15. Treibhausgase und Treibhauseffekt
15.5. Auswirkungen einer Klimaerwärmung auf die Vegetation
Im Zusammenhang mit Treibhausgasen und dem Klimawandel und den Wirkungen auf die Vegetation ist grundsätzlich zu unterscheiden zwischen:
• Der direkten Wirkung der Treibhausgase (diese ist, abgesehen von den Wirkungen des Ozons, relativ gering; Kapitel 15.2.2 bis 15.2.8),
• der Wirkung einer erhöhten Temperatur und
• den sich aus der Temperaturerhöhung ergebenden Folgen für die Wasserversorgung.
Bei der Betrachtung der Effekte einer Klimaerwärmung treten unzählige Wechselwirkungen sowie positive und negative Rückkoppelungen im Zusammenspiel der CO2-Konzentration, Temperatur, Wasser- und Nährstoffversorgung und der Strahlungsbilanz auf. Auch das Entwicklungsstadium der Pflanzen spielt eine große Rolle. Man kann daher nicht voraussagen, in welchem Ausmaß die Biosphäre oder große Vegetationszonen am Ende eine Veränderung der Produktivität erfahren werden (Abbildung 15-13).
Abbildung 15-13: Stark vereinfachte
Darstellung einiger Zusammenhänge bzw.
Rückkoppelungen zwischen
Treibhausgasen und ihren komplexen Auswirkungen auf die Ökosphäre.
Durchgezogene Linien:
positive Zusammenhänge Strichlierte Linien:
negative
Zusammenhänge
Das Gedeihen von Bäumen hängt davon ab, inwieweit ihre Standortsansprüche erfüllt werden.
Temperatur und Niederschlagsverhältnisse (Ordinate: Veränderung von Nieder-schlag minus Verdunstung) sind dabei wesentliche Standortsfaktoren. Abbildung 15-14 zeigt schematisch, dass bestimmte Baumarten unter veränderten Temperatur- und Niederschlagsbedingungen schlechtere Lebensbedingungen vorfinden können, etwa die Fichte bei einer Erhöhung der Temperatur. Bei einem Klimawechsel wird es langfristig zu einer Verschiebung der Baumartenzusammensetzung kommen.
Abbildung 15-14: Schematisches Ökogramm von Fichte, Eiche, Buche und Kiefer.
Prognostizierte Klimaerwärmung und Folgen
• Die mittlere globale Erwärmung an der Erdoberfläche für den Zeitraum 2090-2099 gegenüber 1980-1999 wird je nach Szenario zwischen etwa 1,1 und 6,4 °C liegen. Eine Verdoppelung der CO2-Konzentration wird zu einer Erhöhung um 1,5 °C führen.
Die Tage und Nächte werden wärmer und kalte Tage seltener; heiße Tage und Nächte werden noch wärmer und häufiger. Hitzewellen nehmen zu.
• Das Schmelzen des Meereises und der Himalaya-Gletscher (3 Mio. Hektar; ihr Abschmelzen führt langfristig zu einer Gefährdung der Versorgung von mehreren 100 Mio. Menschen) und Abnahme der Albedo (Rückstrahlung) in der Arktis.
Das Schmelzen des Grönländischen Eisschildes leistet einen Beitrag zum Anstieg des Meeresspiegels. Als positiver Effekt könnte eine bessere Zugänglichkeit zu Ressourcen (Öl, Diamanten, Mineralien) angesehen werden.
• Der Meeresspiegel wird 2090 – 2099 gegenüber dem Zeitraum 1980 - 1999 je nach Szenario im globalen Mittel zwischen etwa 18 cm und 120 cm ansteigen, bei einem langfristig zu befürchteten Abschmelzen des Grönlandeises sogar bis 7 m. (Würde das gesamte Eis der Erde schmelzen, würde der Meeresspiegel um 80 m steigen.)
• Störung der ozeanischen Zirkulation im Nordatlantik, Verstärkung des El Niño-Phänomens, Störung des indischen Monsunregimes, Zunahme von Flutkatastrophen.
• Austrocknung und Kollaps des Amazonas-Regenwaldes (15 Mio. km2 = mehr als 1/3 der globalen Waldfläche), Kollaps der borealen Wälder, erhöhte Anfälligkeit gegenüber Krankheiten und Parasiten bei verstärkter Trockenheit.
• Auftauen von Permafrostböden und damit Freisetzung von Methan und Kohlendioxid.
Weitere Folgen sind ein Rückgang der Nahrungsmittelproduktion, ein Aussterben von Pflanzenarten, eine Zunahme von Sturm- und Flutkatastrophen, eine Verknappung von Süßwasserreserven und umweltbedingte Migration sowie Verteilungskonflikte. Die Hauptbetroffenen werden nicht die Hauptverursacher sein.
(Mögliche) Folgen einer Klimaerwärmung für Europa Temperatur
• Abnahme der Anzahl von Frosttagen.
• Zunahme der heißen Tage und der „Tropennächte“ (Temperaturen über 20 °C).
• längere Vegetationsperioden, längere Trockenperioden.
• geringere Niederschläge im Sommer.
• Zunahmen von Wetterextremen (häufigere Starkniederschläge und Stürme). Standorte mit geringer Wasserverfügbarkeit sind besonders gefährdet.
