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Ökosysteme: Der Kollaps fällt aus

Schon in wenigen Jahrzehnten könnten der Amazonas- oder Kongourwald wegen der Erderwärmung sterben, mahnten Klimaforscher lange: Die Ökosysteme näherten sich einem Wendepunkt und könnten umkippen. Doch das scheint übertrieben - wie auch ein Blick in die Vergangenheit zeigt.
Tieflandregenwald

Erst 2005, dann 2010: Innerhalb kürzester Zeit suchten zwei "Jahrhundertdürren" den Amazonasregenwald heim. Mächtige Flüsse schrumpften zu Rinnsalen, Millionen Bäume starben ab, und das Militär musste abgelegene Dörfer in Brasilien oder Peru aus der Luft versorgen, weil die Siedlungen auf dem Wasserweg nicht mehr erreichbar waren. Die kurze Zeitspanne zwischen beiden Ereignissen sowie das Ausmaß der Trockenheit überraschten Forscher wie Sassan Saatchi vom California Institute of Technology in Pasadena: Selbst vier Jahre nach dem ersten Ereignis waren seine Spuren noch nicht verwischt, und die Vegetation hatte sich nur teilweise erholt, als die zweite Dürre zuschlug.

Für Saatchi und sein Team ein erstes Warnsignal, dass sich die Region auf einem unguten Weg befinden könnte. "Sollten Dürren sich auch zukünftig alle fünf bis zehn Jahre wiederholen oder sogar in noch kürzeren Abständen wiederkehren, so könnten sie die Erholungsfähigkeit der Bäume dauerhaft einschränken. Vor allem im westlichen und südlichen Amazonasbecken mehren sich die Hinweise auf eine potenziell großflächige Degeneration des Regenwalds durch den Klimawandel. Die ganze Region würde womöglich einen Punkt erreichen, an dem das Ökosystem umkippt und sich von einem geschlossenen Regenwald zu einer offenen Savanne wandelt, wenn sich die gegenwärtige Erwärmung und Entwaldung fortsetzt", warnen die Forscher in ihrer Arbeit [1].

Atlantikregenwald
Atlantikregenwald | Nur intakte Regenwälder erzeugen ihr Klima teilweise selbst: Dort beheimatete Pilze beispielsweise liefern die Kondensationskeime für den Wasserdampf, so dass daraus Regentropfen entstehen können.

Auch andere Wissenschaftler mahnten, dass unter anderem Amazonien zu den neun am stärksten durch den Klimawandel gefährdeten Regionen der Erde zählt. Ernst könnte es schon innerhalb der kommenden 50 Jahre werden, vermutenTim Lenton von der University of East Anglia in Exeter und seine Kollegen – wenn die Erde sich um durchschnittlich drei bis vier Grad Celsius aufheizt [2]. Und eine Studie von Biologen um Brendan Choat von University of Western Sydney hatte gezeigt, dass 70 Prozent der von ihnen untersuchten Baumarten aus unterschiedlichsten Waldtypen speziell für sie passende Bedingungen benötigen, um gut zu gedeihen [3]: Sie haben sich so gut an die jeweilige durchschnittliche Wasserversorgung vor Ort angepasst, dass Veränderungen sie rasch an ihre Grenzen bringen könnten. "Schon eine geringfügig intensivere Trockenheit würde ihre Wasserversorgung durch den Stamm abreißen lassen. Das behindert ihr Wachstum und führt im Extremfall zum Absterben des Baums", brachte die Bayreuther Ökologin Bettina Engelbrecht die Ergebnisse auf den Punkt [4].

