Bei jedem Schritt, den er tat, quetschten Jon Nichols 'Stiefel unter ihm auf dem Boden. Er zeichnete seine Umgebung auf einem körnigen Handy-Video auf, und trotz des feuchten, grauen Tages bildeten Alaskas Chugach Mountains immer noch eine atemberaubende Kulisse für die hohen Fichten und die schwach wachsenden Fetzen zu seinen Füßen. Er und zwei Kollegen schlängelten sich den Rändern des Corser Bog entlang, einem feuchten Fleckchen Erde, 16 Kilometer östlich von Cordova, Alaska, einem einsamen Punkt auf der Karte, unweit der Stelle, an der der Öltanker Exxon-Valdez 1989 auf Grund lief.
"Auf stapfen wir", sagte Nichols, "durch den Moschusmäander."
Muskeg ist ein anderer Name für die Torfmoore, die er studiert, und Nichols hat an diesem Tag im Jahr 2010 nach Kernproben gesucht, um zu erfahren, wie sich das 12.000 Jahre alte Moor gebildet hat. Als Paläoökologe und Torfforscher am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University arbeitet Nichols noch immer daran zu verstehen, wie Torf entstanden ist und wie er sich in Zukunft bilden oder zerfallen könnte.
Nach den Ozeanen sind Torfmoore in Bezug auf die Menge an atmosphärischem Kohlenstoff ein wesentlicher Bestandteil des Kohlenstoffkreislaufs der Erde. Die meisten Torfarten begannen sich nach der letzten Eiszeit vor ungefähr 12.000 Jahren zu bilden. Seit Jahrtausenden sind sie wichtige Kohlenstoffspeicher. Jetzt jedoch, mit einem sich erwärmenden Planeten und neuen Wettermustern, wurde die Zukunft der Torfmoore in Frage gestellt, einschließlich der Frage, wie schnell sie anfangen könnten, ihren gesamten gespeicherten Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid freizusetzen.
Etwa drei Prozent der Erdoberfläche des Planeten sind nach aktuellen Schätzungen Torfmooren. Trotz der Bedeutung von Torf für den Kohlenstoffkreislauf der Erde geben die Wissenschaftler immer noch grundlegende Details zu diesen Lebensräumen an, z. B. wo sie sich befinden, wie tief sie sind und wie viel Kohlenstoff sie enthalten.
Die größten Torfgebiete gibt es in kalten, immer feuchten Gegenden wie Alaska, Nordeuropa und Sibirien. Aber auch im südlichen Afrika, in Argentinien, Brasilien und Südostasien wurden erhebliche Vorkommen gefunden. Bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts hielten Wissenschaftler die Tropen für zu warm - und das abgefallene Pflanzenmaterial wurde von Insekten und Mikroben zu schnell verbraucht -, um Moore zu beherbergen.
Wissenschaftler finden sie jedoch immer wieder. Die Forscher entdeckten 2014 einen Torfsumpf von der Größe Englands im Einzugsgebiet des Kongo. Eine weitere Studie aus dem Jahr 2014 beschrieb ein 21.000 Quadratkilometer großes Moorland an einem der Nebenflüsse des Amazonas in Peru, das schätzungsweise 3, 4 Milliarden Tonnen Kohlenstoff enthält.
Torfmoore, eine andere Bezeichnung für Moore, sind feucht, stark sauer und nahezu sauerstofffrei. Unter diesen Bedingungen verlangsamt sich die Zersetzung bis zum Schleichen. Pflanzen-, Tier- und Menschenreste, die in Moorlandschaften fallen, können Hunderte, wenn nicht Tausende von Jahren perfekt erhalten bleiben. Der in diesen einst lebenden Organismen enthaltene Kohlenstoff wird über Jahrtausende gefangen, langsam vergraben und von der Atmosphäre ferngehalten.
