Wälder im Klimawandel

Aus Klimawandel
Version vom 27. April 2008, 18:54 Uhr von Kathi (Diskussion | Beiträge) (Verringerung des Baumwachstums)
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Die Wälder der Erde bedecken etwa 3500 Millionen ha bzw. 30% der globalen Landfläche (ohne Grönland und Antarktis). Ungefähr 57% davon, meistens tropischer Regenwald, befinden sich in Entwicklungsländern. Zwischen 1980 und 1995 ist die Waldfläche weltweit um 180 Millionen ha bzw. 5% zurückgegangen, größtenteils durch die Umwandlung in Ackerland. Betroffen davon waren vor allem die Entwicklungsländer, wo der Waldverlust z.B. im brasilianischen Amazonasgebiet 1 Million ha pro Jahr betrug. In den entwickelten Staaten hat dagegen die Waldfläche, trotz gewisser Verluste durch Siedlungs- und Infrastrukturmaßnahmen, durch Aufforstung und natürliche Regeneration auf Flächen, die vorher landwirtschaftlich genutzt waren, um 20 Millionen ha zugenommen.[1]


1 Bedeutung von Wäldern im Klimasystem

Wälder sind nicht nur ein wichtiger Ressourcenlieferant und Erholungsraum für den Menschen, sondern auch ein bedeutender Faktor im Klimageschehen. Das ist schon darin begründet, dass Wälder dominierend an dem Kohlenstoffaustausch zwischen den terrestrischen Ökosystemen und der Atmosphäre beteiligt sind. Wälder beeinflussen außerdem die Albedo der Erdoberfläche und damit den Strahlungshaushalt. Sie bremsen bodennahe Luftströmungen und fördern die Aufnahme- und die Speicherfähigkeit der Vegetationsdecke für Wasser und dessen Verdunstung. Damit sind sie ein wichtiger Faktor im Wasserkreislauf der Atmosphäre. Besonders die tropischen Regenwälder verdunsten viel Wasser, das in Form von Wasserdampf über große Entfernungen verfrachtet wird und in trockeneren Gebieten zur Wolkenbildung und zum Niederschlag beiträgt. Gleichzeitig wird dabei auch die eingestrahlte Sonnenenergie in Wasserdampf gebunden und über große Strecken verteilt. Da Wälder extrem klimaangepasste Lebensgemeinschaften darstellen, haben klimatische Veränderungen auf ihre Verteilung, ihre Artenzusammensetzung und ihr Wachstum erhebliche Auswirkungen. Klimatische Bedingungen wirken sowohl direkt durch Temperatur, Niederschläge und Wind als auch über verschiedene Vermittlungsfaktoren, wie vor allem Waldbrände und Insekten- und Krankheitsbefall, auf den Wald.


2 Migration und Wachstumsrate

2.1 Standortveränderungen

Wie Waldgemeinschaften konkret auf den Klimawandel der nächsten Jahrzehnte reagieren werden, hängt entscheidend von den jeweiligen regionalen Veränderungen der verschiedenen klimatischen Faktoren in Wechselwirkung mit der Forstwirtschaft ab. Untersuchungen über vergangene klimatische Veränderungen haben gezeigt, dass Wälder in ihrerer räumlichen Ausbreitung auf ein sich wandelndes Klima deutlich langsamer reagieren als die nicht aus Bäumen bestehende Vegetation, da Bäume von der Saat bis zur Reife oft mehrere Jahrzehnte benötigen. In Anpassung an die neuen Klimabedingungen nach der letzten Kaltzeit haben verschiedene Baumarten zwischen 50 und 1000 Jahre gebraucht, um einen Streifen von 50 km Breite neu zu besiedeln. Um den prognostizierten Klimaänderungen der nächsten Jahrzehnte zu folgen, müssten die Migrationsraten jedoch bei 500-600 km pro Jahrhundert liegen.[2] Dabei lassen sich die Wachstumsraten der Vergangenheit nicht einmal auf die heute vielfach durch menschliche Eingriffe fragmentierten Landschaften übertragen, in denen der Migration zahlreiche Barrieren entgegenstehen, wodurch die Migrationsraten in einem künftigen Klima deutlich auf weniger als 50 km pro 100 Jahre gedrückt oder sogar gegen Null tendieren werden.[3]

