Wälder 7 23

Wir haben die Vorhersagen darüber gehört, wie die Treibhausgasemissionen die Temperatur- und Niederschlagsentwicklung der Menschen beeinflussen werden. Aber wie sich diese Veränderungen auf die Wälder der Welt auswirken, hat auch weitreichende Folgen für die Zukunft.

Könnten wärmere Winter und damit längere Vegetationsperioden Bäume schneller wachsen lassen? Wenn dies der Fall ist, könnte ein schnelleres Wachstum der Bäume das Tempo des Klimawandels verlangsamen, da Bäume während des Wachstums Kohlenstoff aus der Luft saugen.

Oder vielleicht heissere Sommer bedeuten mehr dürreähnliche Bedingungen und behindern dadurch die Fähigkeit der Bäume zu wachsen und somit unsere Wälder zu schädigen.

In einer jüngsten PapierMeine Kollegen und ich machten uns daran, eine Karte zu machen, wie der Klimawandel das Baumwachstum auf dem gesamten Kontinent Nordamerika beeinflussen könnte. Um dies zu tun, gruben wir historische Aufzeichnungen über das Wachstum von Bäumen im Zeitraum 1900-1950, die von vielen engagierten Feldökologen im Laufe der Jahrzehnte gesammelt und in der Internationale Baumring-Datenbank.

Wir fanden heraus, dass das tägliche Leben der Bäume in weiten Teilen Nordamerikas schwieriger wird, trotz des potenziellen Vorteils, den steigende Kohlendioxidkonzentrationen für Bäume haben können. Dies steht im Gegensatz zu den Hoffnungen einiger Wissenschaftler, dass der Klimawandel die Wälder in den nördlichen Breiten stark begünstigen wird.


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Wie Bäume auf das Klima reagieren

Die erste Hürde bei der Vorhersage des zukünftigen Baumwachstums besteht darin, zu verstehen, wie Bäume in verschiedenen Ökosystemen auf Klimaschwankungen reagieren.

Sie können vermuten, dass in kalten nördlichen Wäldern ein wenig Hitze den Bäumen helfen könnte, während mehr Wärme in der Wüste Südwesten wahrscheinlich das letzte ist, was Bäume dort wollen. Diese Beobachtung motivierte frühere Wissenschaftler, eine "boreale Begrünung" zu formulieren. Hypothese - dass die globale Erwärmung die nördlichen borealen Wälder schneller wachsen lässt und dazu beiträgt, den Klimawandel zu mildern.

Wir verwendeten die historischen Baumringdaten, um die Beziehung zwischen regionalem Klima und Baumwachstum zu kartieren. Indem wir jeden Wachstumsring an die Wetterbedingungen im entsprechenden Jahr anpassen, können wir einen Eindruck gewinnen, wie Bäume auf Klimaschwankungen reagieren. Zum Beispiel haben wir gesehen, dass überdurchschnittliche Temperaturen im Juni zu einem schnelleren Wachstum des Baumes führten, und zwar in Gegenden mit einem Klima ähnlich wie in Fairbanks, Alaska, aber langsamerem Wachstum in Phoenix-ähnlichen Klimazonen.

Wenn sich das Klima ändert, könnten wir erwarten, dass sich auch die Reaktion der Bäume ändert. In Fairbanks sagen unsere Modelle beispielsweise voraus, dass überdurchschnittliche Junitemperaturen in der Zukunft für das Wachstum von Bäumen schlecht sein werden, was der historischen Beziehung entgegengesetzt ist. Warum? Fairbanks erwärmt sich so sehr, dass es sich in eine neue Klimazone verschiebt, in der eine zusätzliche Erwärmung ein Nachteil ist. Andere Forscher haben tatsächlich begonnen, ein solches zu sehen Verschiebung tritt auf dem Boden auf in Alaska.

Wenn wir einmal beschreiben, wie Bäume auf Veränderungen des Klimas auf dem Kontinent reagieren, können wir die Prognosen der UN nutzen Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), um die entsprechende Veränderung des Baumwachstums auf dem gesamten Kontinent vorherzusagen. Für jedes Pixel auf unserer Karte von Nordamerika haben wir projiziert, wie sich die Wälder auf der Grundlage beider Informationssätze verändern werden - die durch die Jahrringanalyse ermittelte Beziehung zwischen Wachstum und Klima und die projizierten Klimaveränderungen auf dem Kontinent.

