Zweistufiges System: Schalltomographie und elektrische Widerstandstomographie
Marra verwendete für seine Forschung ein zweistufiges System: die Schalltomographie, die Schallwellen durch den Baum sendet, gefolgt von der elektrischen Widerstandstomographie, die einen elektrischen Strom überträgt. Beide Prozesse sind notwendig, um die Messwerte aufeinander abzustimmen. Das System, das etwa 25.000 Dollar kostet und in einen Rucksack passt, ist im wissenschaftlichen Vergleich billig und klein. Jede Untersuchung dauert nicht länger als ein paar Minuten und computergestützte visuelle Darstellungen der Ergebnisse erscheinen sofort.
Marra experimentierte mit drei nördlichen Laubhölzern – Zuckerahorn, Gelbbirke und amerikanische Buche – und umfasste mehr als zwei Dutzend von jedem, zusammen mit einigen Kontrollbäumen ohne Fäulnis. Die Forscher analysierten den unteren Teil – die ersten zwei Meter oder so – jedes Baumes, der der älteste Teil ist und dem Boden am nächsten kommt, wo gewöhnlich die meisten Fäulnis verursachenden Pilze vorkommen.
Etwa ein Dutzend Nägel wurden in einem Kreis um den Stamm herum eingeschlagen und über Kabel mit dem Tomographen verbunden; ein Schallgerät aktivierte dann das System, um Schallwellenmessungen durchzuführen. Für die elektrische Widerstandstomographie wurde ein zweiter Satz Nägel zwischen den ersten geschlagen, an denen jeweils Elektroden – plus und minus – angebracht waren. Die verschiedenen Nagelbereiche wurden in verschiedenen Farben gestrichen, damit die Computer-Renderings später nach dem Fällen der Bäume mit den Fotos der Cookies abgeglichen werden können.
Die etwa 10 cm dicken Cookies, die Marra „die Wahrheiten“ nannte, wurden nur von dort entnommen, wo die Messungen durchgeführt wurden – den Bereichen mit den Farbmarkierungen. Er analysierte 105 Scheiben von den 39 abgeholzten Bäumen. In den 11 Fällen, in denen die Tomographie keine Fäulnis fand, zeigten die Cookies nur kleine Hohlräume. In den 32 Fällen, in denen ein beginnender oder früher Zerfall festgestellt wurde, zeigten die Cookies einen zusätzlichen Hohlraum. Sie bestätigten die Tomographieergebnisse in 36 Fällen, in denen aktiver Zerfall gefunden wurde, obwohl auch acht kleine Hohlräume entdeckt wurden. vDie Tomographie identifizierte die Hohlräume der restlichen 26 Cookies korrekt, so dass sie insgesamt nur 10 Hohlräume unter den 105 verpasste. „Eine Sache, um diesen Misserfolg zu mildern, wenn man es so nennen will: das waren sehr kleine Hohlräume“, sagt Marra über die, welche die Tomographie verpasst hat. „So hätten sie nur sehr geringe Auswirkungen auf das CO2-Budget.“
Dann kam der zeitaufwändige Prozess der Messung der tatsächlichen Kohlenstoffmenge in jedem Baum. Nach einem Jahr Lufttrocknung der Cookies wurde das Holz aus 500 Bohrlöchern an ein Gaschromatographie-Labor der University of Massachusetts geschickt, um den Kohlenstoffgehalt zu bestimmen. Die Tomographie- und Laborergebnisse wurden dann kombiniert, um zu berechnen, wie viel Kohlenstoff in den unteren Bohrlöchern gespeichert wurde, und um dies mit den Werten der Bäume aus Massivholz zu vergleichen. Diese Berechnungen dauerten bis 2017. „Sie betrachten irgendwo von 19 Prozent bis 34 Prozent Kohlenstoffverlust“ für einen aktiv verrottenden Baum unter den untersuchten, sagt Marra. „Aber irgendwo gibt es ein Loch, wo du deinen ganzen Kohlenstoff verloren hast.“
Das Ergebnis seiner fünfjährigen Forschung, so Marra, ist, dass genaue tomographische Messungen in wenigen Minuten möglich sind. „Und was unsere Röntgenaufnahmen uns sagen, ist der Kohlenstoffgehalt“, sagt er. Gleichzeitig ist sich Marra bewusst, dass die Tomographie kein praktischer Ersatz für das Kohlenstoffschätzungssystem der Forstverwaltung ist – das selbst ein klobiger und arbeitsintensiver Slog ist. Aber es könnte eine wertvolle Möglichkeit bieten, diese Schätzungen zu ergänzen. Gleichzeitig ist sich Marra bewusst, dass die Tomographie kein praktischer Ersatz für das Kohlenstoffschätzungssystem der Forstverwaltung ist – das selbst eine klobige und arbeitsintensive Schinderei ist. Aber es könnte eine wertvolle Möglichkeit bieten, diese Schätzungen zu ergänzen.
„Das sind sehr, sehr beeindruckende Ergebnisse“, sagt Kevin Griffin, Baumphysiologe an der Columbia University und ihrem Lamont-Doherty Earth Observatory. „Sie haben offensichtlich viel Präzision in den Techniken erreicht.“ „Die Ergebnisse sind wichtig“, fügt er hinzu, „aber ob der innere Baumzerfall die brennendste Frage ist? Wahrscheinlich nicht. Es gibt wahrscheinlich noch größere Fische zu braten, bevor wir ankommen.“ Unter ihnen, sagt er, sind Waldwachstumsraten und der allgemeine Baumzustand und das Alter, sowie die Auswirkungen der Ernte und andere Arten von Verlusten, einschließlich Krankheiten.
Die Architektur und Höhe eines Baumes könnte auch bei der Kohlenstoffsequestrierung eine große Rolle spielen, so Reinmann, ebenso wie die Gestaltung der Waldlandschaft. Seine eigene Forschung fand zum Beispiel heraus, dass Bäume schneller wachsen und mehr Biomasse am Rande von fragmentiertem Wald haben. „Ich denke, sie machen einen guten Punkt, dass wir wahrscheinlich die Kohlenstoffspeicherwerte überschätzen“, sagt Aaron Weiskittel, Direktor des Center for Research on Sustainable Forests der University of Maine.
Dennoch sagen Weiskittel und andere – einschließlich Marras -, dass die Forschung auf viel mehr Baumarten und volle Wälder ausgedehnt werden muss. Marra seinerseits möchte die Wälder nach dem Zufallsprinzip mit viel mehr Bäumen und der Kontrolle über Faktoren wie Arten, Alter und Bodenbeschaffenheit untersuchen. Das Ziel, sagt er, sei die Entwicklung einer Methodik zur Datengenerierung, um bessere Kohlenstoffschätzungen für mehr als drei Baumarten in einem kleinen Teil des Landes zu liefern. „Wir müssen die Tomographie nutzen, um Modelle zu verfeinern, damit wir die Rolle, die Wälder als CO2-Emittent oder -Senke spielen, genauer einschätzen können“, so Marra. „Wir wollen ihre Rolle nicht überschätzen.“
Jan Ellen Spiegel ist freiberufliche Autorin und Redakteurin mit Sitz in Connecticut. Ihre Arbeit erscheint regelmäßig in zahlreichen lokalen und nationalen Publikationen, darunter The Connecticut Mirror, InsideClimate News, Yale Climate Connections und The New York Times. Dieser Artikel wurde ursprünglich auf Undark veröffentlicht. Den Originalartikel lesen.
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