In einem Gezeitensumpf am Ufer der Chesapeake Bay ragen Dutzende transparenter Gehege über Schilf und Gras hervor und sehen aus wie High-Tech-Hülsen, die von einem außerirdischen Raumschiff ausgesät wurden. Kaum hörbar durch das Summen von Insekten, treiben Motoren surrende Ventilatoren an und tauchen die Pflanzen in den Kammern mit Kohlendioxidgas ein.
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Feuchtgebiete im Smithsonian Environmental Research Center. (Adam Langley, SI) 
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Für Wissenschaftler des Smithsonian Environmental Research Center (SERC) in Edgewater, Maryland, ist es der Sumpf der Zukunft, eine Reihe ungewöhnlicher Experimente, um die Auswirkungen des Klimawandels und der Wasserverschmutzung auf ein lebenswichtiges Ökosystem zu simulieren. "Was wir hier draußen tun, ist die Untersuchung pflanzlicher Prozesse, um den Zustand von Feuchtgebieten wie diesem und von Gezeitenfeuchtgebieten überall in etwa 100 Jahren vorherzusagen", sagt Patrick Megonigal, ein Wissenschaftler im Zentrum, während er einen Promenadenweg entlanggeht, in den er sich hineinstreckt der 166-Morgen-Sumpf.
Die Feldstudie, die aus einem Experiment stammt, das 1987 erstmals begonnen wurde, ist weltweit die einzige ihrer Art, die untersucht, wie sich mehrere Faktoren wie Luft - und Wasserverschmutzung auf Gezeitenfeuchtgebiete auswirken werden - umkämpfte Ökosysteme, die als Puffer gegen die Umwelt noch wichtiger werden Stürme und Meeresspiegelanstiege, die mit der globalen Erwärmung einhergehen sollen.
Jedes offene Gehäuse besteht aus PVC-Rohren und durchsichtigen Kunststofffolien und ist ein Mikrokosmos eines angegriffenen Sumpfes. Einmal im Monat spritzen SERC-Wissenschaftler stickstoffreiches Wasser in den Boden der Gehege und replizieren den Düngerablauf, der zunehmend in Gewässer wie den Chesapeake eindringt. Die Pflanzen sind einer etwa doppelt so hohen Kohlendioxidkonzentration ausgesetzt wie die heutige Atmosphäre; Wissenschaftler haben vorausgesagt, dass das höhere Niveau bis 2100 die Norm sein wird, hauptsächlich wegen der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Das Gas kommt aus denselben Tanks, die auch in Getränkeautomaten verwendet werden. "Unser Verkäufer sagt uns, dass wir mehr CO2 als Camden Yards verbrauchen", sagt Megonigal über den Ballpark der Baltimore Orioles. "Ich habe tatsächlich berechnet, wie viele Limonaden das sind, und es ist beeindruckend: ungefähr 14 Millionen 16-Unzen-Flaschen."
Pflanzen benötigen natürlich Kohlendioxid und Stickstoff. SERC-Studien haben jedoch unter anderem gezeigt, dass einige Pflanzenarten schneller wachsen, wenn sie höherem CO2 und Stickstoff ausgesetzt sind, während andere nur wenig darauf reagieren. Diese Dynamik kann die Gesamtstruktur des Sumpfes verändern. Trotzdem ist es schwierig, die Konsequenzen vorherzusagen. Diese überschüssigen Nährstoffe fördern das Pflanzenwachstum und die Bodenbildung, was einem Anstieg des Meeresspiegels entgegenwirken könnte. Stickstoff erhöht aber auch die Aktivität von Mikroben, beschleunigt den Abbau von Biomasse im Boden und verringert die Fähigkeit des Feuchtgebiets, als Kohlenstoffsenke zum Ausgleich der Kohlendioxidemissionen zu dienen.
In letzter Zeit untersuchen die Forscher eine dritte Umweltgefährdung: eine invasive Art. Das hohe, federleichte Gras Phragmites australis wurde Ende des 19. Jahrhunderts aus Europa eingeführt, weil es als Verpackungsmaterial für Schiffe verwendet wurde. Im Gegensatz zum einheimischen Stamm der Phragmiten ist die europäische Version eine der am meisten gefürchteten Invasionen im Osten der Vereinigten Staaten, die einheimische Arten aggressiv verdrängt. In den SERC-Sümpfen bedecken invasive Phragmiten jetzt 45 Morgen, etwa das 22-fache von 1972.
In Gewächshausversuchen stellten Megonigal und Kollegen fest, dass die Luft- und Wasserverschmutzung ein Segen für die europäischen Phragmiten ist . Mit erhöhtem Kohlendioxid wuchsen die Blätter dicker, was ein schnelleres Wachstum ohne mehr Wasser ermöglicht. Bei erhöhtem Stickstoffverbrauch wurde weniger Energie für das Wurzelwachstum und mehr für das Sprosswachstum aufgewendet. Es war "robuster in fast allen Pflanzenmerkmalen, die wir gemessen haben, wie Größe und Wachstumsrate", sagt Megonigal.
In den Kammern des Sumpfes sehen die Phragmites- Experimente wie ein Fenster in eine unerwünschte Zukunft aus: ein perfekter Sturm des Klimawandels, der Wasserverschmutzung und einer exotischen Art, die bereit ist, Feuchtgebiete entlang der Ostküste zu treffen. Eine Invasion der Phragmiten, sagt Megonigal, "hat einen Kaskadeneffekt mit Auswirkungen auf die Nahrungsnetze und die Artenvielfalt der Wildtiere insgesamt."