Modellsimulationen, die von einem durchschnittlichen Temperaturanstieg von 2 °C bei einer Verdopplung des gegenwärtigen CO2-Gehaltes in den nächsten 70-80 Jahren ausgehen, kommen zu dem Ergebnis, dass die Ausbreitung von Wäldern in klimatisch aktuell geeignete Gebiete nur sehr verzögert ablaufen wird.[4] Dabei reagieren die einzelnen Baumarten oft sehr verschieden, was zu einer völlig neuen Zusammensetzung der Wälder führen kann. Ein Teil der Wälder wird "verarmen" oder sogar verschwinden, da bestimmte Baumsorten in den neuen klimatischen Bedingungen nicht überleben können. So werden Fichten und Kiefern in Norddeutschland und in Skandinavien (bei einer Verschiebung der für boreale Wälder geeigneten Klimazone während des 21. Jahrhunderts um 150-550 km nach Norden) wahrscheinlich weitgehend durch Buchen und Birken ersetzt und langfristig in die Tundra-Regionen vordringen. In den USA werden nördliche Nadel- und Laubwälder an ihrer Südgrenze fast ganz verschwinden, wie eine Untersuchung über das Gebiet der Großen Seen ergab,[5] und nur begrenzt durch südliche Baumarten ersetzt werden, was insgesamt zu einem Verlust an Diversität führen wird. In den borealen Gebieten ist damit zu rechnen, dass sich die Schwerpunkte der Waldbestände nach Norden verschieben. Während gegenwärtig in Finnland 70% der Waldbestände in der Südhälfte des Landes zu finden sind und 30% in der Nordhälfte, ergeben Modellberechnungen eine gleichwertige Verteilung bis zum Ende des 21. Jahrhunderts.[6] Im Alpenraum wird es zu einem Vordringen von Bäumen in die subalpine und alpine Zone kommen.[7]

2.2 Verstärkung des Baumwachstums

Klimaänderung und Baumwachstum in Österreich von 1961 bis 1990. Die Darstellung zeigt den Anstieg der Jahresmitteltemperatur und die Zunahme der jährlichen Wachstumsperiode (definiert als die Zahl der Tage mit einer Durchschnittstemperatur über 5 oC) sowie die Zunahme des Stammwachstums in Prozent.

Gegenüber der nur sehr verzögert ablaufenden Standortveränderung lassen sich Veränderungen im Wachstumsverhalten durch einen Anstieg der Temperatur und des CO2-Gehaltes bereits heute erkennen. So zeigen regionale Beobachtungen und Modelluntersuchungen für die letzten Jahrzehnte des 20. Jahrhunderts eine Zunahme der Wachstumsrate von Bäumen in einigen Gebieten der mittleren und höheren Breiten.[8] Die Gründe liegen außer in der Zunahme der Kohlendioxidkonzentration der Atmosphäre nicht zuletzt in der höheren Temperatur und der Verlängerung der Wachstumszeit, die sich für die Nordische Fichte in Österreich in der Zeit von 1961 bis 1990 durch den Anstieg der Jahrestemperatur um 0,72 °C und der Wintertemperatur um 2,36 °C um 11 zusätzliche Tage erhöht hat. Als Folge hat die Nettoprimärproduktion um 3,5% und die Wachstumsrate des Stammvolumens um rund 10% zugenommen.[9]

Entsprechend wird mit einer deutlichen Verstärkung des Baumwachstums in einigen europäischen Regionen auch für die nächsten Jahrzehnte gerechnet. Nach Modellberechnungen wird bis zum Ende des 21. Jahrhunderts an der nördlichen Baumgrenze (70 °N) eine Temperaturerhöhung von 4 °C und eine Ausdehnung der Wachstumsperiode von gegenwärtig 110-120 Tagen auf 150-160 Tage erwartet.[10] Für Nordfinnland, wo bis zum Jahre 2100 ein Temperaturanstieg von 4 °C und eine Zunahme der Niederschläge um 10% angenommen wird, haben Modellberechnungen bis 2100 eine Erhöhung der Wachstumsraten um 30% gegenüber der Entwicklung bei gleichbleibenden klimatischen Bedingungen ergeben. Im wesentlichen ist dafür die Zunahme des Wachstums bei Kiefern und Fichten sowie der höhere Anteil von Birken verantwortlich. In Südfinnland wird die Wachstumsrate bis zum Jahre 2070 um etwa 10% durch das veränderte Klima zunehmen, danach jedoch bei einer Temperaturerhöhung von über 3 °C zurückgehen.[11] Eine wesentliche Voraussetzung für das Eintreffen dieser Prognosen ist ein ausreichender Anstieg der Niederschläge, der die erhöhte Evapotranspirationsleistung durch die gestiegenen Temperaturen und die größere Bodentrockenheit durch das frühere Abschmelzen der Schneedecke ausgleicht. Bereits im 20. Jahrhundert sind die Niederschläge im nördlichen Europa um 10-40% gestiegen, ein Trend, der höchstwahrscheinlich auch in den folgenden Jahrzehnten anhalten wird.

