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2017-05-05Dissertation DOI: 10.18452/17774
Interference in the Earth system through terrestrial carbon dioxide removal
dc.contributor.authorHeck, Vera
dc.date.accessioned2017-06-18T16:00:18Z
dc.date.available2017-06-18T16:00:18Z
dc.date.created2017-06-06
dc.date.issued2017-05-05
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/18426
dc.description.abstractBiomasseplantagen und Aufforstung zur terrestrischen Kohlenstoffdioxid-Entfernung werden derzeit als Möglichkeit diskutiert um dem anthropogenen Treibhauseffekt entgegenzuwirken. Für die Bewertung solcher Maßnahmen ist ein umfassendes Verständnis ihrer Nachhaltigkeit und möglichen Konsequenzen erforderlich. In dieser Arbeit werden biogeochemische und hydrologische Auswirkungen von Biomasseplantagen und Aufforstung quantitativ und im Kontext der Planetarischen Grenzen (PG) analysiert. Simulationen mit einem globalen Vegetationsmodell zeigen, dass die Auswirkungen von Biomasseplantagen auf die Biosphäre nicht zu vernachlässigen sind und die der historischen landwirtschaftlichen Bodennutzung noch überschreiten können. Außerdem werden Szenarien zur räumlichen Verteilung von Biomasseplantagen unter Berücksichtigung von regionalen und globalen PG für biogeochemische Flüsse, Intaktheit der Biosphäre, Landnutzungswandel und Süßwassernutzung evaluiert. Unter Einhaltung regionaler PG können nur marginale Potentiale erzielt werden. Unter kompletter Ausnutzung des Risikobereichs könnten 1.4-6.9 GtC/a entzogen werden, abhängig von Biomasseverwertungs- und Kohlenstoffspeicherungseffizienzen. Die Relevanz von koevolutionärer Dynamik zwischen dem Kohlenstoffkreislauf und gesellschaftlichem Eingreifen wird mit einem konzeptionellen Modellierungsansatz im Kontext der PG aufgezeigt. Eine Fokussierung auf das Klimaproblem ohne die ganzheitliche Berücksichtigung von erdsystemischen Interaktionen kann ungewollte Überschreitung anderer PG zur Folge haben. Die Kombination von Bevölkerungswachstum und Nahrungsmittelbedarf mit der Minimierung von Kohlenstoff- und Biodiversitätsverlusten zeigt Möglichkeiten und Grenzen für terrestrische Kohlenstoffspeicherung auf. Räumliche Umverteilung in hochproduktive Regionen sowie substantielle landwirtschaftliche Produktivitätssteigerungen ermöglichen die Ernährung von 9 Milliarden Menschen sowie ein Kohlenstoffspeicherungspotential von bis zu 98 GtC.ger
dc.description.abstractTerrestrial carbon dioxide removal (tCDR) via afforestation or biomass plantations are discussed as options to counteract anthropogenic global warming. Therefore, it is important to understand sustainability limits and implications of tCDR in the context of Earth system dynamics. This thesis provides a model based assessment of biogeochemical and hydrological side-effects of biomass plantations and afforestation in the context of planetary boundaries (PBs), delimiting a safe operating space for humanity. Simulations with a global vegetation model indicate considerable biogeochemical and hydrological consequences of biomass plantations which are even larger than those of historical agricultural land use. Further, land use scenarios of biomass plantations are developed with a multi-objective optimisation model considering the PBs for biogeochemical flows, biosphere integrity, land system change and freshwater use. Respecting PBs yields almost zero tCDR potential. The transgression of PBs into a zone of increasing risk of feedbacks at the planetary scale can provide considerable tCDR potentials of 1.4-6.9 GtC/a, depending on efficiency of biomass conversion and carbon capture and storage. The importance of co-evolutionary dynamics of the Earth''s carbon cycle and societal interventions through tCDR is demonstrated with a conceptual modelling approach in the context of carbon-related PBs. A focus on climate change without an integrated trade-off assessment may lead to navigating the Earth system out of the safe operating space due to collateral transgression of other PBs. Integrating population growth and food demand while minimising carbon and biodiversity loss demonstrates opportunities and limitations for tCDR. Substantial improvements of crop and livestock productivities and the displacement of agricultural production into regions of high productivity yield sustainable terrestrial carbon sequestration potentials of up to 98 GtC while feeding 9 billion people.eng
dc.language.isoger
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
dc.subjectOptimierungger
dc.subjectLandnutzungswandelger
dc.subjectterrestrische Kohlenstoffdioxid-Entfernungger
dc.subjectKlima Engineeringger
dc.subjectBioenergieger
dc.subjectPlanetarische Grenzenger
dc.subjectBiosphäreger
dc.subjectglobale Vegetationsmodellierungger
dc.subjectland use changeeng
dc.subjectterrestrial carbon dioxide removaleng
dc.subjectclimate engineeringeng
dc.subjectbioenergyeng
dc.subjectplanetary boundarieseng
dc.subjectbiosphereeng
dc.subjectglobal vegetation modellingeng
dc.subjectoptimisationeng
dc.subject.ddc550 Geowissenschaften
dc.titleInterference in the Earth system through terrestrial carbon dioxide removal
dc.typedoctoralThesis
dc.subtitlenumerical simulations of trade-offs, risks and opportunities
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-100248884
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/17774
dc.identifier.alephidBV044337980
dc.date.accepted2017-03-16
dc.contributor.refereeLucht, Wolfgang
dc.contributor.refereeSteffen, William
dc.contributor.refereeKrüger, Tobias
dc.subject.dnb31 Geowissenschaften
local.edoc.pages170
local.edoc.type-nameDissertation
local.edoc.institutionMathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

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