Tropische Wälder, insbesondere der Amazonas-Regenwald, sind die wichtigste Quelle für biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs) in der Atmosphäre. Die Spezies Isopren dominiert diese Emissionen. Isopren ist eine reaktive BVOC-Spezies, die sich nur wenige Minuten bis Stunden in der Atmosphäre hält, bevor sie chemisch mit anderen Verbindungen reagiert und zur Bildung von Ozon und Aerosolen beiträgt. Damit spielt Isopren eine Schlüsselrolle bei atmosphärischen Prozessen und kann einen erheblichen Einfluss auf das globale Klima haben. Wir wissen jedoch noch immer sehr wenig über die biologischen und umweltbedingten Faktoren, die die Emission von Isopren regulieren. Daher sind die Modellschätzungen mit großer Unsicherheit behaftet. Ein besseres Verständnis dieser Faktoren ist nicht zuletzt wegen der immensen Pflanzenvielfalt im Amazonasgebiet eine Herausforderung. Es ist immer noch unklar, welche Pflanzenarten überhaupt Isopren emittieren und wie diese Emissionen saisonal und unter extremen klimatischen Bedingungen wie El-Niño-Ereignissen variieren.
Messung von Isopren-Emissionen
Um diese Unsicherheiten zu verringern, haben Eliane Gomes Alves und ihre Kolleg*innen die Isopren-Emissionen auf dem 80 Meter hohen ATTO-Turm in acht Höhen im und über dem Kronendach gemessen. Außerdem beobachteten sie 194 Bäume mit einer am Turm installierten Kamera, um die Veränderungen der Blattphänologie im zeitlichen Verlauf zu verfolgen. Von diesen 194 Bäumen beobachtete das Team 36 Bäume entlang eines Baumkronenpfades im Hinblick auf das Alter und die Phänologie der Blätter und teilweise auch im Hinblick auf die Isoprenemissionen einzelner Blätter. Insgesamt sammelte das Team über drei Jahre hinweg Daten, darunter auch 2015, ein Jahr, das durch einen starken El Niño mit einer Hitzewelle und Dürre im Amazonasgebiet gekennzeichnet war.
Die Forschenden fanden heraus, dass die Isopren-Emissionen saisonal variierten, wobei die Emissionen während der Trockenzeit und der Übergangszeit von trocken zu nass höher waren als in der Regenzeit und der Übergangszeit von nass zu trocken.
Darüber hinaus untersuchte das Team die Auswirkungen des El Niño 2015 auf die Isopren-Emissionen. Da tropische Pflanzen bei höheren Temperaturen in der Regel mehr Isopren emittieren, erwarteten sie einen deutlichen Anstieg der Emissionen während dieser extremen Hitzeperiode. Die Forschenden stellten jedoch fest, dass die Werte nur geringfügig höher waren als in der normalen Trockenzeit. Sie führen dies auf den Stress zurück, dem die Pflanzen aufgrund der durch El Niño ausgelösten Dürre ausgesetzt waren und der den erwarteten Anstieg der Isopren-Emissionen wahrscheinlich ausglich.
Der Einfluss des Blattalters
In einem nächsten Schritt untersuchten sie die Isopren-Emissionskapazität von Blättern unterschiedlichen Alters. Sie fanden heraus, dass wachsende und ausgewachsene Blätter (1 bis 6 Monate alt) die höchsten Emissionen aufweisen, während junge (bis zu 1 Monat alt) und alte (über 6 Monate alt) Blätter im Durchschnitt ein Drittel weniger Isopren emittieren. Diese Ergebnisse stimmen mit früheren Studien überein, aber Eliane Gomes Alves und ihre Kollegen konnten sie für weitere Arten bestätigen.
Die Blattphänologie im immergrünen Amazonasgebiet folgt keinem klar definierten saisonalen Muster wie in den mittleren und hohen Breitengraden. Dennoch haben viele Baumarten im Amazonasgebiet einen saisonalen Zyklus. Die Bäume neigen dazu, in der Übergangszeit von nass zu trocken neue Blätter zu treiben, was zu einem wesentlich höheren Anteil ausgewachsener Blätter in der Trockenzeit und der Übergangszeit von trocken zu nass führt. Da ausgewachsene Blätter mehr Isopren emittieren, ist die Emissionskapazität der Blätter im Amazonasgebiet in dieser Zeit am höchsten und erreicht im Oktober und November ihren Höhepunkt.
Schließlich integrierten die Forschenden ihre Ergebnisse in das weit verbreitete Modell der Emissionen von Gasen und Aerosolen aus der Natur (MEGAN). Damit wollten sie prüfen, ob sie es verbessern können und welche Faktoren dabei am wichtigsten sind. Sie fanden heraus, dass der Schlüsselfaktor zur Verbesserung der Modellvorhersagen darin besteht, die saisonalen Schwankungen der Isoprenemissionen in Abhängigkeit vom Alter der Blätter zu berücksichtigen.
Eliane Gomes Alves et al. veröffentlichten die Studie „Intra- and interannual changes in isoprene emission from central Amazonia“ Open Access im wissenschaftlichen Fachjournal Atmospheric Chemistry and Physics.
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