Unterschätzte Widerstandskraft

Doch ist dem wirklich so? Müssen wir tatsächlich damit rechnen, dass bis zum Ende des Jahrhunderts die dichten Regenwälder Amazoniens oder des Kongobeckens zusammenbrechen – und mit ihnen ihre riesige Artenvielfalt verschwindet? Nicht unbedingt, entwarnte vor Kurzem ein weltweiter Zusammenschluss von Geoökologen um Chris Huntingford vom britischen Centre for Ecology and Hydrology in Wallingford. "Wir haben fundierte Belege, dass Regenwälder in Amerika, Afrika und Asien zumindest dem momentan erwarteten Klimawandel einigermaßen gut widerstehen können", so der Forscher. Zusammen mit seinen Kollegen hat er die bislang umfangreichste Untersuchung darüber durchgeführt, wie hoch die Risiken eines klimabedingten Kollapses der Regenwälder ausfallen [5].

Sie verglichen dazu die Ergebnisse von 22 verschiedenen Klimamodellen, die sie mit weiteren Modellen zu geoökologischen Prozessen kombinierten. Bis auf eine Simulation zeigten alle das gleiche Ergebnis. "Die Tropenwälder behalten ihre Kohlenstoffvorräte, selbst wenn die atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen bis zum Ende des Jahrhunderts weiter steigen und sich die Erderwärmung fortsetzt", so Huntingford. Folglich brechen diese Ökosysteme nicht zusammen, sondern behalten ihre Struktur und Dichte – andernfalls käme es zu einer massiven Freisetzung von Kohlendioxid aus verrottender Vegetation. Nur eine Berechnung, basierend auf einem Modell des britischen Wetterdienstes, legte einen dramatischen Schwund in Süd- und Zentralamerika nahe. Doch gehe dieses noch von stark abnehmenden Niederschlägen über dem Amazonasbecken aus, so der Klimaforscher Peter Cox von der University of Exeter gegenüber "Nature", der an der Entwicklung dieses Computerprogramms beteiligt war. Neuere, verbesserte Modelle gehen allenfalls von etwas geringeren Regenmengen aus, die der Wald vielleicht verkraften würde.

Natürlich habe die Erwärmung auch Folgen für das Ökosystem, so Cox in einer zweiten Studie [6]: Mit jedem Grad Celsius Erderwärmung setzen tropische Regenwälder 50 Milliarden Tonnen Kohlendioxid frei, da Pflanzenmaterial schneller abgebaut wird. Entgegen der Erwartungen führt dies aber nicht zu einer negativen Rückkopplung, etwa weil das zusätzliche Treibhausgas die Aufheizung verstärken würde. Vielmehr treibt das Gas zusammen mit dem ohnehin in der Atmosphäre vorhandenen CO2 das Wachstum der Vegetation an – die Verluste werden durch die gesteigerte Fotosynthese mehr als wettgemacht. Die Regenwälder bleiben damit netto eine Kohlenstoffsenke. Das bestätigt auch der Waldforscher Daniel Nepstad vom Woods Hole Research Center, der sich seit Langem mit der Zukunft Amazoniens beschäftigt: "Ob das Ökosystem umkippt, wird seit Jahren in der Wissenschaft diskutiert. Langsam kristallisiert sich heraus, dass Regenwälder wohl doch nicht so anfällig dafür sind, durch den Klimawandel abzusterben."

Der Blick in die Vergangenheit

Erdgeschichtlich scheinen steigende Temperaturen diesen tropischen Ökosystemen ohnehin wenig zu schaden; wichtiger für ihr Gedeihen waren stets die Niederschlagsmengen. Das deuten zumindest die Arbeiten von Joe Wright von der Smithsonian Institution und seinen Kollegen an, die fossile Pollenkörner aus verschiedenen Regionen Kolumbiens und Venezuelas – außerhalb des Amazonasbeckens – analysiert hatten [7]. Die pflanzlichen Überreste stammen aus der Zeitenwende vom Paleozän zum Eozän vor 56,3 Millionen Jahren, als sich die Erde in der geologisch bemerkenswert kurzen Zeit von 10 000 bis 20 000 Jahren um drei bis fünf Grad Celsius aufheizte. Gleichzeitig lag die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre um das 2,5-Fache höher als heute. Doch statt zusammenzubrechen, blühte der Regenwald auf: Es entstanden mehr neue Pflanzenarten und -familien, als vorhandene ausstarben, wie die Pollendiagramme zeigen. Das funktionierte aber nur, weil gleichzeitig der Wasserkreislauf mitspielte und es damals feuchter wurde, wie aus Sedimentproben rekonstruierte Niederschlagsverhältnisse belegen.