Kohlenstoffdüngung

Es gibt noch eine weitere Falte in diesem Puzzle, die wir untersucht haben. Das sich ändernde Klima wird hauptsächlich durch den Aufbau von zusätzlichem Kohlendioxid verursacht, und Pflanzen nutzen Kohlendioxid zur Photosynthese. So wie wir Sauerstoff zum Leben einatmen, atmen Pflanzen Kohlendioxid ein, um zu leben. Somit können erhöhte Mengen an Kohlendioxid das Baumwachstum direkt beschleunigen. Dies ist bekannt als "Kohlenstoff-Fertilisation"Weil wir Pflanzen durch die Luft mit Dünger versorgen, damit sie wachsen können.

Wissenschaftler sind tief gespalten darüber, ob Kohlenstoffdüngung dieser Art tatsächlich Wachstumssteigerungen verursacht, und wenn ja, wie viel. In unserem Artikel haben wir nicht versucht, diese Debatte beizulegen. Stattdessen haben wir einfach mehrere verschiedene Möglichkeiten für die Stärke der Kohlenstoffdüngung aufgenommen.

Um die Kohlenstoffdüngung zu simulieren, verwendeten wir einen kleinen Trick, den Professor vorgeschlagen hatte Graham Farquhar der Australischen Nationalen Universität. Der Trick beruht auf der Tatsache, dass, wenn Pflanzen Kohlendioxid einatmen, Wasser entweicht. Stellen Sie sich die Poren auf den Blättern als kleine Münder vor, die sich öffnen und schließen, um zu atmen. Je mehr Pflanzen ihren Mund öffnen müssen, um zu atmen, desto mehr Wasser entweicht. Daher versuchen die Pflanzen, ihren Mund so dicht wie möglich zu halten.

Wenn die Konzentrationen von Kohlendioxid, die in der Luft herumschwimmen, sehr hoch sind, müssen Pflanzen ihren Mund nur für einen kleinen Schluck von Luft öffnen, ohne viel Wasser zu verlieren. Wenn wir also die Pflanzen mit Kohlenstoff in der Luft düngen, verringert dies direkt die Wassermenge, die die Pflanzen zurückhalten können - bei mehr CO2 absorbieren die Poren der Blätter das Gas effizienter und verlieren dabei weniger Wasser.

Anstatt zu versuchen, mehr freien Kohlenstoff in der Luft zu simulieren, können wir einfach so tun, als ob die Pflanzen mehr Regenwasser bekommen. Der letztendliche Effekt auf das Wachstum sollte im Wesentlichen derselbe sein, da Kohlenstoffaufnahme und Wasserrückhaltung direkt miteinander verbunden sind.

In Wüsten, in denen Wasser eine große Rolle spielt und Pflanzen hochmotiviert sind, den Mund zu halten, sollte eine geringe Kohlenstoffdüngung (oder ein wenig zusätzlicher Regen) einen großen Beitrag dazu leisten, dass Pflanzen wachsen. In Regenwäldern dagegen, wo Pflanzen ihre Münder mit wenig Aufwand weit offen halten können, könnte eine Kohlenstoffdüngung (oder zusätzlicher Regen) den Pflanzen nicht helfen.

In unserer Studie haben wir die Kohlenstoffdüngung simuliert, indem wir einfach mehr Niederschlag in unsere Modelle aufgenommen haben. Um die Wissenschaftler zu überzeugen, die fest davon überzeugt sind, dass die Kohlenstoffdüngung erfolgreich sein wird, haben wir in einigen Simulationen zusätzliches Wasser im Verhältnis zu der Menge an zusätzlichem Kohlenstoff hinzugefügt, die in die Atmosphäre freigesetzt werden soll. Um die namenlosen Wissenschaftler zufrieden zu stellen, die nicht glauben, dass der Kohlenstoffdüngungseffekt herauskommen wird, haben wir auch Simulationen ohne erhöhtes Wasser durchgeführt. Und wir haben Simulationen auf allen Ebenen dazwischen durchgeführt.

