Im Oktober 2018 veröffentlichte der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) seine berichten über die Machbarkeit, dass wir das von den Vereinten Nationen auf dem Pariser Klimatreffen 1.5 vorgeschlagene 2015°C-Ziel einhalten. Das IPCC gab der Welt etwa 12 Jahre Zeit, um die COXNUMX-Emissionen radikal zu senken, oder wir werden mit sehr ernsten Klimastörungen konfrontiert. Sie interessierten sich jedoch nicht nur für die Reduzierung der Verbrennung fossiler Brennstoffe, sondern auch für „negative Emissionen“, wie wir Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen können. Pflanzen und Böden sind riesige Kohlenstoffspeicher und erhalten daher viel Aufmerksamkeit.

Weizenfeld
Ein Weizenfeld. Bild: Martin Hodson.

Am 5. Juli 2019 Basti et al. veröffentlichte ein Papier in Science, in dem eine massive globale Baumpflanzaktion befürwortet wurde, um zur Lösung des Problems des Klimawandels beizutragen. Das Papier sorgte für einige Kontroversen. Alle sind sich einig, dass das Pflanzen von Bäumen eine gute Sache ist, aber die Aussage in der Zusammenfassung: „Dies unterstreicht die globale Wiederherstellung von Bäumen als unsere bisher effektivste Lösung gegen den Klimawandel“, beunruhigte viele Klimatologen. Sie waren der Meinung, dass die beste Lösung für den Klimawandel darin besteht, die Emissionen zu reduzieren. Top-Klimawissenschaftler, Stefan Rahmstorf, schrieb eine ausführliche Antwort auf das Papier. Bäume zu pflanzen sei eine gute Idee, „aber wir dürfen uns nicht der Illusion hingeben, wie viele Milliarden Tonnen CO2 Dies wird aus der Atmosphäre entfernt. Und schon gar nicht für die Illusion, dass wir damit Zeit gewinnen, bevor wir auf fossile Brennstoffe verzichten“, schrieb Rahmstorf.

Weltweit ist die Kohlenstoffspeichermenge in Böden größer als in Pflanzen, etwa 75 % des globalen terrestrischen Kohlenstoffspeichers, und es besteht ein erhebliches Interesse daran, wie wir die Bindung erhöhen und dadurch Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen können. Ein Schlüsselproblem bei der Kohlenstoffbindung in Böden ist ihre Reversibilität. Daher ist die organische Bodensubstanz anfällig für den Abbau durch Mikroorganismen mit der daraus resultierenden Freisetzung von Kohlendioxid zurück in die Atmosphäre.

Weizenblatt-Phytolithen. Bild: Martin Hodson.

In der gleichen Woche wie die Bastin et al. Artikel erschien in Science, mit etwas weniger Tamtam veröffentlichte ich meinen Artikel zur Kohlenstoffbindung in Phytolithen in Grenzen in der Geowissenschaft. Ich arbeite seit fast 40 Jahren an Phytolithen und habe gesehen, wie das Feld in dieser Zeit bemerkenswert gewachsen ist, aber immer noch haben viele Wissenschaftler, sogar Pflanzenwissenschaftler, keine Ahnung, was ein Phytolith ist!! Lösliche Kieselsäure wird von Pflanzenwurzeln aufgenommen, und Phytolithen sind feste Kieselsäurekörper, die sich in Pflanzenzellen bilden. Gräser und Getreide nehmen mehr Kieselsäure auf als die meisten anderen Pflanzengruppen und enthalten daher mehr Phytolithe. Es gibt zwei Haupttypen von Phytolith, solche, die sich im Zelllumen bilden, und solche, die sich in der Zellwand auf einer Kohlenhydratmatrix bilden. Die Kieselsäure stärkt die Pflanzen und wirkt als Abwehr gegen Fressfeinde. Die Phytolithen nehmen die Form der Zellen an, in denen sie gebildet werden und viel Arbeit durch die Internationales Komitee für Phytolith-Taxonomie (ICPT) hat sich darauf konzentriert, sie zu kategorisieren. Phytolithe sind resistent gegen Abbau im Boden. Daher werden sie routinemäßig von Archäologen und Paläoökologen verwendet, um frühere Ernährungsweisen, Landwirtschaft und Umwelt zu bestimmen.