Niederschläge
• Stärkere Regenfälle in Nordeuropa; zusätzliche Regenfälle im Winter.
• häufigere Trockenperioden im Mittelmeerraum.
• abnehmende Niederschläge im Sommer und damit eine zunehmende Wasserknappheit.
Wald
• Höhere Ertragspotenziale durch längere Vegetationsperioden.
• Höhere Risiken und geringere Ertragsfähigkeit durch Wasserknappheit im Sommer.
• Erhöhung des Stresses durch Schädlingsbefall (Immigration wärmeliebender Arten, Zunahme der Generationszyklen, geringere Mortalität während milderer Winter).
• Erhöhte Brand- und Windwurfgefahr.
• Verschiebung der Vegetationszonen und Vordringen von Baumarten in polwärts (pro °C 200 m) und in größere Seehöhen.
Zum Beispiel könnte die Kiefer von 900 m auf 1400 m ansteigen; eichenreiche Mischwälder könnten auf ca. 1000 m angehoben werden. +2°C bewirkt eine Verschiebung der Höhenstufen um 300-400 m nach oben.
• Rückgang der Fichte in sekundären Fichtengebieten (außerhalb der natürlichen Verbreitung).
Waldökosysteme in Grenzlagen, Systeme mit eingeschränkter Diversität, stark spezialisierte Arten, montane und alpine Arten sowie Küsten- und Uferwaldsysteme sind am stärksten betroffen. Ein
Rückkoppelungseffekte
Die Auswirkungen von Klimaänderungen sind wegen der möglichen positiven und negativen Rückkoppelungseffekte insgesamt schwer abschätzbar (Tabelle 15-5).
Tabelle 15-5a: Rückkopplungseffekte einer Temperaturerhöhung: Die positive Rückkopplung überwiegt Allgemeine positive Rückkopplungseffekte durch
erhöhte Temperatur (zusätzliches Anheizen)
Allgemeine negative Rückkopplungseffekte durch erhöhte Temperatur (Abkühlung)
Erhöhung der Aktivität der Bodenmikroorganismen → Zunahme der CO2- und N2O-Bildung.
Erhöhte CO2-Gehalte der Luft können für die Vegetation förderlich sein.
Auftauen von Permafrostböden → Zunahme der CO2- und N2O-Bildung.
Erwärmung der Ozeane → verringerte Absorptionsfähigkeit für CO2.
Eine Verlangsamung der Ozeanzirkulation verringert die biologische Produktivität, da Nährstoffe in geringerem Maße an die Oberfläche transportiert werden → Verringerung der CO2-Absorption.
Die Ansäuerung der Ozean-Oberflächen durch CO2 führt zu einer Verringerung der Kalkproduktion z. B. durch Korallen.
Beim Wachstum derselben wird Kalk aus Hydrogencarbonat und Ca gebildet und das dabei entstandene CO2 an das Meerwasser abgegeben; die Verkalkung reduziert sodann die Aufnahmekapazität der Ozeane für CO2.
Ein Rückgang der Korallenpopulation und mit ihm der Kalkeinlagerung würde die CO2-Aufnahmekapazität der Ozeane geringfügig steigern.
CO2 kann als Kalk in tiefere Meeresschichten transportiert werden, das an abgestorbene Meerestiere angelagert wird.
Dieser „Pumpeneffekt“ für CO2 macht eine höhere CO2 -Absorption an der Oberfläche möglich. Eine Versauerung der Meeresoberfläche hemmt diesen Prozess.
Die Gesteinsverwitterung wird durch höhere Temperaturen und verstärkten Niederschlag gefördert. Das CO2 der Luft bildet Kohlensäure und unterstützt den
Verwitterungsprozess. Gesteigerte Verwitterung unterstützt somit die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre.
Vermehrte Bildung von Wasserdampf. Vermehrte Bildung von Wolken.
Vermehrte Ozonbildung.
Schmelzen von Eisoberflächen → vermehrte Rückstrahlung (Albedo).
Tabelle 15-5b: Rückkopplungseffekte im Zusammenhang mit Wäldern.
Positive Rückkopplungseffekte Negative Rückkopplungseffekte Zuwachseinbußen durch Wetterextreme und ihre Folgen
(Trockenschäden, Windwurf, Waldbrände, Veratmung von Bodenkohlenstoff im Zuge einer Bodenerwärmung sowie Lachgasemissionen und eine verminderte
Methansenkenstärke aufgrund hoher Stickstoffeinträge.
Mögliche Waldzuwächse an der Baumgrenze,
wachstumssteigernde Effekte durch „CO2-Düngung“ und vermehrte Stickstoffeinträge.
Änderungen der Waldfläche (sie haben eine geringe Rückstrahlung, → Anheizen).
Änderungen der Eisfläche (hohe Rückstrahlung →
Abkühlung) wirken sich auf die Temperaturverhältnisse und den Wasserkreislauf aus.
Waldbrände → vermehrte Bildung von CO2, N2O, CH4. Waldbrände → vermehrte Bildung von Aerosolen.
15.6. Die Rolle des Waldes beim Klimaschutz - Globale Aspekte und Konsequenzen