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Sealing leaks in the plumbing: Gaseous carbon emissions from dry inland waters on global and local scales

  • Inland waters play an active role in the global carbon cycle. They collect carbon from upstream landmasses and transport it downstream until it finally reaches the ocean. Along this path, manifold processing steps are evident, resulting in (permanent) retention of carbon by sediment burial as well as loss by evasion to the atmosphere. Constraining these carbon fluxes and their anthropogenic perturbation is an urgent need. In this context, attention needs to be set on a widespread feature of inland waters: their partial desiccation. This results in the emergence of formerly inundated sediments to the atmosphere, referred to as dry inland waters. One observed feature of dry inland waters are disproportional high carbon dioxide (CO2) emissions. However, this observation was so far based on local case studies and knowledge on the global prevalence and fundamental mechanisms of these emissions is lacking. Against this background, this thesis aims to provide a better understanding of the magnitude and mechanisms of carbon emissions from dry inland waters on the global and local scale and to assess the impact of dry inland waters on the global carbon cycle. The specific research questions of this thesis were: (1) How do gaseous carbon emissions from dry inland waters integrate into the global carbon cycle and into global greenhouse gas (GHG) budgets? (2) What effect do seasonal and long term drying have on the carbon cycling of inland waters? The thesis revealed that dry inland waters emit disproportional large amounts of CO 2 on a global scale and that these emissions share common drivers across ecosystems. Quantifying global reservoir drawdown and upscaling carbon fluxes to the global scale suggests that reservoirs emit more carbon than they bury, challenging the current understanding of reservoirs as net carbon sinks. On the local scale, this thesis revealed that both, heterogeneous emission pattern between different habitats and seasonal variability of carbon emissions from the drawdown area, needs to be considered. Further, this thesis showed that re-mobilization of buried carbon upon permanent desiccation of water bodies can explain the observed emission rates, supporting the hypothesis of a positive feedback-loop between climate change and desiccation of inland waters. Overall, the present thesis highlights the importance of adding emissions from dry inland waters as a pathway to the global carbon cycle of inland waters.
  • Binnengewässer spielen eine aktive Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Sie nehmen Kohlenstoff von stromaufwärts gelegenen Landmassen auf und transportieren ihn stromabwärts, bis er schließlich den Ozean erreicht. Auf diesem Weg sind vielfältige Prozesse zu beobachten, die zu einer (dauerhaften) Rückhaltung des Kohlenstoffs durch Einlagerung in Sedimenten sowie zu direkter Emission in die Atmosphäre führen. Es ist dringend notwendig diese Kohlenstoffflüsse und ihre anthropogene Veränderung zu quantifizieren. In diesem Zusammenhang muss die Aufmerksamkeit auf ein weit verbreitetes Merkmal von Gewässern gerichtet werden: ihre teilweise Austrocknung. Dies führt dazu, dass ehemals überschwemmte Sedimente in direkten Kontakt mit der Atmosphäre gelangen, genannt „dry inland waters“. Ein Merkmal der „dry inland waters“ sind überproportional hohe Kohlendioxid (CO2)-Emissionen. Diese Erkenntnis beruhte jedoch bisher auf lokalen Fallstudien, und es fehlt an Wissen über die globale Verbreitung und die grundlegenden Mechanismen dieser Emissionen. Vor diesem Hintergrund zielt diese Arbeit darauf ab, das Ausmaß und die Mechanismen der Kohlenstoffemissionen der „dry inland waters“ auf globaler und lokaler Ebene besser zu verstehen und die Auswirkungen von „dry inland waters“ auf den globalen Kohlenstoffkreislauf zu bewerten. Die spezifischen Forschungsfragen dieser Arbeit lauteten: (1) Wie fügen sich gasförmige Kohlenstoffemissionen von „dry inland waters“ in den globalen Kohlenstoffkreislauf und in die globalen Treibhausgasbudgets ein? (2) Welche Auswirkungen haben saisonale und langfristige Austrocknung auf den Kohlenstoffkreislauf von Gewässern? Diese Arbeit hat gezeigt, dass „dry inland waters“im globalen Maßstab unverhältnismäßig große Mengen an CO2 emittieren und dass diese Emissionen in allen Ökosystemen vergleichbaren Mechanismen folgen. Die Quantifizierung der globalen Wasserstandsschwankungen in Stauseen und die globale Berechnung der Kohlenstoffflüsse legen nahe, dass Stauseen mehr Kohlenstoff freisetzen als sie in den Sedimenten einlagern, was das derzeitige Verständnis von Stauseen als Nettokohlenstoffsenken in Frage stellt. Auf lokaler Ebene hat diese Arbeit gezeigt, dass sowohl die heterogenen Emissionsmuster verschiedener typischer Uferbereiche als auch die saisonalen Schwankungen der Kohlenstoffemissionen aus der „drawdown area“ berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus hat diese Arbeit gezeigt, dass die Remobilisierung von Kohlenstoff aus den Sedimenten bei dauerhafter Austrocknung von Gewässern die beobachteten Emissionsraten erklären kann, was die Hypothese einer positiven Rückkopplung zwischen Klimawandel und der Austrocknung von Gewässern unterstützt. Insgesamt unterstreicht die vorliegende Arbeit die Bedeutung der Emissionen aus trockenen Gewässerbereichen für den globalen Kohlenstoffkreislauf von Gewässern.

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Metadaten
Author:Philipp Steffen Keller
URN:urn:nbn:de:kola-22377
Referee:Andreas Lorke, Matthias Koschorreck
Advisor:Andreas Lorke
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2021/09/01
Date of publication:2022/12/12
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Fachbereich 7
Date of final exam:2021/08/19
Release Date:2022/12/12
Tag:Emissionen
dry inland waters; global carbon cycle
GND Keyword:Binnengewässer; Emission; Kohlenstoffkreislauf
Number of pages:56 Seiten
First page:v, 1
Last page:131
Comment:
Kumulative Dissertation
(Artikel sind nur in der Printversion enthalten bzw. auf der Seite der Zeitschrift zu finden)
Institutes:Fachbereich 7
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 50 Naturwissenschaften / 500 Naturwissenschaften und Mathematik
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