2.3 Verringerung des Baumwachstums

Sommertemperaturen 1906-1998 (Abweichungen vom Mittel des dargestellten Zeitraums) und das jährliche Wachstum der Baumringe der Weißfichte im zentralen Alaska (Fairbanks)

Die finnischen Ergebnisse können möglicherweise auch auf andere boreale Wälder, z.B. im übrigen Skandinavien und Russland, übertragen werden. Allerdings haben Beobachtungen in Alaska ergeben, dass eine Temperaturerhöhung nicht mit einem verstärkten Baumwachstum gekoppelt sein muss. Zwar konnte eine solche Korrelation in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts beobachtet werden, zeigte sich jedoch nicht mehr für die letzten Jahrzehnte trotz weiterhin zunehmender Erwärmung in den untersuchten Gebieten. Vielmehr wurde für viele Standorte eine Verringerung des Baumwachstums in Abhängigkeit von der steigenden Temperatur festgestellt. Als Erklärung wird dafür primär eine Beeinträchtigung des Wachstums durch temperaturbedingte Trockenheit angenommen. Hinzu kommt, dass steigende Temperaturen die Strauchvegetation begünstigen, die mit den Bäumen um die Ressourcen von Wasser und Nährstoffen im Boden konkurrieren.[12] Gerade die Weißfichte, die in den borealen Wäldern des westlichen nordamerikanischen Kontinents eine der produktivsten und verbreitetsten Baumarten ist, reagiert auf Trockenstress durch höhere Temperaturen deutlich mit einem verminderten Baumwachstum, ablesbar an der Dikke der Baumringe. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass höhere Temperaturen und ein höherer CO2-Gehalt das Wachstum bei reifen Bäume in den hohen Breiten selbst in Norwegen kaum beeinflussen.[13] Eine weitere Erwärmung wird daher wahrscheinlich dazu führen, dass die Aufnahme von Kohlendioxid durch die Bäume der höheren Breiten geringer als vielfach vermutet sein wird und daher von den borealen Wäldern insgesamt eher eine positive als eine negative Rückkopplung des Treibhauseffekts zu erwarten ist.[14]

Auch in trockeneren Regionen der mittleren Breiten liegen die Dinge ähnlich. Modellprognosen für das Bundesland Brandenburg im Nordosten Deutschlands z.B. sagen bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts neben einem Anstieg der Jahresmitteltemperatur um 1,5 °C eine deutliche Abnahme der jährlichen Niederschlagsmenge um 40-140 mm voraus. Als Folge wird der Artenreichtum der brandenburgischen Wälder deutlich zurückgehen. Vor allem wird der Bestand an Buchen abnehmen und der von trockenresistenten Sorten wie Kiefern, Eichen und Linden zunehmen. Je nachdem, wie die Forstwirtschaft auf den Wandel reagiert, wird die Produktivität der brandenburgischen Wälder mehr oder weniger stark abnehmen und die Biomasse pro ha nach 110 Jahren gegenüber heute durchschnittlich um 53-67% zurückgehen. Das Klimaszenario S0 in der Tabelle 1 geht von einem unveränderten Klima der Jahre 1951-1990 aus, das Szenario S1 von einer Temperaturzunahme um 1,5 °C und einer Niederschlagsabnahme um 40-140 mm in den nächsten 55 Jahren. Bei der Forstwirtschaft werden drei Wege unterschieden: 1. die traditionelle Methode (FS1), die die ökonomisch wichtigen Arten begünstigt, 2. die adaptive Methode (FS2), die die klimatisch am besten angepasten Sorten bevorzugt, und 3. die auf hohe Diversität setzende Methode (FS3). Die klimatischen Veränderungen und die Veränderungen im Waldbestand haben auch eine Verminderung der Grundwasseranreicherung um 33-37% zur Folge und damit Konsequenzen für die Wasserversorgung des Ballungsraums Berlin und anderer Agglomerationen.[15]

Für den mediterranen Raum zeigen Modelluntersuchungen, dass positive Effekte durch die Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration dann zu erwarten sind, wenn sich auch die Niederschläge gegenüber heute erhöhen.[16] Falls die temperaturbedingte Erhöhung der Evapotranspiration nicht durch höhere Niederschläge ausgeglichen werden, kommt es zu Trockenstress, der sowohl für die Artenzusammensetzung wie für das durchschnittliche Baumwachstum negative Folgen hat.

