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Die lebende Haut der Wüste

Anonim

Wüstenorte sind auf Biokrusten angewiesen - Flechten, Moose, Pilze -, die Jahre brauchen, um zu wachsen.

Jeff Mitton / Universität von Colorado

An einem kühlen Septembermorgen rumpelt eine Karawane internationaler Wissenschaftler an den ikonischen Formationen des Canyonlands National Park in Utah vorbei. Über die Äonen haben Wind und Wasser diese Landschaft in ein Labyrinth aus überwältigenden Bögen und Spitzen aus rotem Sandstein gehauen. Die Forscher wundern sich über die Formationen, die sich so sehr von ihren eigenen Hinterhöfen unterscheiden - so weit entfernt wie China, Niger, Australien und Spanien. Als sie jedoch zu einer kurzen Wanderung zum Pothole Point auf den Parkplatz einfahren, richtet sich ihre Aufmerksamkeit direkt auf ihre Füße.

Ein dicker, holperiger Film bedeckt große Flecken der riesigen Sandsteinplatten. Die Flecken ähneln verbranntem Boden, als ob ein Feuer zurückgeblieben wäre, nur diese verkohlten Reste. Aus nächster Nähe ahmen die Spots die Topografie der Canyonlands auf einer winzigen Skala nach: Zentimeter hohe Türme erheben sich über einem Netz von Tälern. Diese dunklen, knusprigen Böden erstrecken sich über das trockene Colorado-Plateau in der Region Four Corners.

Hier lebt der Boden.

Biologische Bodenkrusten oder Biokrusten sind mit Gemeinschaften winziger photosynthetischer Organismen und anderer Lebensformen überfüllt. Biokrusten sind in einigen Teilen der Welt meistens Cyanobakterien, eine der ältesten Mikroorganismen der Erde. Andere Biokrustgemeinschaften, wie diese auf dem Colorado-Plateau, umfassen Moose, Flechten und Pilze. Die ersten Wissenschaftler, die sie untersuchten, nannten diese lebenden Krusten "Kryptogamus" - Griechisch für "versteckte Ehe" -, weil ihr inneres Wirken immer noch rätselhaft war. Biokrusten sind zwar geheimnisvoll, aber für gesunde Trockengebiete auf der ganzen Welt von entscheidender Bedeutung. Aber jetzt sind die Ökologen besorgt, dass ein sich veränderndes Klima sie gefährden könnte.

Mach die Kruste nicht kaputt

Trockengebiete bedecken fast die Hälfte der Landmasse der Welt und tragen mehr als 2 Milliarden Menschen. Biokrusten sind wichtige Bestandteile dieser ariden Ökosysteme. Wenn es regnet - und in der Wüste im Südwesten kommt es im Monsunregen zu Regen - diese Gipfel und Täler auf der Bodenoberfläche helfen, das Wasser zu halten. Dies verbessert sowohl die Wasseraufnahme als auch die Erosion. Biokrusten fügen außerdem dem nährstoffarmen Boden Stickstoff und Kohlenstoff hinzu, ein wichtiger Service für Pflanzen. Am wichtigsten ist jedoch, dass der klebrige Schleim der Cyanobakterien und die wurzelartigen Filamente der Moose den Boden mit der Erde verbinden.

"Der Wind kann durch dieses Ökosystem peitschen, Sie fast niederreißen, und diese Kruste wird zu 100 Prozent solide bleiben", sagt Sasha Reed, Forschungsökologin beim Southwest Biological Science Center der US Geological Survey (USGS) in Moab, Utah.

Utahs Canyonlands.

Bill Bowman / Universität von Colorado

Biokrusten brechen trotz ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Wind unter Druck. Wenn Wanderer, Biker und Fahrzeuge von etablierten Wegen abweichen oder Vieh züchten, können sie eine Spur nackter Erde hinterlassen, in der früher Krusten lebten. Dann, wenn der Wind weht, schleudern diese Bereiche Sand auf.

"Dieser Staub wird in die Atmosphäre gelangen", sagt Reed. „Die Fruchtbarkeit geht weg. Es wird woanders deponiert. “Und wenn sich Staub aus Utah in den verschneiten Rocky Mountains in Colorado ansiedelt, beschleunigen diese dunklen Sandpartikel die Schneeschmelze im Frühling, indem sie mehr Sonnenenergie absorbieren.

Aufgrund des begrenzten Wassers der Wüstenökosysteme und anderer Faktoren kann es lange dauern, bis sich diese gestörten Gebiete erholt haben. Im besten Fall werden Cyanobakterien den Boden in etwa fünf Jahren wieder besiedeln. Es dauert weitere 20 Jahre, bis sich eine mit Flechten und Moosen reiche Gemeinde etabliert hat. An sehr trockenen Orten wie dem Death Valley in Kalifornien sagen Wissenschaftler, dass die vollständige Genesung bis zu 250 Jahre dauert. Und beunruhigenderweise zeigen aktuelle Studien, dass der Klimawandel Biokrusten genauso sicher auslöschen kann wie körperliche Störungen.

Klimamanipulation

Etwa 12 Meilen nordöstlich von Moab teilt ein dünner elektrischer Zaun eine Mesa mit Blick auf den Colorado River. Darin befinden sich 20 Versuchsaufbauten, in denen USGS-Forscher zukünftige Klimata simulieren, um zu erfahren, wie Biokrusten reagieren können.

