Flussmündungen als Klimagas-Hotspot

Lachgas hat eine viel stärkere Klimawirkung als Kohlendioxid. Es wird unter anderem aus Böden, Mooren und Flüssen freigesetzt. Wann, wo und wie viel Lachgas in die Luft entweicht, ist bisher aber nicht ausreichend erforscht.

Ein Team um die Doktorandin Gesa Schulz vom Helmholtz-Zentrum Hereon hat die Lachgasproduktion in der Elbmündung jetzt genauer untersucht und dabei regelrechte Hotspots entdeckt. Die Ergebnisse, die heute in der Zeitschrift Biogeosciences erschienen sind, können helfen, die Lachgasquellen weltweit besser abzuschätzen.

Beim Thema Klimawandel ist meist vom Treibhausgas Kohlendioxid die Rede, das durch die Verbrennung von Erdgas, Erdöl und Kohle in großen Mengen freigesetzt wird. Übersehen wird dabei oft, dass es noch andere potente Treibhausgase gibt, die weit weniger erforscht sind. Zu ihnen zählt insbesondere das Lachgas (N2O), dessen Klimawirkung fast 300-mal stärker als die des Kohlendioxids ist. N2O wird vor allem durch biologische Prozesse und den Abbau von Stickstoffverbindungen in der Landwirtschaft freigesetzt, aber auch Flüsse oder Moore können Lachgas abgeben. Wo, wann und wie viel Lachgas weltweit in die Atmosphäre entweicht, ist aber noch unklar. Der Weltklimarat schätzt, dass ein Prozent des Stickstoffs, der in die Flüsse gelangt, nach der biochemischen Umwandlung als Lachgas in die Luft aufsteigt. Doch sind dies grobe Schätzungen.

Zu viel Stickstoff aus der Landwirtschaft

Ein Team um die Doktorandin Gesa Schulz vom Helmholtz-Zentrum Hereon hat deshalb genauer hingeschaut und die Lachgas-Produktion in der gesamten Elbmündung von Geesthacht östlich von Hamburg bis in die Nordsee über mehrere Jahre und in unterschiedlichen Jahreszeiten gemessen. Wie die Wissenschaftler im Fachjournal „Biogeosciences“ schreiben, setzt die Elbmündung über das ganze Jahr Lachgas frei – wobei die Menge von Jahreszeit zu Jahreszeit schwankt. Zudem unterscheidet sich die Lachgasproduktion von Flussabschnitt zu Flussabschnitt. „Unsere Daten zeigen, dass die Hauptquelle für die Lachgasproduktion die Landwirtschaft ist, die Stickstoff ausbringt“, sagt Gesa Schulz. „Vor allem im Winter, wenn die Pflanzen nicht wachsen und kaum Stickstoff aufnehmen, gelangt mit dem Regen und dem schmelzenden Schnee viel Stickstoff in den Fluss.“ Durch biochemische und mikrobielle Prozesse wird der Stickstoff dann zum Teil zu Lachgas umgewandelt. Zwar liefen diese Prozesse im kalten Wasser nicht so schnell wie im Sommer ab. Weil während des Winters aber oft starke Stürme das Wasser der Elbe aufwühlen und durchmischen, gelangt zu dieser Jahreszeit trotzdem vergleichsweise viel Lachgas in die Atmosphäre.

Gesa Schulz und ihre Kollegen haben auch herausgefunden, dass es in der Elbe zwei Lachgas-Hotspots gibt: Besonders viel Lachgas setzt der Hamburger Hafen frei. Hinzu kommt der Mündungsabschnitt von Cuxhaven bis hinter Brunsbüttel, in dem sich das Elbewasser bei Flut stark mit dem Wasser aus der Nordsee vermischt. Dieser Elbeabschnitt wird als „Zone der maximalen Trübung“ bezeichnet – als „Maximum turbidity zone“ (MTZ).

Algenblüten erzeugen Lachgas

Die Lachgasproduktion in der MTZ ist darauf zurückzuführen, dass im Frühjahr und im Sommer in der küstennahen Nordsee viele Mikroalgen gedeihen. Diese werden bei Flut flussaufwärts in die MTZ transportiert. Sterben die Algen dort ab, werden sie mikrobiell und biochemisch zersetzt, wobei viel Lachgas frei wird. Im Hamburger Hafen ist die Situation etwas anders. Im Frühjahr und Sommer transportiert die Elbe große Mengen an Süßwasseralgen flussabwärts bis in den Hamburger Hafen, die vor allem aufgrund des durch die Landwirtschaft eingetragenen Stickstoffs wachsen konnten. Da die Elbe im Hamburger Hafen für die großen Frachtschiffe auf etwa 15 Meter ausgebaggert ist, gelangen die Algen dort aus dem lichtdurchfluteten Oberlauf der Elbe plötzlich in tiefes dunkles Wasser, wo sie absterben. Damit steht viel Biomasse für den biochemischen Abbau zur Verfügung, der viel Sauerstoff verbraucht, was die Lachgrasproduktion begünstigt. Entsprechend groß ist dort im Sommer die Lachgasproduktion.

Gemeinsam Lösungen finden

Zusammen mit Sozialwissenschaftlern der Universität Hamburg arbeitet Gesa Schulz im Hamburger Exzellenzcluster „Climate, Climatic Change and Society“ (CLICCS) daran, die Situation zu verbessern und in Abstimmung mit verschiedenen Institutionen aus dem Elbegebiet und der Hamburg Port Authority, neue Wege für ein nachhaltiges Management zu finden. „Wir wollen herausfinden, mit welchen Maßnahmen sich der Stickstoffeintrag in die Elbe und die Produktion von Lachgas im Fluss verringern lässt.“ Später sollen auch die Landwirte entlang der Elbe einbezogen werden, um Lösungen zu finden, die sich im Alltag auch tatsächlich umsetzen lassen.

Darüber hinaus sind die Daten, die Gesa Schulz und ihre Kollegen erhoben haben, sehr wichtig, um die Lachgasproduktion in Flussmündungen grundsätzlich besser einzuschätzen. Für die letzten Jahrzehnte zeigen die Messungen in der Atmosphäre und die Abschätzungen des Weltklimarats einen kontinuierlichen Anstieg der N2O-Emissionen. Die N2O-Quellen sind aber bislang nicht identifiziert oder genau vermessen. „Wir leisten einen Beitrag, um diese offenen Fragen zu beantworten“, sagt Gesa Schulz. „Das macht es auch möglich, das Problem regional durch gezielte Maßnahmen anzugehen.“ Ihre Forschung kann zudem dazu beitragen, die Lachgasemissionen künftig in Computer-Klimamodellen besser zu berechnen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Gesa Schulz I Helmholtz-Zentrum Hereon I Institut für Kohlenstoffkreisläufe
T: +49 (0) 4152 87-1853 I gesa.schulz@hereon.de

Originalpublikation:

https://doi.org/10.5194/bg-20-3229-2023

Weitere Informationen:

https://hereon.de/innovation_transfer/communication_media/news/111506/index.php….