75 % des Mengenanteils der vorindustriellen Zeit in der Atmosphäre 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    31. 31. Beeinflussung der Stoffkreisläufe in Mooren Methanfreisetzung: • Unter red. Bedingungen: Diffusion, Aufschäumung, Transport in die Atmosphäre • Durch Oxidation: Übergang von Methan in Kohlenstoff Korrelation von Methan- und Kohlenstoffbildung mit T • Chapman und Thurlow (1996): bei T-Anstieg von 1,5°C, 2,5°C und 4,5°C, Emissionsanstieg um 17, 30 bzw. 60 % Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Abbildung 17: Zukunftsszenario zur Methanfreisetzung aus Feuchtgebieten (Moore, etc.) auf Grundlage einer Verdoppelung des CO2-Gehaltes der Atmosphäre und eines Temperaturanstieges um 3°C (ADGER 1994: 111) Klimawandel und C-Bilanz Russlands 5.1. Ausiwirkungen des Klimawandels auf Stoffkreisläufe 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    32. 32. Beeinflussung der Stoffkreisläufe in Mooren Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 5.1. Auswirkungen des Klimawandels auf Stoffkreisläufe Abbildung 18: Der Effekt des Klimawandels auf Moore (JONES ET AL. 2009) 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    33. 33. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 • Permafrostgrenze hat sich um 39 Kilometer (innerhalb 100 Jahre) nach Norden verlagert und die Fläche hat um 22 % abgenommen • Bis 2050: Abnahme um 20-35 % (Vgl. IPCC 2007b: 28, 369) • Bis 2100: Abnahme um 90 % (Vgl. LAWRENCE et al. 2005 in FAUST et al. 2009: 6) Folgen: On-Site-Schäden: Veränderungen der Landform durch Thermokarst Hangrutschungen Off-Site-Schäden: Zerstörung anthropogener Infrastruktur Zerstörung von Ökosystemen Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 5.2. Auftauen der Permafrostböden durch den Klimawandel 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    34. 34. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser 5.2. Auftauen der Permafrostböden durch den Klimawandel Abbildung 19: Schäden an einem Haus in Jakutsk (Sibirien) durch Auftauen des Permafrostes (FAUST et al. 2009: 7) Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    35. 35. 5.2. Auftauen der Permafrostböden durch den Klimawandel Feedback-Wirkung: Böden als C-Quelle Abbildung 20: Feedbackwirkung von veränderten Klimabedingungen und Anregung der Organismenaktivität zur C-Freisetzung durch Auftauen der Permafrostböden (eigene Darstellung nach HEIMANN et al. 2008: 291) Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    36. 36. 5.3. Bodendegradation durch globale Klimaänderung Degradation versteht man als „process which lower the current and/or future capacity of soils to produce goods or services“ (GREENLAND et al. 1994: 101) global 60 % degradierter Fläche durchWassererosion Abbildung 21: Positive Korrelation zwischen jährlichem Niederschlag und Erosionsrate (FAVIS-MORTLOCK 1994: 214) Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    37. 37. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 5.3. Bodendegradation durch globale Klimaänderung Folgen: On-Site-Schäden: Verlust von Vegetationsschicht Biomasseproduktion Nährstoffverlust Off-Site-Schäden: Akkumulation von Sedimenten Verschlämmung von Wasserläufen oder Reservoiren Feedback-Wirkung: durch veränderte Bodenoberflächen durch Abtrag  Veränderung der Albedo  T-Anstieg 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    38. 38. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser 6. Fazit und Lösungsansätze Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    39. 39. 