Aber was würde passieren, wenn diese Kohlenstoffvorräte ausgelöscht würden? Es ist ein dringendes Rätsel, mit dem sich Wissenschaftler jetzt auseinandersetzen müssen, obwohl sie gerade erst anfangen, Fragen zur Fülle und Verbreitung von Torf zu beantworten.
„Sie sind Schlüsselbereiche für die Speicherung von Kohlenstoff“, sagt Marcel Silvius, ein Spezialist für klimafreundliche Landnutzung bei Wetlands International. "Wenn wir sie schlecht behandeln, abtropfen lassen und ausgraben, werden sie zu wichtigen Kohlenstoffkaminen."
Zeitbomben ticken?
In Alaska und in den meisten nördlichen Breiten bedrohen schmelzender Permafrost und wechselnde Niederschlagsmuster Torfmoore. In den Tropen ist jedoch bereits ein anderes Experiment im Gange, das sich rasch und unbeabsichtigt entwickelt.
Wenn der gesamte Kohlenstoff in den Torfgebieten der Welt plötzlich verdampfen würde, würden ungefähr 550 bis 650 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre zurückfließen - ungefähr das Doppelte des Volumens, das seit Beginn der Industriellen Revolution hinzugefügt wurde. Angesichts der Tatsache, dass Torfgebiete zwischen 15 und 30 Prozent der weltweiten Kohlenstoffspeicher enthalten, ist ihr Potenzial für eine plötzliche Erwärmung der Erde kaum zu unterschätzen.
„Aufgrund ihres konstanten Abbaus von Kohlendioxid kühlen Torfgebiete das Klima tatsächlich ab“, sagt René Dommain, Experte für Tropentorf beim Smithsonian National Museum of Natural History. Wenn Moore aufhören würden, Kohlendioxid zu speichern, ist nicht abzusehen, wie sich dies langfristig auf die Umwelt auswirken würde.
Es ist unwahrscheinlich, dass die Moorgebiete der Welt gleichzeitig vollständig zerstört werden. Aber die 14 Prozent des weltweiten Torfkohlenstoffvorrats - etwa 71 Milliarden Tonnen Kohlenstoff -, die in den tropischen Torfgebieten Südostasiens gespeichert sind, stehen auf einem Abgrund.
In Malaysia und Indonesien gibt es Torfvorkommen unter dicht bewaldeten Tieflandwäldern, die in den letzten Jahrzehnten für die Landwirtschaft gerodet und entwässert wurden. Wenn Bäume entfernt werden und Torfgebiete austrocknen, setzen die Ablagerungen auf verschiedene Weise Kohlenstoff frei.
Wenn Torf Luft ausgesetzt wird, beginnt er sich zu zersetzen, wodurch Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt wird. Torf kann auch entlang der künstlichen Kanäle, die das Wasser ablassen, weggespült werden und seine Kohlenstoffspeicher weit stromabwärts befördern. Auch trockener Torf entzündet sich leicht und brennt oft unkontrolliert oder schwelt tief in den Lagerstätten wie ein Kohleflöz. Diese wiederkehrenden Brände pumpen Asche und andere Partikel in die Luft, was zu Problemen für die öffentliche Gesundheit wie Atemwegserkrankungen führt und Evakuierungen in den Bereichen, in denen sie auftreten, auslöst.
Bis 2010 wurden 20 Prozent der Torfsumpfwälder auf der malaysischen Halbinsel und den Inseln Sumatra und Borneo für afrikanische Ölpalmenplantagen oder zum Anbau von Akazien (die zur Herstellung von Zellstoff für Papier und andere Holzprodukte verwendet werden) gerodet Von Papua-Neuguinea, das 12 bis 14 Millionen Morgen unberührten Torfwald beherbergt, sind im indonesischen Archipel nur noch 12 Millionen Morgen Torfsumpfwald übrig.
Bei der gegenwärtigen Zerstörungsrate werden die verbleibenden Wälder außerhalb von Brunei, in denen die Wälder gut erhalten sind, bis 2030 vollständig ausgerottet sein, sagt Dommain.