Infrarotlampen überhängen einige Abschnitte und halten sie konstant um 7 Grad Fahrenheit wärmer als die Kontrolldiagramme. Andere Parzellen werden regelmäßig mit Wasser benebelt. Einige erhalten beides. Auf diese Weise können Wissenschaftler die einzelnen Faktoren der Erwärmung und des Niederschlags betrachten und untersuchen, wie diese beiden Faktoren zusammenwirken können.

"Wir wissen, dass die Temperaturen steigen werden", sagt Jayne Belnap, USGS-Ökologin und Pionierin im Bereich Biokrustenforschung. "Niederschlag, das ist viel variabler, und die Leute wissen nicht wirklich, was passieren wird." Die Zukunft könnte leichte, regelmäßige Regenfälle mit sich bringen. Oder wir sehen häufiger starke Regenfälle. Oder vielleicht weniger häufig, aber noch größere Stürme.

Ein Testdiagramm, mit dem die Forscher messen, wie Biokrusten auf den Klimawandel reagieren.

Jennifer Lavista / USGS

Reed steht neben einem Grundstück, das sowohl mit Wärmelampen als auch mit Licht und regelmäßigen Wasseranwendungen bestraft wird. Der Boden sieht mit Füßen getreten aus. Es ist überraschend, dass schon ein wenig Wasser diese Art von Schaden verursachen kann. Reed und Belnap glauben, dass das Wasser den Krusten gerade genug Feuchtigkeit verleiht, um den Stoffwechsel anzuregen, aber nicht genug, um die Energie zu ersetzen, die sie verbrauchen, zumal die Hitze die Verdampfung beschleunigt.

Was beunruhigt ist, wie schnell die erwärmten und verwässerten Krusten verschwunden sind - sie waren in weniger als einem Jahr unfruchtbar. "Man kann sofort erkennen, welche davon bewässert wurden", sagt Belnap. "Früher sah alles so aus", sagt sie und deutet auf ein entferntes Kontrolldiagramm mit sichtbaren, dicken Krusten.

"Es war umwerfend und enttäuschend und etwas aufregend", sagt USGS-Forscher Scott Ferrenberg, der Hauptautor eines Papiers, der Daten aus diesen Experimenten analysiert.

Andere Forscher, wie etwa Fernando Maestre, Professor an der Rey Juan Carlos Universität in Spanien, führen ähnliche Experimente in anderen Teilen der Welt durch. Fast 75 Prozent von Spanien sind als Trockengebiete klassifiziert. „Klimamodelle sagen für Spanien eine wirklich sehr starke Erwärmung voraus, besonders im Sommer. Und der Sommer in Spanien ist schon sehr heiß “, sagt er. "Wir müssen wissen, was passieren wird, bevor wir darüber nachdenken können, wie man dies abschwächen kann."

Maestres Experimente zeigen ähnliche Ergebnisse wie die von USGS.

Unterstützte Migration

Die Zukunft sieht für Biokrustgemeinschaften und damit für die Stabilität von Wüstenböden nicht gut aus, da wir uns weiterhin auf ein wärmeres Klima konzentrieren. Aber die Forscher halten noch Hoffnung. „Wir versuchen, uns einer optimistischeren Phase zuzuwenden, um zu sehen, ob wir diesen Gemeinden auf irgendeine Weise helfen können, zurückzukehren“, sagt Ferrenberg. Mehrere Universitäten versuchen, Biokrustorganismen in Gewächshäusern zu kultivieren und wieder in beschädigte Landschaften zurückzuführen. Die Ergebnisse sind bisher gemischt. In China sprühten Regierungswissenschaftler eine mit Cyanobakterien beladene Gülle über die wachsenden Sanddünen und stoppten ihren Vormarsch. Aber die jüngsten Experimente in New Mexico und Utah waren ein Hit oder Miss, und es ist nicht klar, warum. „Die Jury ist restauriert und wie viel Erfolg wir angesichts des Klimawandels haben könnten“, sagt Ferrenberg.

Wissenschaftler untersuchen auch die unterstützte Migration, ein kontrovers diskutiertes Thema in der Ökologie, bei dem Arten von einem Ort, an dem sie sich gerade befinden, an Orte gebracht werden, an denen sie möglicherweise überleben, wenn der Globus wärmt. Das USGS-Team von Moab hat gerade ein neues „Common Garden“ -Experiment gestartet, um herauszufinden, welche Krustengemeinschaften sich in einem wärmeren Utah am besten schlagen könnten. Sie sammelten Krustenproben aus verschiedenen Ökosystemen im Südwesten und züchteten sie in einem Gewächshaus an der Northern Arizona University. Anfang des Jahres verbreitete das Team diese Proben in benachbarten Utah-Parzellen. Ähnlich wie Klimabilder in der Nähe des Colorado River werden die Hälfte dieser Parzellen mit Infrarotlampen erwärmt, um die Zukunft zu simulieren.

„Im Moment sehen die Grundstücke wie Sand mit Konfetti-Farben aus. Wir warten also ab, wie sich diese Gemeinschaften im Laufe der Zeit entwickeln werden “, sagt Reed. Wenn die einheimischen Krusten der erwarteten Erwärmung nicht standhalten können, könnten die Krusten möglicherweise bereits an heißere Wüsten angepasst werden.

Am Ende ist es vielleicht wichtiger, die Funktion des Ökosystems des Biokrusts zu bewahren als Arten, die im Colorado-Plateau beheimatet sind.

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