Die Vorhersagen unserer Modelle

Am Ende des Tages sind unsere Karten, wie das Baumwachstum auf den Klimawandel reagieren könnte, alarmierend.

In weiten Teilen des westlichen und mittleren Teils des Kontinents sehen wir massive Rückgänge bei den Baumwachstumsraten, wobei Bäume in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts bis zu 75 Prozent langsamer wachsen. In einigen Gebieten in der Nähe der Küsten des Kontinents wie dem pazifischen Nordwesten, dem westlichen Kanada und dem Südosten der USA kam es jedoch zu lokalen Wachstumsraten bei den Bäumen.

Ohne den Effekt der Kohlenstoffdüngung erwarten unsere Modelle, dass die Wachstumsraten auf dem gesamten Kontinent im ungünstigsten Szenario des Klimawandels des Weltklimarats um fast 20 Prozent fallen (dieses Szenario hat eine Erwärmung von 6 Grad Celsius über den Kontinent). .

Wir fanden heraus, dass ein sehr großer Kohlenstoffdüngungseffekt (unrealistisch groß, nach Meinung einiger Mitautoren unserer Studie) erforderlich wäre, um diese Verlangsamung auszugleichen. Und in weiten Teilen des Kontinents projizierten unsere Modelle langsamere Wachstumsraten, egal wie groß der Kohlenstoffdüngungseffekt ist.

Auch in unseren Simulationen konnten wir keine starke Zunahme der kalten Wachstumsraten im nördlichen Wald feststellen. Im Durchschnitt sahen wir keine "boreale Begrünung". Wenn überhaupt, sahen wir eine Verlangsamung dieser Wälder. Dies ist hauptsächlich auf die Verschiebung der Reaktion von Bäumen auf Klimas in Orten wie Fairbanks zurückzuführen.

Was es bedeutet

Die Schlussfolgerung unserer Analyse ist, dass Wälder nicht in der Lage sind, uns vor dem Klimawandel zu bewahren.

Unsere Modelle deuten darauf hin, dass die meisten unserer Wälder in Zukunft langsamer wachsen werden. Dies wird natürlich direkte Auswirkungen auf alle Arten haben, auf die wir und andere Arten auf Bäume angewiesen sind. Aber es wird auch in den Klimawandel selbst einfließen. Da die globale Erwärmung dazu führt, dass Bäume weniger Kohlenstoff aufnehmen, bleibt mehr Kohlenstoff in der Luft, um eine schnellere Erwärmung zu bewirken, wodurch ein beschleunigender Zyklus entsteht.

Darüber hinaus werden viele anhaltende Jahre mit schlechtem Wachstum der Bäume die Ressourcen, die sie zum Überleben benötigen, wahrscheinlich erschöpfen, was sie anfällig für schwere Dürren oder Insektenausbrüche macht. Dies kann bedeuten, dass das, was wir als langsameres Wachstum projizieren, zu einem weit verbreiteten Baumsterben führen kann. Mit anderen Worten, das Waldbild könnte sogar düsterer sein, als unsere Modelle vermuten lassen.

In unseren Modellen berücksichtigen wir nicht die Art und Weise, in der sich Wälder aufgrund von Änderungen in der Holznutzung oder der Waldbewirtschaftung verändern. In vielen Gebieten wachsen die Wälder schneller, nur weil wir in letzter Zeit aufgehört haben, sie zu protokollieren. Solche Faktoren sollten als eine weitere Ebene betrachtet werden, die über unsere Projektionen hinausgeht.

Diese Studie, wie jede ihrer Art, ist wirklich unsere beste Schätzung für die Zukunft. Ich denke an solche Vorhersagen nicht als harte Voraussagen, was passieren wird, sondern als vernünftige Möglichkeiten. Es gibt so viele Unbekannte, einschließlich der Tatsache, dass zukünftige Klimazonen wahrscheinlich ganz anders sein werden als alle, die wir in der Vergangenheit gesehen haben.

Und natürlich ist das größte Unbekannte, wie viel Willenskraft unsere menschliche Gemeinschaft zur Eindämmung der Treibhausgasemissionen beitragen wird.

Über den Autor

Noah Charney, Postdoktorandin für Ökologie und Evolutionsbiologie, University of Arizona

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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