Von der biologischen Leere zum Kohlenstoffspeicher
Die Taklamakan-Wüste galt lange als biologische Leere, in der wandernde Sanddünen mehr als 95 % der Landschaft bedeckten. Nun durchläuft sie einen ökologischen Wandel, der gängige Vorstellungen von ariden Umgebungen infrage stellt. Nach Jahrzehnten umfangreicher Aufforstungsinitiativen ist diese unwirtliche Wüste im Nordwesten Chinas zu einer funktionierenden Kohlenstoffsenke geworden, die mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnimmt, als sie freisetzt. Eine aktuelle Studie in den Proceedings of the National Academy of Sciences zeigt, dass das 1978 gestartete Programm „Drei-Norden-Schutzgürtel“, umgangssprachlich als „Große Grüne Mauer“ bekannt, den Rand der Wüste erfolgreich in eine Netto-Kohlenstoffsenke verwandelt hat. Damit ist erstmals dokumentiert, dass menschliche Eingriffe eine extreme Wüste in eine stabile Kohlenstoffsenke verwandeln können. Das weckt neue Hoffnung für Klimaschutzstrategien in den trockensten Regionen der Welt.
Inhalt
Die Taklamakan erstreckt sich über rund 130.000 Quadratmeilen (337.000 Quadratkilometer) und ist damit etwas größer als Montana. Sie liegt im Tarimbecken im Nordwesten Chinas. Hohe Gebirgszüge umschließen die Wüste und halten die meiste Zeit des Jahres feuchte Luft vom Inneren fern. So entstehen derart extreme Bedingungen, dass die Region Beinamen wie „Meer des Todes“ erhielt. Jahrhundertelang galt diese weite Fläche aus wanderndem Sand als Sinnbild für Trostlosigkeit und ökologische Grenzen. Heute zeigen Satellitenbilder jedoch einen auffälligen grünen Gürtel am Wüstenrand, an dem seit Beginn des Programms mehr als 66 Milliarden Bäume Wurzeln geschlagen haben. Der Waldanteil an Chinas Landesfläche ist von nur 10 % im Jahr 1949 auf heute mehr als 25 % gestiegen. Mit dem Abschluss der grünen Umrandung der Taklamakan im Jahr 2024 wurde ein Meilenstein der ökologischen Ingenieurkunst erreicht.
Jahrzehnte voller Entschlossenheit
Der Wandel begann 1978, als chinesische Behörden als Reaktion auf die zunehmende Wüstenbildung das Programm „Drei-Norden-Schutzgürtel“ ins Leben riefen. In den 1950er-Jahren hatten massive Verstädterung und die Ausweitung landwirtschaftlicher Flächen der Region ihre natürliche Vegetation genommen. Dadurch wurden immer heftigere Sandstürme begünstigt, die Böden degradierten und die landwirtschaftliche Produktivität bedrohten. Die Regierung verpflichtete sich, bis 2050 Milliarden Bäume an den Rändern der Taklamakan- und der Gobi-Wüste zu pflanzen, um die Ausbreitung der Wüste aufzuhalten und wandernde Dünen zu stabilisieren. Der ehrgeizige Zeitplan erstreckt sich über 72 Jahre; wichtige Umsetzungsschritte waren für 1998, 2011 und 2021 vorgesehen.
Zu den technischen Leistungen zählt ein 3.046 Kilometer langer grüner Korridor, der mitten durch die Wüste verläuft. Er zieht sich durch Gebiete, die Entdecker einst das „Meer des Todes“ nannten, und verbindet zuvor isolierte Oasen. Die Beweggründe für dieses gewaltige Vorhaben waren ökologischer wie politischer Natur. Die ungebremste Ausbreitung der Wüste bedrohte wertvolles Ackerland und trug zugleich zur Instabilität in Westchina bei, wo Spannungen zwischen ethnischen Minderheiten und der han-chinesischen Führung in der Vergangenheit immer wieder zu Konflikten geführt haben. Indem Peking das Vordringen der Wüste eindämmte, wollte die Regierung landwirtschaftliche Flächen sichern, die Häufigkeit von Staubstürmen verringern, die Städte im Norden heimsuchen, und zugleich den CO₂-Fußabdruck des Landes verkleinern. Anders als vergleichbare internationale Vorhaben, etwa solche, die die Vereinten Nationen in der Sahara angestoßen haben, profitierte die chinesische Initiative von politischer Stabilität. So konnte das Projekt mehr als vier Jahrzehnte lang ohne Unterbrechung fortgeführt werden.