Unter idealen Bedingungen können intakte tropische Torfgebiete bis zu einer Tonne Kohlendioxid pro Morgen und Jahr speichern. Aufgrund zerstörerischer landwirtschaftlicher Praktiken und neuer Wetterveränderungen verlieren die Torfgebiete Südostasiens jährlich etwa 22 bis 31 Tonnen Kohlendioxid pro Hektar. Das ist mehr als das 20-fache, was diese Bereiche jährlich aufsaugen.
In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich die Kohlendioxidemissionen aus entwässerten und degradierten Moorwäldern in Malaysia und Indonesien von 240 Millionen Tonnen im Jahr 1990 auf 570 Millionen Tonnen im Jahr 2010 mehr als verdoppelt, so Dommain. Er plant, diese Analyse später in diesem Jahr in einem Buch zu veröffentlichen.
Versteckte Caches lokalisieren
Ein Großteil der Unsicherheit in der Torfforschung beruht auf der Tatsache, dass die Wissenschaftler das volle Ausmaß der Torfreserven des Planeten nicht kennen. Moore sind relativ klein, weit verstreut und schwer zu finden. Für den größten Teil des frühen 20. Jahrhunderts stammte ein Großteil des Wissens über Torfreservate auf der ganzen Welt aus schriftlichen Beobachtungen von Naturforschern, die durch abgelegene Gebiete wanderten, um neue Landschaften zu beschreiben und unbekannte Arten zu entdecken.
Seitdem haben neue Satellitenbilder und -analysen, Daten über stehendes Oberflächenwasser, die Überprüfung alter Karten und weitere wissenschaftliche Expeditionen viele Lücken in unserem Wissen über das Vorhandensein von Mooren geschlossen. Es bleibt aber noch viel zu lernen.
Basierend auf einem Flickenteppich von Daten, die aus vielen verschiedenen Quellen zusammengetragen wurden, glauben Wissenschaftler, gute Schätzungen darüber zu haben, wie viel Torf dort draußen ist, sagt Nichols aus Columbia. Ein Großteil unseres Wissens über die Lage von Mooren beruht jedoch auf Hochrechnungen, und nur ein begrenzter Teil dieser Schätzungen wurde durch bodengestützte Bewertungen bestätigt.
"Wie viel Torf es gibt, ist eine große Frage, die wir immer noch in den Griff bekommen wollen", sagt Nichols.
Ein Teil des Problems ist die Geographie. Torfvorräte sind in der Regel unglaublich abgelegene, feindliche Orte. Alaskas Corser Bog ist zum Beispiel nur mit dem Flugzeug oder Boot erreichbar. In den nördlichen Breiten haben sich die Menschen einfach nicht in irgendeiner Anzahl in die Gebiete gewagt, in denen sich Torf bildet. Und in den Tropen haben sie, obwohl es viele Menschen gibt, Torfsümpfe in der Vergangenheit gemieden. Diese Gebiete sind nährstoffarm und für die Landwirtschaft ungeeignet.
Ein weiteres Problem ist, dass die Oberflächengrenzen eines Torflandes zwar klar abgegrenzt sind, ihre Tiefe jedoch häufig nicht. Satelliten und bodendurchdringendes Radar können nur so weit nach unten sehen - einige Sümpfe in Irland und Deutschland sind bekanntermaßen 50 Fuß tief und liegen weit über der Kapazität von beweglichen Satelliten, die gemessen werden können. Die Entnahme von Kernen bleibt daher die beste Methode, um die Tiefe eines Torfmoores zu bestimmen.
Für Wissenschaftler, die Moore untersuchen, ist das nicht so einfach, wie es scheint. Sie müssen jeden Tag ihre gesamte Ausrüstung für die Probenahme und Messung aus einem trockenen, entfernten Biwak mitnehmen. Aber wenn die Forscher erst einmal vor Ort sind, können sie nicht mehr lange stillstehen, sonst beginnen sie zu sinken.