In 2005 Parr und Sullivan, die Australier, schlugen vor, dass Phytolithen erhebliche Mengen an Kohlenstoff im Boden binden könnten. Wenn dies zutrifft, würde die Sequestrierung die reversible Natur der Kohlenstoffspeicherung in Böden verringern. Diese Idee war jedoch umstritten, hauptsächlich weil verschiedene Methoden zur Herstellung von Phytolithen unterschiedliche Werte für die Kohlenstoffkonzentrationen in Phytolithen ergeben. Ein hoher Wert würde darauf hindeuten, dass die Sequestrierung in Phytolithen global wichtig war, aber ein niedriger Wert würde bedeuten, dass sie unbedeutend war.

Seltsamerweise wurde nur sehr wenig darüber nachgedacht, welche Arten von Phytolithen bei der Sequestrierung am wichtigsten waren. Waren es die Lumentypen oder die in der Zellwand? In meiner Arbeit habe ich versucht, es herauszufinden. Ich habe zunächst die Geschichte des Kohlenstoffs in Phytolithen und die aktuellen Debatten um dieses Thema skizziert. Ich habe dann die Literatur recherchiert, um herauszufinden, welche Phytolithen Zellwandtypen sind. Es ist oft nicht einfach, mit Lichtmikroskopie sicher zu sein, also suchte ich nach Studien mit Transmissions- oder Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenmikroanalyse. Viele davon wurden in den 1980er Jahren veröffentlicht, oft in den Annals of Botany, und ziemlich häufig von mir und meinen Mitarbeitern! Die Epidermis von Blättern und Stängeln ist der Hauptort, insbesondere in Gräsern und Getreide, und primäre Zellwände, Makrohaare, Stachelhaare und der Wandvorsprung von Papillen sind oft verkieselt.

Als nächstes versuchte ich, die Kohlenstoffkonzentrationen in den Phytolithen des Lumens und der Zellwand zu ermitteln. Es gibt sehr wenige Daten dazu, aber was es gibt, deutet darauf hin, dass Zellwandtypen viel mehr Kohlenstoff enthalten als Lumentypen. Sind die Zellwandtypen also wichtiger bei der Kohlenstoffbindung? Das Problem ist, dass sie als empfindlich und zerbrechlich und anfälliger für den Abbau im Boden gelten, oder zumindest scheint dies die allgemeine Weisheit zu sein. Aber als ich die Literatur recherchierte, konnte ich keine direkten Beweise für diese Behauptung finden. Kleinere Phytolithen mit einem großen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zerfallen schneller, aber niemand scheint sich Zellwandtypen angesehen und sie mit denen aus dem Lumen verglichen zu haben. Als nächstes wandte ich mich der archäologischen und paläoökologischen Literatur zu. Was ich entdeckte, war, dass Zellwand-Phytolithen Hunderte oder sogar Tausende von Jahren intakt in Böden und Sedimenten überleben können. In zwei Fällen wurden sie in Verbindung mit Dinosaurierresten gefunden.

So können zumindest einige Zellwand-Phytolithen lange Zeit im Boden überleben, und es scheint durchaus möglich, dass sie beträchtliche Mengen an Kohlenstoff enthalten, der in ihrer silikatischen Struktur geschützt ist. Können Phytolithe also im Kampf gegen den Klimawandel helfen? Wir wissen es nicht genau, aber es ist zumindest eine Möglichkeit, die es wert ist, untersucht zu werden. In meiner Arbeit habe ich einige Forschungsbereiche skizziert, die dringend angegangen werden müssen, damit wir das herausfinden können.