3 Einzelnachweise

  1. vgl. IPCC (2001): Climate Change 2001: Impacts, Adaption, and Vulnerability. Contribution of the Working Group II to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge and New York 2001, 5.6.1.
  2. Winnett, S.M. (1998): The potential effects of climate change on U.S. forests: a review, Climate Research 11, 39-49
  3. Iverson, L.R., A.P. and M.W. Schwartz (1999): Modeling potential future individual tree-species distributions in the eastern United States under a climate change scenario: a case study with Pinus virginiana, Ecological Modelling 115, 77-93
  4. Solomon, A.M. and A.P. Kirilenko (1997): Climate change and terrestrial biomass: what if trees do not migrate?, Global Ecology and Biogeography Letters 6, 139-148
  5. Ehman, J. L., W. Fan, J. C. Randolph, J. Southworth and N.T. Welch (2002): An integrated GIS and modeling approach for assessing the transient response of forests of the southern Great Lakes region to a doubled CO2 climate, Forest Ecology and Management 155, 237-255
  6. Talkkari, A. (1998): The development of forest resources and potential wood yield in Finland under changing climatic conditions, Forest Ecology and Management 106, 97-106
  7. Parry, M.L. (Editor) (2000): Assessment of Potential Effects and Adaptions for Climate Change in Europe: The Europe Acacia Project, Norwich, UK, p. 140; Kellomäki, S., I. Rouvinen, H. Peltola, H. Strandman and R. Steinbrecher: Impact of global warming on the tree species composition of boreal forests in Finland and effects on emissions of isoprenoids (2001), Global Change Biology 7, 531-544
  8. Parry, M.L. (Editor) (2000): Assessment of Potential Effects and Adaptions for Climate Change in Europe: The Europe Acacia Project, Norwich, UK, p. 140
  9. Hasenauer, H., R. N. Ramakrishna, K. Schadauer and S. W. Running (1999): Forest growth response to changing climate between 1961 and 1990 in Austria, Forest Ecology and Management 122, 209-219
  10. Parry, M.L. (Editor) (2000): Assessment of Potential Effects and Adaptions for Climate Change in Europe: The Europe Acacia Project, Norwich, UK, p. 142
  11. Talkkari, A. (1998): The development of forest resources and potential wood yield in Finland under changing climatic conditions, Forest Ecology and Management 106, 97-106
  12. Lloyd, A.H., and L. Christopher (2002): Spatial and Temporal Variability in the Growth and Climate Response of Treeline Trees in Alaska, Climatic Change 52, 481-509
  13. Rasmussen, L., C. Beier and A. Bergstedt (2002): Experimental manipulations of old pine forest ecosystems to predict the potential tree growth effects of increased CO2 and temperature in a future climate, Forest Ecology and Management 158, 179-188
  14. Barber, V.A., G.P. Juday and B.P. Finney (2000): Reduced growth of Alaskan white spruce in the twentieth century from temperature-induced drought stress, Nature 405, 668-673; Briffa, K.R., F.H. Schweingruber, P.D. Jones, T.J. Osborn, S.G. Shiyatov and E. A. Vaganov (1998): Reduced sensitivity of recent tree-growth to temperature at high northern latitudes, Nature 391, 678-682
  15. P. Lasch, M. Lindner, M. Erhard, F. Suckow and A. Wenzel (2002): Regional impact assessment on forest structure and functions under climate change - the Brandenburg case study, Forest Ecology and Management ....... Uncorrected Proof!!!!!
  16. Sabaté, S., C.A. Gracia and A. Sánchez (2002): Likely effects of climate change on growth of Quercus ilex, Pinus halepensis, Pinus pinaster, Pinus sylvestris and Fagus sylvatica forests in the Mediterranean region, Forest Ecology and Management 162, 32-37


4 Siehe auch


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