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Dienstag, 24.04.2018

Gestein setzt riesige Mengen Stickstoff frei

Verwitterung ist eine bedeutende Quelle von Nährstoffen für Böden und Ökosysteme.

Von Walter Willems

Die Kalksteinformationen der Pinnacles von Gunung Mulu in Borneo sind ein Beispiel für Verwitterung, bei der große Stickstoffmengen frei werden können.
Die Kalksteinformationen der Pinnacles von Gunung Mulu in Borneo sind ein Beispiel für Verwitterung, bei der große Stickstoffmengen frei werden können.

© Paul White on FLICKR

Stickstoff gilt – neben Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff – als unentbehrliches Element für das Leben. Bei der Stickstoffbilanz der Erde standen Forscher allerdings vor einem Rätsel: Bisher ging man davon aus, dass das Element, das ständig in Ökosystemen der Erdoberfläche – etwa in Pflanzen und Böden – eingelagert wird, aus der Atmosphäre stammt. Sie besteht zu 78 Prozent aus Stickstoff.

Nun haben US-Forscher eine weitere Quelle gefunden: Große Stickstoffmengen, die in Gestein gebunden sind, werden durch Verwitterung freigesetzt. „Das wusste man so nicht“, sagt Sönke Zaehle vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena. „Das trägt zum Verständnis des Erdsystems bei.“

Das Team um Ben Houlton von der University of California in Davis hatte in den Klamath Mountains in Nordkalifornien einen Zusammenhang zwischen dem Stickstoffgehalt im Felsgestein und dem der umliegenden Bäume festgestellt. Durch Berechnungen und Modelle bestimmten die Forscher nun, wie viel Stickstoff je nach Gesteins- und Landschaftstyp freigesetzt wird.

Demnach setzt Verwitterung pro Jahr weltweit zwischen 19 und 31 Millionen Tonnen Stickstoff frei. Damit würde bis zu 26 Prozent der Stickstoffmenge, die in vorindustrieller Zeit zirkulierte, aus Gestein stammen, schreiben sie. Heute wären es – wegen hoher Stickstoffemissionen durch Verkehr und Industrie – bis zu 16 Prozent. „Unsere Studie zeigt, dass Stickstoffverwitterung eine weltweit bedeutende Quelle von Nährstoffen für Böden und Ökosysteme ist“, erklärt Houlton.

Allerdings schwankt der Stickstoffgehalt je nach Gesteinsart stark. Demnach enthält Sedimentgestein, das einen Großteil der Erde bedeckt, pro Kilogramm etwa 500 bis 600 Milligramm Stickstoff, andere Gesteinstypen dagegen unter 100 Milligramm. Ob der Stoff tatsächlich freigesetzt wird, hängt aber von der Verwitterung ab. Diese variiert etwa je nach Struktur des Gesteins, Relief und Klima.

Hohe Verwitterungsraten gibt es demnach in Gebirgsregionen wie Anden, Himalaya oder Alpen, ähnlich auch in Alaska und Nordkanada oder im Norden von Russland. Dagegen wird in Afrika, Australien und vielen tropischen und subtropischen Regionen nur wenig Stickstoff frei.

Diese Kalkulationen sind auch wichtig für Prognosen zum Klimawandel, da Stickstoff das Wachstum von Pflanzen ankurbelt und somit bei der Aufnahme des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) eine Rolle spielt.

(dpa)

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