Original paper

Früh- bis mittelholozäne Nettoprimärproduktion in der Ostsahara als Kohlenstoffsenke

[Early to mid-Holocene net primary productivity in the Eastern Sahara as carbon sink]

Pachur, Hans-Joachim; Altmann, Norbert

Kurzfassung

Die Koinzidenz zwischen der extraterrestrisch ausgelösten Variation des Strahlungshaushalts der sommerlichen Nordhalbkugel zwischen 10 ka und 4 ka B. P. und der signifikanten Änderungen der Nettoprimärproduktion (NPP) im altweltlichen Wüstengürtel – 12 Mio. km² – bot sich als erdgeschichtliches Paradigma an, untersuchen zu können, ob die C-Sequestrierung in einer global bedeutsamen Größenordnung erfolgte. Existiert eine positive Rückkopplung zwischen Temperaturanstieg, erhöhtem Wasserdampfgehalt und Sequestrierung von Kohlenstoff infolge einer steigenden NPP im altweltlichen Wüstengürtel? Die hyperaride Ostsahara als Kompartiment desselben mit einem Bodyko-Lettau-Index von 200 erscheint geeignet, hinreichend sensibel die Paläo-NPP zu archivieren. Grundlage bildet eine geomorphologisch-hydrographische und paläoökologische Kartierung eines 2,3 Mio. km² umfassenden Gradfeldes (16°-28°N, 14°-31°E); einschließlich der Radiokarbon eingegrenzten Rekonstruktion der Niederschläge. Es erfolgte die Planimetrierung der geomorphologischen Einheiten als Träger der Biome und Steuergrößen für die Auffüllung der Aquifere wie der Formatierung kontinentaler Wasserdampfquellen. Die Paläo-NPP wurde mittels einer Regressionsbeziehung zwischen Niederschlag und Pflanzenwachstum – kalibriert an tropischen, terrestrischen Ökosystemen mit Jahresniederschlägen <1000mm–abgeschätzt. DieEinführungvonspezifischen, geoökologischen Faktoren, wie Grundwasser-Podsolen als Indikatoren hoher Grundwasserstände, Paläo-Seen und Sümpfen auf Kalkstein-Hamadas, Transgressionsarealen von Endseen in Dünen, wie die geoökologische Interpretation ur-/frühgeschichtlicher Befunde führte zu einer Erweiterung der Regressionsgleichung. Unter Berücksichtigung der unterirdischen NPP gelangte die Planimetrierung zu einer jährlichen NPP von 0, 68 Gt C auf einer Fläche von 2, 3 Mio. km² im obigen Gradfeld. Extrapoliert gemäß der kontemporären, früh- bis mittelholozänen Seebildung im altweltlichen Wüstengürtel ergibt sich eine Sequestrierungsleistung von 5, 2 Gt C/a. Der Wert liegt in der Größenordnung der aktuellen globalen Kohlenstoff-Emission der menschlichen Gesellschaft. Modelltheoretische Rechnungen (Zink 2012) gelangen zu einer jährlichen Gesamtkohlenstoffmenge in Biomasse und Boden von 18 Gt C im Gradfeld 13°-32°E, 15°-30°N (ca. 3, 2 Mio. km²). Sie stützen zwar unsere planimetrische Ermittlung der Paläo-NPP, die absoluten Beträge bedürfen jedoch der Diskussion.

Abstract

The coincidence of the extraterrestrially induced variation of the radiation of the summer Northern Hemisphere insolation with the significant change in netto primary production (NPP) of the old world desert belt (12 Mio km²) between 10 ka and 4 ka BP offers a palaeoclimatic test device whether carbon sequestration reached a global significant level. Is there existing any positive feedback between temperature rise, increased atmospheric water vapor and carbon sequestration due to increasing NPP in the old world desert belt? The hyperarid Eastern Sahara as a compartiment with a Bodyko-Lettau dryness ratio of 200 appears suitable for a sufficiently determined of the paleo-NPP. This is based on a geomorphological/hydrographical and palaeoecological mapping of a 2. 3 Mio km² degree square (16°-28°N, 14°-31°E) including a radiocarbon-constrained reconstruction of precipitation. Planimetry was performed on the geomorphological units as biome carriers and determinants of aquifer recharge and the formation of continental water vapor sources. The palaeo-NPP was calibrated on tropical, terrestrial ecosystems with < 1. 000 mm/a precipitation using a regression relation between precipitation and plant growth. The introduction of specific, geoecological factors, like groundwater podzols as indicators of high water tables, palaeo-lakes and -swamps on limestone hamadas and the geoecological interpretation of pre-historic findings led to an extension of the regression equation. Taking into account subterranean NPP, the planimetry yielded an annual minimum NPP of 0. 68 Gt C in the 2. 3 Mio. km² area. Extrapolated, according to the contemporaneous, early to middle holocene lake formation in the old world desert belt, a sequestration rate of 5. 2 Gt C/a resulted. This value corresponds to the actual global anthropogenic carbon emission. Model-based calculations (Zink 2012) of the biomass and soil result in a 18 Gt C annual sequestration rate in the degree square 13°-32°E, 15°-30°N (ca. 3. 2 Mio. km²). Certainly, these data are supporting our palaeo-NPP calculation, but the absolute values need to be discussed.

Keywords

Sahara (Ost)KlimaänderungNettoprimärproduktionKohlenstoffsequestrierungHolozänEastern Saharaclimate changenet primary productivitycarbon sequestrationHolocene