„Wenn Sie einen Torfkern nehmen und trocknen, besteht die Probe zu 90 Prozent aus Wasser“, sagt Dommain. "Auf einem Moor zu gehen ist so nah, wie man es von Jesus kennt, weil man im Wesentlichen auf dem Wasser geht."
Torfsumpfwald von Mentangai, zentrales Kalimantan (Foto von Marcel Silvius, Wetlands International) 
Ein Teil des degradierten und verbrannten Torfs im Zentrum von Kalimantan dient im April 2009 als Pilotgebiet für Paludikulturen. (Foto von Marcel Silvius, Wetlands International) 
Ein Torfsumpfwald brennt in Palangka Raya, Borneo im September 2015. (Foto von Björn Vaughn) 
Obadiah Kopchak (links) und der Postdoktorand Chris Moy nehmen Tiefenmessungen am Corser Bog in Alaska vor. Bei der Suche nach möglichen Torfbohrstellen führen die Forscher vorab Tiefenmessungen durch, indem sie einen Metallstab in das Moor stechen. (Foto mit freundlicher Genehmigung von Jon Nichols) 
Die Forscher extrahieren sorgfältig eine frische Torfkernprobe in den Belait-Torfgebieten von Brunei, die fast 15 Fuß tief und 2.800 Jahre alt sind. 
Ein Scan eines Torfkerns zeigt, wie abgestorbenes Pflanzenmaterial in den vielen tausend Jahren, in denen es sich ansammelt, dicht verdichtet wird. (Foto mit freundlicher Genehmigung von Jon Nichols) Neue Ansichten skizzieren
Auf dem Feld ist der Prozess der Bestimmung des physischen Ausmaßes der Kohlenstoffreserven der Torfsümpfe ein langsamer und oft frustrierender Prozess. In tropischen Torfwäldern, in denen Schichten aus ganzen Bäumen, Wurzeln und anderem Holzmaterial bestehen, dringen selbst die gezackten Spezialgeräte zur Entnahme von Kernproben für Studien manchmal nicht sehr weit ein. An einem guten Tag könnten Forscher in der Lage sein, eine einzige verwendbare Probe zu extrahieren.
Die Messung der Gasaustauschrate oder des Gasflusses zwischen den Mooren und der Atmosphäre ist eine weitere Technik, mit der Wissenschaftler untersuchen, wie sich diese Gebiete verhalten.
Alex Cobb, ein Wissenschaftler der Singapore-MIT-Allianz für Forschung und Technologie (SMART), verwendet eine Vielzahl von Techniken, um den Kohlenstofffluss sowohl von gestörten als auch von unberührten Mooren auf der Insel Borneo zu messen. Von mehreren Gerüsttürmen aus, von denen einer sich 200 Meter über dem Waldboden erhebt, um die hoch aufragende Baumkrone von Shorea albida zu entfernen, messen Instrumente Windgeschwindigkeit, Temperatur und die Austauschrate von Kohlendioxid, Methan und Distickstoffoxid zwischen der Atmosphäre und dem darunter liegenden Ökosystem . Cobb und seine Kollegen hoffen, dass sie durch ihre Überwachung besser verstehen, wie sich Veränderungen im Wassersystem auf Torfwälder auswirken und wie sich der Kohlenstoffkreislauf entsprechend ändert.
„Eine Herausforderung ist, dass im Grundwasser viel Kohlenstoff [aus den Torfmooren] transportiert wird“, erklärt Cobb. Organische Stoffe im Wasser verwandeln die Flüssigkeit in die Farbe eines starken Tees, aus dem die Schwarzwasserflüsse stammen, sagt er. "Das [Wasser] kann 10 bis 20 Prozent des gesamten Kohlenstoffflusses aus einem degradierten Moorland ausmachen."
Ein umfassendes Verständnis des Ausmaßes der Torfkohlenstoffspeicher und des Verhaltens von Sümpfen bleibt unerreichbar. Die Fähigkeit, ihr Verhalten und ihren Beitrag zum globalen Kohlenstoffkreislauf in einem größeren Klimamodell vorherzusagen, bleibt daher ein schwer fassbares Ziel.
