Stickstoff – Klimaretter oder Schädling?
Stickstoffverbindungen belasten die Umwelt auf vielfältige Weise. Ein internationales Forscherteam fand nun heraus, dass sie sich aber auch kühlend auf das Klima auswirken. Das Team analysierte umfassend die diversen Klimaeffekte von Stickstoffverbindungen aus der Landwirtschaft und anderen Quellen.
Aus gedüngtem Boden kann Distickstoffmonixid entweichen, ein Treibhausgas, das erheblich stärker ist als CO2.
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Stickstoff tritt auf vielfältige Art und Weise auf: im Boden, Wasser und in der Luft. Ebenso vielfältig sind auch die Auswirkungen auf das Klima. Zwar besteht die Luft zu rund 78 Prozent aus elementarem Stickstoff, der klimaneutral ist, doch Stickstoff verbindet sich mit anderen Stoffen, so dass dann reaktiver Stickstoff entsteht. Und genau der beeinflusst die globale Durchschnittstemperatur. Mal wärmt er sie, mal kühlt er sie.
Wie Wälder Methan aus der Atmosphäre entfernen
Lachgas zum Beispiel ist chemisch betrachtet ein Distickstoffmonoxid. Es befindet sich in gedüngtem Boden und sobald es entweicht, agiert es als Treibhausgas, das fast 300-mal stärker ist als CO2 und auch noch erheblich langlebiger. Daneben gibt es auch sogenannte kurzlebige Stickoxide. Sie bilden sich bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Dabei entstehen Aerosolteilchen in der Atmosphäre, welche das Sonnenlicht abschirmen und so eine kühlende Wirkung entfalten. Auch Ammonium, das aus Gülle und Kunstdünger zustande kommt, zeigt ähnliche Auswirkungen. Stickoxide bauen einerseits das Treibhausgas Methan ab, tragen aber auch zur Bildung des erwärmenden Ozons bei.
Klimawandel wäre ohne Stickstoff stärker
Die Bilanz des internationalen Teams unter Leitung von Sönke Zaehle und Cheng Gong vom Max-Planck-Institute für Biogeochemie lautet: Der durch menschliche Aktivitäten freigesetzte Stickstoff kühlt das Klima um –0,34 Watt pro Quadratmeter. Klimaforschende beschreiben das auch als negativen Strahlungsantrieb. Im Vergleich dazu heizt der Klimawandel, vor allem durch Treibhausgase aus fossilen Brennstoffen, die Atmosphäre um 2,7 Watt pro Quadratmeter auf. So hat der Weltklimarat (IPCC) den Mittelwert für die Jahre 2011 bis 2020 angegeben. Die Erde hat sich im gleichen Zeitraum durchschnittlich um 1,1 Grad Celsius im Vergleich zur vorindustriellen Zeit erwärmt. „Der negative Strahlungsantrieb durch den Stickstoffeintrag lässt sich nicht einfach in eine Änderung der globalen Durchschnittstemperatur umrechnen, da dabei lokale Effekte auftreten und das Klimasystem in komplexer Weise auf solche Veränderungen des Strahlungsantriebs reagiert“, erklärt Sönke Zaehle, Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie und Koautor der Studie.
Ohne den menschlichen Stickstoffeintrag hätte sich das Klima also noch stärker erwärmt, so das Ergebnis der Studie. Sönke Zaehle warnt jedoch: „Das klingt zwar wie eine gute Nachricht, aber dabei muss man berücksichtigen, dass die Stickstoffemissionen viele schädliche Wirkungen etwa auf die Gesundheit, die Artenvielfalt und die Ozonschicht haben.“ Der kühlende Effekt auf das Klima verbessere die Umweltbilanz des Stickstoffeintrags nur in einem Aspekt und rechtfertige keineswegs, diesen schönzureden oder gar als Mittel gegen die Erderwärmung zu betrachten.
Die Kombination macht es: Stickstoffreduktion und Klimaschutz
Um die Gesamtwirkung des anthropogenen Stickstoffs zu bestimmen, ermittelten die Forschenden zunächst die Mengen der verschiedenen Stickstoffverbindungen, die in den Boden, das Wasser und die Luft gelangen. Auf Basis dieser Daten war es möglich, mithilfe von Modellen den globalen Stickstoffkreislauf und dessen Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf zu simulieren. Das beinhaltete auch das Pflanzenwachstum und die Veränderung des CO2– und Methangehalts der Atmosphäre. Daraus berechneten sie mit einem weiteren Modell den Einfluss der menschengemachten Stickstoffemissionen auf den Strahlungsantrieb. Der Strahlungsantrieb ist die Strahlungsenergie, welche pro Zeiteinheit auf einen Quadratmeter der Erdoberfläche trifft. „Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, die Wechselwirkungen zwischen Biogeochemie, Atmosphärenchemie und Klima zu berücksichtigen, um die Klimaauswirkungen von anthropogenem Stickstoff zu verstehen“, erklärt Cheng Gong, Postdoktorand am Max-Planck-Institut für Biogeochemie.
Zaehle plädiert für eine Reduktion der Stickstoffemissionen, etwa durch effizientere Düngemittelnutzung in der Landwirtschaft. „Auf diese Weise lassen sich etwa die Lachgas-Emissionen verringern, die zur Erderwärmung beitragen und die Ozonschicht schädigen“. Gleichzeitig betont er, dass eine Verringerung der Stickstoffeinträge zwar Mensch und Ökosysteme schützt, sich aber auch auf das Klima auswirkt. Daher müsse man parallel dazu die Emissionen von Treibhausgasen, insbesondere CO2 und Methan aus fossilen Brennstoffen, noch stärker reduzieren. „Nur dann lassen sich sowohl Gesundheit und Natur besser schützen als auch der Klimawandel eindämmen“, so das Fazit des Forschers. Die Studie verdeutlicht die Komplexität des Klimawandels und die vielfältigen Wechselwirkungen verschiedener Faktoren.
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