Trotz Dürre mehr Fotosynthese
Trotz Dürre mehr Fotosynthese | Die Vegetation in den von der Trockenheit 2005 besonders betroffenen Regionen reagierte gänzlich anders als von Wissenschaftlern erwartet: Statt weniger betrieben sie mehr Fotosynthese und bildeten mehr neue Blätter (grüne Flächen, rot steht für unterdurchschnittlich und gelb für normale Werte).

Auch dies zog nun wohl weitere Folgen nach sich, deren Auswirkungen genau bedacht sein wollen. Denn die Zeichen mehren sich, dass diese boomenden Ökosysteme als eine Art biotische Pumpe funktionieren: Durch die Verdunstung über die Blätter geben sie einen Teil des aufgenommenen Wassers schnell wieder ab und reichern damit die Atmosphäre an. Somit fördern sie das Auftreten lokaler Tiefdruckzonen, die dann weitere feuchte Luftmassen aus den Ozeanen geradezu angesaugen: Es entsteht ein beständiger atmosphärischer Strom, der Regenwolken immer tiefer ins Landesinnere transportiert und auch dort dichte Wälder gedeihen lässt. "Zwischen 25 bis 56 Prozent seines Regens erzeugt das Ökosystem tatsächlich selbst, indem es vorherige Niederschläge recycelt", betont der Geowissenschaftler Luiz Aragão von der University of Exeter.

Dieser Motor droht aber ins Stottern zu geraten, wenn Felder und Weiden die geschlossene Vegetationsdecke zunehmend durchlöchern oder völlig ersetzen. Im Osten des brasilianischen Amazonasbeckens ist das bereits der Fall, was Dürren wie 2005 und 2010 verschärfen kann. Bis 2050 könnte sich die abgeholzte Fläche in Amazonien verdoppeln, schätzen viele Waldforscher; sollte dies zutreffen, so könnten sich nach ihren Berechnungen die Niederschläge im südlichen Amazonien während der saisonalen Regen- um mehr als ein Zehntel und während der Trockenzeit um ein Fünftel verringern. Huntingfords Kollege Davin Galbraith von der University of Leeds mahnt deshalb: "Auch wenn den Regenwäldern der Klimawandel an sich relativ wenig auszumachen scheint – Brandrodung und Feuer bedrohen die Integrität des Ökosystems." Der Zusammenbruch ist also noch nicht vom Tisch.

14. KW 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 14. KW 2013

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  • Quellen
[1] Saatchi, S. et al.: Persistent effects of a severe drought on Amazonian forest canopy. In: Proc. Nat. Acad. Sci. 10.1073/pnas.1204651110, 2012
[2] Lenton, T. M. et al.: Tipping elements in the Earth's climate system. In: Proc. Nat. Acad. Sci. 105, S. 1786–1793, 2008
[3] Choat, B. et al.: Global convergence in the vulnerability of forests to drought. In: Nature 491, S. 752–755, 2012
[4] Engelbrecht, B.: Forests on the brink. In: Nature 491, S. 675–677, 2012
[5] Huntingford, C. et a.: Simulated resilience of tropical rainforests to CO2-induced climate change. In: Nature Geoscience 6, S. 268–273, 2013
[6] Cox, P. et al.:: Sensitivity of tropical carbon to climate change constrained by carbon dioxide variability. In: Nature 494, S. 341–344, 2013
[7] Jaramillo, C. et al.: Effects of Rapid Global Warming at the Paleocene-Eocene Boundary on Neotropical Vegetation. In: Science 330, S. 957–961, 2010

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