Vorhersage der Zukunft von Torf
Während sich das Klima erwärmt, können Moore zwei Wege gehen, wenn sie sich selbst überlassen bleiben. Durch die Ausweitung des Pflanzenangebots könnte die Ansammlung von Torf zunehmen und diese Gebiete als Kohlenstoffsenken erhalten. Oder die Erwärmung verursacht Niederschlagsschwankungen, die dazu führen, dass Torfgebiete zu Kohlenstoffquellen degradieren. Nicht jedes Moor reagiert auf die Erwärmung auf die gleiche Weise. Daher benötigen Forscher Computermodelle, um alle Möglichkeiten auszuloten.
Die Modellierung ermöglicht Wissenschaftlern die Approximation von Moorfunktionen in Gebieten, in denen noch keine Feldmessungen durchgeführt wurden. Eine genaue Simulation des Verhaltens von Mooren würde es Forschern ermöglichen, den Kohlenstoff- und Treibhausgasfluss abzuschätzen, ohne den gewaltigen Aufwand zu betreiben, um jede einzelne Moorlagerstätte auf dem Feld zu besuchen.
Forscher benötigen jedoch Daten, um genaue Modelle zu erstellen, und die bisher gesammelten Daten sind bei weitem nicht umfassend genug, um sie in umfangreichen Simulationen zu verwenden. "Daten ohne Modelle sind Chaos, aber Modelle ohne Daten sind Phantasie", sagt Steve Frolking, Biogeochemiker an der University of New Hampshire, der Computermodelle entwickelt, mit denen untersucht wird, wie Torfreserven auf natürliche und menschliche Störungen reagieren.
Klimamodelle betrachten jeweils kleine Flächenteile. Die Gitterzellen eines hochauflösenden Modells haben eine Größe von etwa 100 Quadratkilometern. Dies ist jedoch immer noch ein zu großer Bereich, um das Verhalten von Mooren genau zu untersuchen.
Ein weiteres Problem ist, dass jedes Torfmoor unterschiedliche Wasserflusseigenschaften aufweist, die stark von lokalen Faktoren wie Topographie und Vegetation abhängen. Wie feuchte kleine Schmetterlinge ist jeder Torfsumpf etwas Besonderes, und die Erstellung eines Computermodells, das ihr Verhalten anhand einiger weniger Bodenbeobachtungen darstellt, führt bei der Anwendung auf globaler Ebene zu enormen Abweichungen.
„Wo sie sich befinden oder wie sie sich gegenseitig beeinflussen, gehört in diesen Modellen nicht zum Detail“, sagt Frolking. „Und für Torf hat das einen großen Einfluss auf seine Hydrologie. Wenn man auf einer Skala von 100 Kilometern operiert und versucht, den Grundwasserspiegel auf wenige Zentimeter genau abzubilden, wird es sehr, sehr schwierig. “
Das dritte Problem ist die Zeit. Moore entwickeln sich über Jahrtausende, während die meisten Klimamodelle in der Größenordnung von Jahrhunderten arbeiten, sagt Thomas Kleinen, ein globaler Modellierer des Kohlenstoffkreislaufs am Max-Planck-Institut für Meteorologie. Dies erschwert es sehr, auf die Bedingungen für die künftige Entwicklung eines Moores zu schließen.
Um Torfgebiete wirklich in globale Kohlenstoff- und Klimamodelle integrieren zu können, sind umfassendere Karten sowie weitere Daten zu den Pflanzenarten in den einzelnen Torfgebieten, wo und wie sich Wasser ansammelt, und zur Tiefe der Ablagerungen erforderlich.
