Science-Fiction trifft auf Fakten mit Moorgehegen im Versuchswald

BOVEY – Über einem moosbewachsenen Moor in einem Versuchswald stehen Plattformen aus Polycarbonat auf Aluminiumstegen, die drei verzweigte Promenaden bilden. Die Promenaden verbinden achteckige Bauwerke, die sich 26 Fuß über dem Boden erheben. Jede Struktur ist mit transparenten Scheiben ummantelt und mit einer Reihe von Geräten verbunden, die die Innenumgebung steuern.

In jedem der 10 Gehäuse klappen Laubkuppeln in regelmäßigen Abständen automatisch zu, um Gasproben zu entnehmen, und öffnen sich dann wieder. Baumstämme werden in Silber eingewickelt, um den Wasserverbrauch zu messen, und Roboter manövrieren durch unterirdische Tunnel, um Wurzelsysteme zu fotografieren. Überall gibt es Drähte und Antennen, auch auf einem mit Instrumenten beladenen Turm in der Mitte jedes Gehäuses.

Hat jemals jemand erwähnt, dass das SPRUCE-Experiment – das Akronym steht für Spruce-Peatland Responses Under Changing Environments – wie etwas aus der Science-Fiction wirkt?

„Das habe ich alles gehört“, gab der Gelehrte Paul Hanson zu, „aber es ist wissenschaftliche Realität.“

Obwohl das SPRUCE-Experiment nichts Eingebildetes ist, haben seine Forscher doch etwas mit den Schöpfern der Science-Fiction gemeinsam. Typischerweise extrahieren Science-Fiction-Geschichten Zukunftsszenarien aus dem, was wir über die Gegenwart wissen, und versuchen, sich vorzustellen, wie das Leben unter diesen Bedingungen aussehen wird.

Im SPRUCE-Experiment simulieren Wissenschaftler Bedingungen in einer Reihe möglicher Zukünfte mit unterschiedlich starker Klimaerwärmung. Im extremsten Fall setzen sie die natürliche Vegetation in einem Moor im Norden von Minnesota einer anhaltenden Erwärmung von 9 Grad Celsius aus.

„24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr, wir haben 16 bis 17 Grad Fahrenheit zusätzlich zu dem, was Sie messen, hinzugefügt, was, wie Sie sich vorstellen können, im August ziemlich heiß werden kann“, erklärte Hanson diesen Zustand . „Dieses Experiment soll über ein Gehäusesystem verfügen, das uns einen Einblick in eine mögliche Zukunft gibt.“

Die Entstehung des SPRUCE-Experiments reicht zwei Jahrzehnte zurück, bis hin zu Gesprächen zwischen Mitarbeitern des Oak Ridge National Laboratory in Tennessee. Hanson ist dort ein Firmenmitarbeiter, obwohl er ursprünglich aus Minnesota stammt und hier ein Haus am See unterhält.

„Viele andere, sehr nützliche Studien zur Erwärmung werden in Petrischalen, in Gläsern auf Laborregalen oder mit unterschiedlichen Methoden in kleineren Parzellen durchgeführt“, erklärte Hanson. „Ziel des Oak Ridge National Lab war es, ein experimentelles System zu entwickeln, das die Vielfalt des untersuchten Systems abdeckt.“

In Minnesota gab es bereits einen „Versuchswald“ mit Torfmooren, einem Geländetyp, der besonders wichtig ist, um sich die Zukunft eines sich erwärmenden Planeten vorzustellen.

„Torfgebiete“, sagte Hanson, „speichern ein Drittel des terrestrischen Kohlenstoffs auf der Erde. Die Frage lautet also: Wenn wir das Klima ändern, unter dem diese Torflandbestände seit der letzten Eiszeit gespeichert und entwickelt wurden ... was passiert dann?“ Ihr Schicksal sein? Werden sie dort bleiben oder werden sie als Treibhausgase in die Atmosphäre freigesetzt?“

Der Marcell Experimental Forest, ein 2.819 Hektar großes Forschungsgebiet etwa 25 Meilen nördlich von Grand Rapids im Chippewa National Forest, wurde 1962 mit Blick auf die Untersuchung von Moorwassereinzugsgebieten ausgewiesen. Das SPRUCE-Experiment – durchgeführt von Oak Ridge und finanziert vom US-Energieministerium – wurde mit Genehmigung des US-Forstdienstes durchgeführt.

Die Anlagen gingen im Herbst 2015 für einen zehnjährigen Versuch in Betrieb. Nach Abschluss der Studie im Jahr 2025 werden die Kammern abgebaut und das Moor in seinen natürlichen Zustand zurückversetzt. „Vielleicht entscheiden sie sich dafür, diese Promenaden beizubehalten, weil sie so einen guten Zugang zum Moor für zukünftige Arbeiten haben“, sagte Hanson.

Angesichts des Umfangs des Experiments, das letztendlich Gesamtkosten von über 20 Millionen US-Dollar haben wird, verschwenden Wissenschaftler kein einziges Datum. In einem Kontrollgehäuse – eines, das nicht beheizt ist, um eine Basislinie festzulegen – erklärte Hanson den Zweck zahlreicher Geräte, die im Laubwerk angebracht sind, um den Zustand des Ökosystems zu überwachen. Jedes Instrument ist in jedem der 10 Gehäuse nachgebildet, die unterschiedlich starker Erwärmung und Kohlendioxiderhöhung ausgesetzt sind.