6. Zusammenfassung und Lösungsansätze Maßnahmen zur Schaffung von Kohlenstoffsenken: • Reduktion der Abholzung • Wiederaufforstung • Konservierende Bodenbearbeitung Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Abbildung 25: Kohlenstoffemissions- Minderungspotential für Europa (Rothamsted Research 2005: 7) Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    40. 40. 6. Zusammenfassung und Lösungsansätze Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands • Russische Böden aktuell als C-Senke, im Zuge des Klimawandels als extreme C-Quelle • Durch Aufgabe Ackerland großes Potential zur C-Sequestrierung • Klimaänderungen werden nördliche Breiten besonders betreffen • Neben direkt spürbaren Schäden (an Infrastruktur etc.) muss mit starken positiven Rückkopplungen gerechnet werden Neben des „impact of climate change upon soil“ (SCHARPENSEEL et al. 1998: 204) müssen auch die „impacts of soil reactions and gas emissions upon climate change“ (ebd.) berücksichtigt werden! 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    41. 41. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Simon Schmidt M. Sc. Physische Geographie
    42. 42. 7. Quellenverzeichnis I BAUMGARTNER, A., LIEBSCHER, H. (1996): Allgemeine Hydrologie – Quantitative Hydrologie, Berlin Stuttgart BLUM, W. (2007): Bodenkunde in Stichworten, Berlin Stuttgart Bosco, C., Rusco, E., Montanarella, L. (2008): Effects of climate change on the soil erosion risk in alpine areas, in GLP News (2008) 4, 7-8 DAVIDSON, E. A. (1994): Climate change and soil microbial processes: secondary effects are hypothesized from better known interacting primary effects in ROUNSEVELL, M., LOVELAND, P. (1994): Soil response to climate change, Berlin Heidelberg DAVIDSON, E., JANSSENS, I. (2006): Temperature sensitivity of soil carbon decomposition and feedbacks to climate change in Nature (2006) 440, 165 – 173 DOW, K., DOWING, T. (2007): Weltatlas des Klimawandels, Hamburg DREGNE, H. E. (1990): Impact of climate warming on arid region soils in SCHARPENSEEL, H.-W., SCHOMAKER, M., AYOUB, A. (1990): Soils on a warmer earth, Amsterdam FAUST, D., FUCHS, M., HECKMANN, T., MOLDENHAUER, K.-M., SCHÜTT, B., ZIELHOFER, C. (2009): Klimawandel - Bedrohung für die Erdoberfläche in Deutscher Arbeitskreis für Geomorphologie (Hrsg.) (2009): Die Erdoberfläche – Lebens- und Gestaltungsraum des Menschen FISHER, W. (1990): Influence of climatic change on development of problem soils, especially in the alluvial domains in SCHARPENSEEL, H.-W., SCHOMAKER, M., AYOUB, A. (1990): Soils on a warmer earth, Amsterdam GREENLAND, D. J., SZABOLCS, I. (1994): Soil resilience and sustainable land use, Oxon HEIMANN, M., REICHSTEIN, M. (2008): Terrestrial ecosystem carbon dynamics and climate feedbacks in Nature (2008) 451, 289 -292 IPCC (2007a): Working Group I Report "The Physical Science Basis", Cambridge IPCC (2007b): Working Group II Report "Impacts, Adaptation and Vulnerability", Cambridge JENNY, H. (1941): Factors of soil formation, New York JONES, A., STOLBOVOY, V.; TARNOCAI, C; BROLL, G.; SPAARGAREN, O. ; MONTANARELLA, L. (Hrsg.) (2009): Soil Atlas of the Northern Circumpolar Region. Luxembourg. KOSMAS, C., DANALATOS, N. (1994): Climate change, desertification and the Mediterranean region in ROUNSEVELL, M., LOVELAND, P. (1994): Soil response to climate change, Berlin Heidelberg KUNTZE, H., ROESCHMANN, G., SCHWERDTFEGER, G. (1994): Bodenkunde, Stuttgart KURGANOVA, I.N.; KUDEYAROV, V.N.; LOPES DE GERENYU, V.O. (2010): Updated estimate of carbon balance on Russian territory . In: Tellus 62B. 497-505 LEGROS, J.P., BALDY, N., FROMIN, N., BELLIVIER, D. (1994): Crop models: Principles and adoptions to the problem of climate change in ROUNSEVELL, M., LOVELAND, P. (1994): Soil