Satellitendaten zeigen den Wandel
Wissenschaftler der University of California, Riverside, untersuchten gemeinsam mit Forschenden der University of Houston, der Tsinghua-Universität und Caltech mithilfe ausgefeilter Satellitentechnik, wie sich der Kohlenstoffkreislauf der Wüste verändert. Daten des NASA-Satelliten Orbiting Carbon Observatory und des MODIS-Satelliten erfassten 25 Jahre lang die Kohlendioxidkonzentrationen und die Vegetationsgrünheit am Rand der Taklamakan. Das Forschungsteam konzentrierte sich auf zwei zentrale Indikatoren für den Erfolg der Aufforstung: einen messbaren Rückgang des atmosphärischen Kohlendioxids und eine Zunahme der solarinduzierten Fluoreszenz. Dabei handelt es sich um ein schwaches Licht, das während der Photosynthese abgegeben wird und als Maß für die Produktivität von Pflanzen dient.
Die Satellitenmessungen wiesen über den behandelten Gebieten ein deutliches „Kältegebiet“ aus, in dem die Kohlendioxidkonzentrationen um 1 bis 2 Teile pro Million unter denen der umliegenden Regionen lagen. Während der Regenzeit von Juli bis September fallen durchschnittlich etwa 0,6 Zoll (16 Millimeter) Niederschlag pro Monat, rund zweieinhalbmal so viel wie in den trockenen Monaten. Diese saisonale Zunahme der Feuchtigkeit fördert die Vegetationsdecke und die Photosyntheseaktivität. Dadurch sinkt der atmosphärische CO₂-Gehalt von 416 Teilen pro Million in Trockenperioden auf 413 ppm während der Regenzeit. King-Fai Li, Atmosphärenphysiker an der UCR und Mitautor der Studie, erläuterte, warum es wichtig ist, die Kohlenstoffaufnahme aus dem All zu bestätigen.
Das ist kein Regenwald wie im Amazonasgebiet oder im Kongobecken. Einige aufgeforstete Gebiete bestehen nur aus Strauchland, ähnlich der Chaparral-Vegetation in Südkalifornien. Doch dass sie überhaupt CO₂ aufnehmen und dies kontinuierlich tun, ist etwas Positives, das wir messen und aus dem All überprüfen können.
Sträucher, Böden und Kohlenstoffbindung
Das Projekt wird zwar oft als Baumpflanzung beschrieben, doch den wissenschaftlichen Erkenntnissen zufolge sind vor allem robuste Sträucher für die Kohlenstoffaufnahme verantwortlich. Diese holzigen Pflanzen, ähnlich der Chaparral-Vegetation in Südkalifornien, können auch unter trockenen, heißen Bedingungen zuverlässig Photosynthese betreiben, an denen viele Baumarten scheitern würden. Die Vegetation wirkt wie eine stetige biologische Pumpe: Sie entzieht der Luft Kohlendioxid und leitet es in Wurzeln, Stängel und schließlich in die organische Bodensubstanz. Frühere Untersuchungen hatten darauf hingedeutet, dass Wüstensand selbst CO₂ durch physikalische Prozesse binden könnte, die auf die temperaturbedingte Ausdehnung und Zusammenziehung des Sands zwischen Tag und Nacht zurückgehen. So könnten jährlich rund eine Million Tonnen Kohlenstoff gespeichert werden. Wissenschaftler warnten jedoch, dass diese Speicherung im Sand angesichts des Klimawandels instabil sei: Steigende Temperaturen könnten eingeschlossene Luft im Sand ausdehnen und den gespeicherten Kohlenstoff freisetzen.
Die neuen Erkenntnisse zeigen, dass die biologische Bindung durch Photosynthese eine stabilere und umfangreichere Kohlenstoffsenke darstellt. Weitere Untersuchungen zu Bodenmikroaggregaten am Südrand der Taklamakan liefern Einblicke in die Mechanismen dieser Speicherung. Forschende untersuchten die Bodenzusammensetzung und nutzten die natürliche Abundanz von δ13C, um den Weg des Kohlenstoffs durch verschiedene Bodenfraktionen nachzuverfolgen. Ihre Analyse ergab, dass die Aufforstung sowohl den Gehalt an organischem Kohlenstoff im Boden insgesamt als auch die Aggregatbildung deutlich erhöhte. Die größten Zuwächse traten nach sieben Jahren Pflanzenwachstum auf. Organischer Bodenkohlenstoff bildet den größten Kohlenstoffspeicher in Landökosystemen; rund 90 % des Kohlenstoffs im Oberboden sind in Bodenaggregaten gebunden. Mikroaggregate dienen in Wüstenökosystemen sowohl als Quelle als auch als Speicher für Kohlenstoff. Die gepflanzte Vegetation nimmt nicht nur atmosphärischen Kohlenstoff auf, sondern stabilisiert auch Sanddünen, verringert die Winderosion und schafft Bedingungen für eine weitere ökologische Sukzession.