Satellitendaten sind nützlich, ebenso wie Karten, die mit Daten erstellt wurden, die von unbemannten Luftfahrzeugen gesammelt wurden, aber jede hat ihre Grenzen. Satelliten können nicht sehr weit über die dichte Dschungelvegetation hinaus oder in den Boden eindringen. Und während kleine Länder wie Brunei mit LiDAR - einem in Flugzeugen montierten Lasersystem, das unter anderem detaillierte topografische Karten oder Vegetationskarten erstellen kann - alle Torfsumpfwälder kartiert haben, ist es unwahrscheinlich, dass weitläufige Länder wie Indonesien diesem Beispiel folgen.
Die Flut zurückdrehen
Während sich Wissenschaftler bemühen, mehr Daten zu sammeln und globale Klimamodelle zusammenzustellen, die genaue Darstellungen von Moorland enthalten, werden Anstrengungen unternommen, um die Zerstörungsrate von Torf in Südostasien zu verringern.
Die Peatland Restoration Agency in Indonesien, die Anfang 2016 gegründet wurde, zielt darauf ab, 4, 9 Millionen Morgen degradiertes Torfland in den nächsten fünf Jahren wiederherzustellen, indem die Nutzung reguliert wird. Die Agentur wird die Kanäle katalogisieren, die bereits durch Moore gegraben wurden, Waldnutzungsrechte vermitteln und die Anwohner für die Vorteile des Schutzes von Torfmooren sensibilisieren. Die norwegische Regierung und die United States Agency for International Development (USAID) haben insgesamt 114 Millionen US-Dollar für die Bemühungen Indonesiens bereitgestellt.
Auch der indonesische Präsident Joko Widodo hat Ende letzten Jahres ein Dekret erlassen, mit dem die Rodung neuer Torfgebiete verboten wurde, obwohl örtliche Beschränkungen bereits bestanden hatten. Silvius von Wetlands International ist skeptisch, dass das Verbot wirksam wird, zumal Indonesien sich zum Ziel gesetzt hat, die Palmölproduktion bis 2020 zu verdoppeln. Obwohl es sich um eine landwirtschaftlich genutzte Fläche handelt, sind Torfsumpfwälder eines der wenigen verbliebenen Gebiete für die Landwirtschaft zur Verfügung.
Und angesichts der weit verbreiteten Armut in der Region, fügt Smithsonian Dommain hinzu, dass die Erwartung, dass die Region auf die lukrativen Gewinne aus Palmöl verzichtet, vergleichbar ist mit der Forderung an Saudi-Arabien, das Pumpen von Öl einzustellen.
"Menschliches Handeln wird von kurzfristigen Gewinnen bestimmt und nicht von dem, was in 10, 50 oder sogar 100 Jahren passiert", stellt Dommain fest. "Es ist schwer zu erkennen, dass sich dieser wirtschaftliche Schwerpunkt massiv verändern wird."
Da die Torfmoorgebiete an der malaysischen und indonesischen Küste trockengelegt werden, um Plantagen Platz zu machen, sinken sie schließlich unter den Meeresspiegel. Dies könnte sie dauerhaft überfluten und das Land für jegliche Landwirtschaft ungeeignet machen.
Es gibt jedoch Möglichkeiten, diese Lebensräume zu erhalten und gleichzeitig für den Anbau von Pflanzen zu nutzen. Orangen, Rattan, Teebaum und Sagopalmen sind Beispiele für etwa 200 Kulturen, die in einem Torfsumpf angebaut werden können. Einige Unternehmen versuchen, aus den sumpfliebenden Shorea stenoptera eine Vielzahl von Illipen-Nüssen mit verbesserten Erträgen zu entwickeln. Illipe wird als Ersatz für Kakaobutter in Schokolade oder in Haut- und Haarcremes verwendet und kann eines Tages dazu beitragen, entwässerte und degradierte Torfsümpfe wieder zu „benetzen“.
"Die indonesische Regierung sieht jetzt, dass ein Programm zur Landnutzung entwässerter Torfmoorgebiete nach Ärger verlangt", sagt Silvius. "Sie werden es freiwillig auslaufen lassen müssen, oder es wird von der Natur auslaufen, wenn alles verloren ist."