response to climate change, Berlin Heidelberg LESER, H. (Hrsg.) (2005): Wörterbuch Allgemeine Geographie, München LOZÁN, J., GRAßL, H., JENDRITZKY, G., KARBE, L., REISE, K. (2008): Warnsignal Klima: Gesundheitsrisiken – Gefahren für Menschen, Tiere und Pflanzen, Hamburg MENSCHING, H.G. (1990): Desertifikation- Ein weltweites Problem ökologischer Verwüstung in den Trockengebieten der Erde, Darmstadt MIEHLICH, G. (2003): Die Bekämpfung der Bodendegradation – eine weltweite Herausforderung in Petermanns Geographische Mitteilungen (2003/3) 147, 6-13 NEW, M., SCHULZE, R. (1996): Hydrologic sensitivity to climate change and some implications for erosion in the Langriver catchment, Western Cape, South Africa in MEADOWS, M., SALA, M. (Hrsg.) (1996): Soil erosion and land degradation in regions of Mediterranean climate, Berlin Stuttgart NILSSON, S.; SHVIDENKO, A.; STOLBOVOI, V.; GLUCK, M.; JONAS, M.; OBERSTEINER, M. (2000): Full Carbon Account for Russia. Laxanburg. RAHMSTORF, S., SCHELLNHUBER, H.J. (2007): Der Klimawandel, München RAMOS C., LIDÓN, A. L., RODRIGO, A. (1994): The effects of climate change on irrigated soils: Water resources and solute leaching in ROUNSEVELL, M., LOVELAND, P. (1994): Soil response to climate change, Berlin Heidelberg RICHTER, G. (Hrsg.) (1998): Bodenerosion – Analyse und Bilanz eines Umweltproblems, Darmstadt Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands
    43. 43. Klimawandel und C-Bilanz Russlands 7. Quellenverzeichnis II Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser RIES, J., WUNDERLICH, J., MOLDENHAUER, K.-M. (2009): Landnutzungswandel – Steuergröße der Geomorphodynamik in Deutscher Arbeitskreis für Geomorphologie (Hrsg.) (2009): Die Erdoberfläche – Lebens- und Gestaltungsraum des Menschen Rothamsted Research (2005): Climate change and land management, Harpenden Herts ROWELL, D., JONES, R. (2006): Causes and uncertainty of future summer drying over Europe in Climate Dynamics (2006) 26, 281-299 ROZANOV, B., SAMOILOVA, E. (1990): Soils of the subboreal region on a warmer earth in SCHARPENSEEL, H.-W., SCHOMAKER, M., AYOUB, A. (1990): Soils on a warmer earth, Amsterdam SCHARPENSEEL, H.-W., PFEIFFER, E. M. (1998): Impacts of Possible Climate Change Upon Soils; Some Regional Consequences in BLUME, H. P., EGER, H., FLEISCHHAUER, E., HEBEL, A., REIJ, C., STEINER, K. G. (Hrsg.) (1998): Towards Sustainable Land Use, Reiskirchen SCHEFFER, F., SCHACHTSCHABEL, P. (2010): Lehrbuch der Bodenkunde, Heidelberg SMITH, J. et al. (2007): Projected changes in the organic carbon stocks of cropland mineral soils of European Russia and the Ukraine, 1990-2070. In: Global Change Biology 13, 342-356 SOMBROEK, W. G. (1990): Soils on a warmer earth: The tropical regions in SCHARPENSEEL, H.-W., SCHOMAKER, M., AYOUB, A. (1990): Soils on a warmer earth, Amsterdam STOLBOVOY, V. (2002): Carbon in Russian Soils. In: Climate Change 55. 131-156 STOLBOVOY, V., MARÉCHAL, B., JONES, A., RUSCO, E., MONTANARELLA,L. (2008): Climate change – soil can make a difference!, Brüssel STRACK, M. (2008): Peatlands and Climate Change, Jyväskylä SZABOLCS, I. (1990): Impact of climate change on soil attributes in SCHARPENSEEL, H.-W., SCHOMAKER, M., AYOUB, A. (1990): Soils on a warmer earth, Amsterdam TAN, K. (2000): Environmental soil science, New York TINKER, P. B., INGRAM, J. S. I. (1994): Soils and global change – An overview in ROUNSEVELL, M., LOVELAND, P. (1994): Soil response to climate change, Berlin Heidelberg TINKER, P. B., INESON, P. (1994): Spoil organic matter and biology in relation to climate chance in ROUNSEVELL, M., LOVELAND, P. (1994): Soil response to climate change, Berlin Heidelberg YAALON, D. (1990): Soils on a warmer Earth in SCHARPENSEEL, H.