Wasserknappheit und globale Dimension
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse mahnen Forschende zu realistischen Erwartungen hinsichtlich der globalen Wirkung der Aufforstung von Wüsten. Selbst wenn die gesamte Taklamakan, deren Fläche etwa der Deutschlands entspricht, vollständig mit Vegetation bedeckt wäre, würde sie jährlich nur rund 60 Millionen Tonnen Kohlendioxid binden. Das sind lediglich 10 % der jährlichen Emissionen Kanadas und nur ein winziger Bruchteil der weltweit pro Jahr ausgestoßenen 40 Milliarden Tonnen. King-Fai Li betonte: Die Begrünung von Wüsten allein könne die Klimakrise zwar nicht lösen. Doch zu verstehen, wo und wie viel Kohlendioxid unter welchen Bedingungen aufgenommen werden könne, sei ein wesentlicher Baustein für den Klimaschutz.
Das größte Hindernis für eine weitere Ausdehnung ins Innere der Wüste ist die Wasserversorgung. Die heutigen Strauchlandschaften überleben nur dank des Gebirgsabflusses aus dem umliegenden Hochland, der Feuchtigkeit und Nährstoffe zu den bepflanzten Gürteln transportiert. Eine Ausweitung weiter in die Wüste hinein würde zuverlässige Wasserquellen erfordern, die weltweit immer knapper werden. Die Abhängigkeit vom Gebirgsabfluss ist ein Risiko: Veränderungen der Schneefallmuster oder der Gletscherschmelze infolge des Klimawandels könnten die Kohlenstoffsenke schwächen oder zerstören. Die Vegetation bildet eine lebendige Barriere, deren Bestand buchstäblich zwischen den Extremen der Wüste und den Wasserquellen im Hochland auf dem Spiel steht.
Ein Modell für aride Regionen
Das Projekt in der Taklamakan ist eine seltene, über lange Zeit beobachtete Fallstudie zur Begrünung von Wüsten, die dort Bestand hat, wo andere Vorhaben gescheitert sind. Politische Kontinuität ermöglichte es China, über vier Jahrzehnte hinweg gleichbleibende Mittel bereitzustellen und Arbeitskräfte einzusetzen. So entstanden Bedingungen für eine ökologische Erholung, die kurzfristige Projekte nicht schaffen können. Yuk L. Yung, Professor für Planetenwissenschaften an Caltech und leitender Forschungswissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA, der an der Studie mitgewirkt hat, reflektierte die weiterreichende Bedeutung der Ergebnisse.
Wir haben erstmals herausgefunden, dass menschliche Eingriffe die Kohlenstoffbindung selbst in den extremsten ariden Landschaften wirksam verstärken können. Das zeigt, dass sich eine Wüste in eine Kohlenstoffsenke verwandeln und die Wüstenbildung aufhalten lässt.
Die Studie unterstreicht, dass Wüsten keine ökologischen Totzonen sind, sondern sich an globalen Strategien zur Steuerung des Kohlenstoffhaushalts beteiligen können. Während Waldbrände in Europa, Lateinamerika und Nordamerika Wälder zunehmend von Kohlenstoffsenken zu Kohlenstoffquellen machen, erzählt der Wandel in der Taklamakan eine andere Geschichte über die Möglichkeiten menschlicher Umweltsanierung. Herausforderungen bei der Wassersicherheit und dem Umfang bleiben erheblich, doch das Projekt zeigt, dass naturbasierte Lösungen selbst in den lebensfeindlichsten Umgebungen des Planeten wirksam sein können. Der grüne Gürtel um die Taklamakan ist sowohl Inspiration als auch Machbarkeitsnachweis für CO₂-Lösungen mit einfachen Mitteln, die Zeit, Stabilität und ökologisches Verständnis erfordern statt fortgeschrittener Technik.
Das Wichtigste
- Seit dem Start des chinesischen Programms „Drei-Norden-Schutzgürtel“ im Jahr 1978 wurden mehr als 66 Milliarden Bäume rund um die Taklamakan-Wüste gepflanzt. 2024 wurde die grüne Umrandung abgeschlossen.
- Satellitendaten bestätigen, dass der Wüstenrand inzwischen als Kohlenstoffsenke wirkt und mehr CO₂ aufnimmt, als er freisetzt. Während der Regenzeit sinken die atmosphärischen Konzentrationen um 1 bis 3 ppm.
- Robuste Sträucher und andere Vegetation binden Kohlenstoff durch Photosynthese. Das ist ein stabilerer Speichermechanismus als die zuvor untersuchte Kohlenstoffbindung im Sand.
- Das Projekt ist vollständig auf Gebirgsabfluss angewiesen. Das begrenzt seine mögliche Ausdehnung und macht es anfällig für klimabedingte Veränderungen der Schneeschmelze.
- Selbst eine vollständige Aufforstung der Wüste würde jährlich nur 60 Millionen Tonnen CO₂ binden, ein bescheidener Beitrag gegenüber weltweiten Emissionen von 40 Milliarden Tonnen. Das Projekt dient jedoch als Machbarkeitsnachweis für die Wiederherstellung arider Regionen.
