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Wärmere Nächte, veränderte Ökologie

Die globale Erwärmung läßt die nächtlichen Temperaturminima schneller klettern als die Tagesmaxima und die Durchschnittstemperaturen. Amerikanische Biologen haben jetzt erstmals die Auswirkungen wärmerer Nächte auf die Struktur und Dynamik von Ökosystemen untersucht.


Viele Klimatologen sind heute davon überzeugt, daß die durchschnittliche Oberflächentemperatur der Er-de während der letzten 100 Jahre um ein halbes Grad Celsius angestiegen ist. Diese Erwärmung dürfte wenigstens zum Teil durch menschliches Tun verursacht worden sein. Als entscheidende Ursache gilt die Freisetzung des Treibhausgases Kohlendioxid durch die Nutzung fossiler Brennstoffe und das Abholzen von Wäldern. Da die Weltbevölkerung weiter zunimmt und die Wirtschaft fast aller Staaten stetig expandiert, erwarten die Klimaforscher, daß die globale Mitteltemperatur bis zum Jahr 2100 um weitere ein bis dreieinhalb Grad ansteigt.

Die Menschheit muß versuchen, mit dieser Situation fertig zu werden. Dazu gehört, die möglichen Auswirkungen der Erwärmung auf natürliche Ökosysteme zu erkennen und zu verstehen. Das ist allerdings nicht einfach, denn Lebensgemeinschaften sind komplex, so daß ihre Dynamik keinen linearen Gesetzmäßigkeiten gehorcht.

Bislang fußen experimentelle Ansätze sowie viele Rechnermodelle auf der Annahme, daß sich die Erwärmung in erster Linie in einer Erhöhung der Tagestemperaturen niederschlägt oder daß Tag- und Nachttemperaturen gleichermaßen ansteigen. Wie die meteorologischen Daten zeigen, trifft das jedoch nicht zu, weder global noch regional. Vielmehr sind in der Vergangenheit, zumindest auf den Kontinenten, die durchschnittlichen nächtlichen Tiefstwerte etwa doppelt so rasch angestiegen wie die Tagesmaxima. Infolgedessen hat das Ausmaß der täglichen Temperaturschwankungen im Mittel abgenommen. Dies gilt es zu berücksichtigen, wenn man den Einfluß der Klimaänderung auf die irdische Biosphäre vorhersehen möchte; schließlich ist nicht zu erwarten, daß es für ein Ökosystem auf dasselbe hinausläuft, ob die Tage heißer oder die Nächte weniger kalt werden.

Richard Alward und seine Kollegen an der Staatsuniversität von Colorado in Boulder haben deshalb jetzt die möglichen Konsequenzen erhöhter Nachttemperaturen beispielhaft für die Kurzgras-Steppe im Nordwesten von Colorado untersucht (Science, Bd. 283, S. 229-231). Dort wird seit vielen Jahrzehnten eine ökologische Forschungsstation betrieben. Dadurch steht eine umfangreiche Sammlung von Daten zur Klima- und Vegetationsentwicklung zur Verfügung. Wie sie erkennen läßt, sind hier seit 1964 die mittleren Jahrestemperaturen um durchschnittlich 0,12 Grad Celsius pro Jahr angestiegen; dabei haben die Maximalwerte allerdings nur um 0,085, die Minimalwerte dagegen um 0,15 Grad Celsius pro Jahr zugenommen (Bild unten). Dies entspricht dem Trend, wie er sich in einem größeren zeitlichen und räumlichen Maßstab an anderen Orten abzeichnet.

Alward und seine Mitarbeiter fanden eine ganze Reihe von Beziehungen zwischen den wärmeren Nächten und Veränderungen in Zusammensetzung und Produktivität der Vegetation. Am stärksten scheint das dominierende Büffelgras Bouteloua gracilis betroffen. Schon seit langem bildet es jedes Jahr weniger Pflanzentrockenmasse. Die genaue Analyse ergab, daß seine Produktivität übers Jahr hinweg um so geringer war, je höher die nächtlichen Tiefsttemperaturen im Frühjahr lagen: Bei einer Zunahme des Frühjahrsminimums um ein Grad Celsius verringerte sich die Trockenmasse um fast ein Drittel.

Ähnliches zeigte sich bei Sphaeralcea coccinea, dem verbreitetsten unter den nicht grasartigen Kräutern in der Kurzgras-Steppe Colorados. Seine Jahresleistung war um so geringer, je höher die Minimaltemperaturen im vorhergegangenen Winter gelegen hatten. Indes wurden auch positive Korrelationen entdeckt – so bei den meisten anderen krautigen Pflanzen, besonders bei solchen, die erst in neuerer Zeit eingewandert waren. Sie zeigten sich desto produktiver, je höher die nächtlichen Tiefstwerte im Sommer oder Frühjahr waren. Das häufigste Sauergras in der Steppe gedieh dagegen um so besser, je höher die Herbstminima lagen.

Diese Befunde beleuchten schlaglichtartig, welche Gefahren die Klimaänderung für dieses Ökosystem birgt. Die Kurzgras-Steppen in Nordamerika bilden die Grundlage einer extensiven Weidewirtschaft. Das Büffelgras ist gegen Trockenheit und Beweidung sehr tolerant; sein Anteil an der Äsung der Rinder liegt bei 40 Prozent. Ein dauerhafter Rückgang hätte dramatische Auswirkungen auf die Viehwirtschaft. Auch die Zunahme neu eingebürgerter Pflanzen stimmt bedenklich – hat sich doch schon vielfach gezeigt, daß solche Neophy-ten ein Ökosystem völlig aus dem Gleichgewicht bringen können.

In welcher Weise sich die Zunahme der nächtlichen Tiefsttemperaturen auf die Häufigkeit und Produktivität der verschiedenen Pflanzenarten auswirkt, ist allerdings noch nicht geklärt. Beim Büffelgras scheint sich in wärmeren Nächten die Atmung zu beschleunigen. Dadurch setzen die Pflanzen verstärkt Kohlendioxid frei und verlieren so einen größeren Anteil des Kohlenstoffs wieder, den sie tagsüber durch Photosynthese gebunden haben. Das ist für das Büffelgras während der Periode seines stärksten Wachstums im Frühjahr besonders verhängnisvoll.

Bei anderen Arten scheint die nächtliche Atmungsrate dagegen kaum von der Temperatur abzuhängen, wenigstens nicht in dem fraglichen Bereich. Außer direkten Wirkungen auf den Ablauf physiologischer Vorgänge sind aber auch indirekte Effekte zu erwarten. So verlängert ein Anstieg der Minimaltemperaturen die jährlichen Wachstumsperioden – beispielsweise dadurch, daß sich die Frostphasen verkürzen und Wasser im Boden länger zugänglich bleibt. Einige der festgestellten Korrelationen sind sogar nur über Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Arten erklärbar: Wenn bisher dominierende Pflanzen weniger gut gedeihen, können andere sich stärker entfalten. Vermutlich sind auch Fraßschädlinge wie Insekten und Fadenwürmer in das Geschehen einbezogen. Wenn einige sich in wärmeren Nächten schneller vermehren und mehr fressen, leiden ihre Wirte besonders stark; und das kann nicht ohne Folgen für das Vegetationsgefüge bleiben


Aus: Spektrum der Wissenschaft 8 / 1999, Seite 14
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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