-W., SCHOMAKER, M., AYOUB, A. (1990): Soils on a warmer earth, Amsterdam United Nations (2005): World Population Prospects The 2004 Revision Highlights, New York VARALLYAY, G. Y. (1990): Influence of climate change on soil moisture regime, texture, structure and erosion in SCHARPENSEEL, H.-W., SCHOMAKER, M., AYOUB, A. (1990): Soils on a warmer earth, Amsterdam ZUBRZYCKI, S.; KUTZBACH, L.; PFEIFFER, E.-M. (2012): Böden in Permafrostgebieten der Arktis als Kohlenstoffsenke und Kohlenstoffquelle. In: Polarforschung 81 (1), 33-46 CIA (2012): The World Factbook. In: https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/ Letzter Aufruf: 10.07.2012. DKRZ (2012): Veränderungen der Temperatur. In: http://www.dkrz.de/about/media/galerie/Vis/klimaszenarien/temperaturaenderung Letzter Aufruf: 10.07.2012. Emerging Markets Venue (???): Permafrost Russia. In: http://www.emergingmarketsvenue.com/wp-content/uploads/010/11/permafrost_russia4.jpg Letzter Aufruf: 10.07.2012. FAO (2012): Russian Soil Map. In: http://www.fao.org/ag/AGP/AGPC/doc/Counprof/Russia/figure3.htm Letzter Aufruf: 10.07.2012. Klimanavigator (2011): Emissionsszenarien. In: http://www.klimanavigator.de/dossier/artikel/011968/index.php Letzter Aufruf: 10.07.2012.
    44. 44. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 5.3. Bodendegradation durch globale Klimaänderung Verantwortlich für Wassererosion: Frequenz und Dauer von Starkregenereignissen Arten von Oberflächenabfluss: Hortonscher Oberflächenabfluss aufgrund Spritz- und Planschwirkung Dunnescher Oberflächenabfluss durch Übersättigung oder Frost Wash (Ablösen und Transport von Bodenpartikeln)  gravitative Massenbewegungen 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    45. 45. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser 5.3. Bodendegradation durch globale Klimaänderung Abbildung 22: Mittlerer monatlicher Oberflächenabfluss auf Grundlage unterschiedlicher NS-Szenarien (ΔP) ohne Änderungen der T oder E (NEW et al. 1996: 30) Klimawandel und C-Bilanz Russlands
    46. 46. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser 5.3. Bodendegradation durch globale Klimaänderung Abbildung 23: Bodenerosion durch Oberflächenabfluss in Bragança/Portugal (eigene Aufnahme 27.02.2010) Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    47. 47. Management organischer Bodensubstanz 5.3. Bodendegradation durch globale Klimaänderung Abbildungen 24: Bodenerosion am Westhang des Pico de Orizaba, Mexiko durch unangepasste Bodennutzung und Starkregenereignisse (a: 1975, b: 1978, c: 1991) (MIEHLICH 2003: 8) Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze
    48. 48. Management organischer Bodensubstanz Semester: Sommer 2012 Prof. Dr. Bruno Glaser Klimawandel und C-Bilanz Russlands 5.6. Klimabedingte Veränderungen der Biomasseproduktion und biotischer Aktivität im Boden •Biomasseproduktion hängt proportional von der Niederschlagsmenge ab (KOSMAS et al. 1994: 29) • Verringerung des NS und steigende T: Einschränkung des Pflanzenwachstums aber Verstärkung der biologischen Aktivität  Unausgeglichenheit zwischen Nachlieferung und Abbau von Biomasse  weniger CO2 kann von Pflanzen aufgenommen werden  Feedback • Nur atmosphärische CO2-Verdoppelung würde die Biomasseproduktion von Bäumen um 25 % und von Erntefrüchten um 125 % steigern (Vgl. LEGROS et al. 1994: 92) 1. Relevanz 2. Untersuchungsraum Russland 3. Zukünftige Klimaveränderungen 4. C-Bilanzierung 5. Auswirkungen des Klimawandels 6. Fazit & Lösungsansätze

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