Die Website-Administratoren nehmen die Sicherheit ernst. Als die Journalisten der News Tribune vor Ort eintrafen, leitete Hansons Kollege Kyle Pearson ein Briefing, das Szenarien bis hin zur unwahrscheinlichen, aber denkbaren Möglichkeit behandelte, dass der Kohlendioxidgehalt eines Geheges für die menschliche Atmung gefährlich werden könnte.

„Es gibt eine akustische Sirene und ein visuelles Blitzlicht“, erklärte Pearson. „Es ist nicht so, dass Sie rausrennen müssen, weil Ihr Leben in großer Gefahr ist, aber Sie möchten das Gehege auf geordnete Weise verlassen.“

Obwohl die Gehäuse an „Biodome“-Experimente erinnern mögen, sind sie tatsächlich nach oben offen: Die Simulation realer Bedingungen in vollständig geschlossenen Umgebungen wäre einfach zu komplex, erklärte Hanson.

„Um ökologische Studien durchzuführen, muss man Schneefall und Niederschlag haben“, sagte er. „Das fügt ein enormes Maß an Komplexität hinzu, weil es eine Chemie im Niederschlag gibt, ganz zu schweigen von der Dynamik der Schneeflockenbildung.“ Obwohl die Trennwände unter jedem Gehegerand etwa drei Meter oder mehr in den Boden hineinragen, finden dennoch einige wilde Tiere ihren Weg hinein.

„Vögel können einfliegen, wenn sie möchten. Insekten fliegen ein und aus. Wir sehen Frösche, Schlangen und gelegentlich Nerze“, sagte Hanson. „Ich weiß nicht genau, wo sie reinkommen, aber sie können auch in Ihr Haus gelangen.“

Es wird Jahre dauern, bis alle Ergebnisse der Studie verarbeitet und veröffentlicht sind, aber was die globale Erwärmung angeht, sind die Nachrichten bisher nicht gut. „Alle Ausmaße der Erwärmung, die wir erlebt haben, haben zu Kohlenstoffverlusten in diesem System geführt“, sagte Hanson. Mit anderen Worten: Wenn sich der Planet erwärmt, wird der aus den Torfmooren der Welt entweichende Kohlenstoff das Problem nur noch verschlimmern.

Ein großer Teil dieses Effekts ist auf die sich verändernde mikrobielle Aktivität unter der Mooroberfläche zurückzuführen, aber man braucht keine ausgefallenen Instrumente, um die Auswirkungen zu sehen, die ein sich änderndes Klima auf die Moore in Northland haben könnte. In der wärmsten Kammer haben sich Sträucher vermehrt und es ist schwierig geworden, die schützende Schicht aus Torfmoos zu erkennen, die in der nicht beheizten Kontrollkammer so sichtbar vorherrscht. „Das Torfmoos mag die wärmenden Behandlungen überhaupt nicht“, sagte Hanson.

„Das andere, was man bei dieser Erwärmungsbehandlung sieht, ist, dass einige Bäume abgestorben sind“, fügte Hanson hinzu. Ein bedrohliches Ereignis ereignete sich im Jahr 2016, während des ersten Frühjahrstauwetters des Experiments.

Nach etwas Frühlingswetter traf ein später Kälteeinbruch den Wald. Die unbeheizten Bäume, auch die außerhalb der Gehege, überlebten, weil sie noch nicht aus der Winterruhe herausgekommen waren. Einige der Bäume in den wärmeren Kammern hingegen waren aus dem Ruhezustand erwacht und wurden einem tödlichen Frost ausgesetzt, der sogar die Bereiche mit erhöhter Temperatur auskühlte.

Die Oak Ridge-Wissenschaftler erwogen zunächst andere Standorte für das aufwändige Experiment, darunter die Appalachen in der Nähe ihres Labors. Letztendlich war es die Kombination aus Minnesotas reichhaltiger Moorlandschaft und dem Versuchswald – der der Wissenschaft vorbehalten war –, die das Projekt im Northland landete.

„Uns wurde gesagt, wir sollten mutig und innovativ sein und Misserfolge zu einem großen Teil unserer Möglichkeiten machen“, sagte Hanson. Obwohl das SPRUCE-Experiment einige besorgniserregende Informationen über die Zukunft des Erdklimas zutage gefördert hat, war es als wissenschaftliches Projekt bisher ein voller Erfolg.

Bei einer aktuellen Überprüfung durch Vertreter des Energieministeriums, sagte Hanson, seien selbst Fachleute, die an die Wunder der Wissenschaft des 21. Jahrhunderts gewöhnt sind, vom Ausmaß des Projekts erstaunt gewesen. „Sie sagten: ‚Wir hatten die Bilder gesehen, wir hatten die Beschreibung gesehen, wir hatten einige der Veröffentlichungen gesehen – und wir hatten keine Ahnung.‘“

Weitere Informationen zum SPRUCE-Experiment, einschließlich Möglichkeiten zum Besuch der Forschungsseite, finden Sie unter mnspruce.ornl.gov.