Wie Wälder auf steigende CO2-Niveaus reagieren

Wälder nehmen 25 bis zu 30 Prozent der vom Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen - ein starkes Treibhausgas - auf und spielen daher eine entscheidende Rolle bei der Eindämmung der Geschwindigkeit und des Ausmaßes des Klimawandels.

Allerdings eine neue Studie, die zukünftige Klimamodellprojektionen kombiniert; historische Jahrring Aufzeichnungen über den gesamten Kontinent Nordamerika; und wie die Wachstumsraten von Bäumen auf eine höhere Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre reagieren können, zeigt, dass der Abschwächungseffekt von Wäldern in der Zukunft wahrscheinlich viel geringer sein wird als bisher angenommen.

veröffentlicht in der Zeitschrift Ecology LettersDie Studie deckt erstmals die möglichen Auswirkungen eines sich wandelnden Klimas auf die Wachstumsrate von Bäumen in ganz Nordamerika auf - mit anderen Worten, wie sich ihr Wachstum im Laufe der Zeit und als Reaktion auf sich verändernde Umweltbedingungen verändert.

Das Ergebnis: detaillierte Prognosekarten für den gesamten nordamerikanischen Kontinent, die zeigen, wie der Klimawandel das Waldwachstum beeinflusst.

Die Forscher kombinierten Klimaprojektionen für Nordamerika, die vom International Panel for Climate Change entwickelt wurden, mit historischen Jahrringdatensätzen, die auf Proben aus dem Zeitraum 1900 bis 1950 an 1,457-Probenahmestellen auf dem gesamten Kontinent basieren.


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Wie werden Wälder reagieren?

"Dann haben wir uns angeschaut, wie sich das Wachstum dieser Bäume unter verschiedenen vergangenen Klimata historisch verändert hat und wie sie künftig auf dem gesamten Kontinent von Mexiko bis nach Alaska wachsen werden", sagt Erstautor Noah Charney, ein Postdoktorand Associate in der Ökologie und Evolutionsbiologie der Universität von Arizona.

"Die Forschung ist beispiellos und neuartig in der Verwendung großer biologischer Daten", sagt Mitautor Brian Enquist, Professor in der Abteilung Ökologie und Evolutionsbiologie und Fellow des Aspen Center for Environmental Studies in Aspen, Colorado. "Wir nutzten ein Netzwerk von mehr als 2 Millionen Jahrringbeobachtungen in Nordamerika. Baumringe geben Aufschluss darüber, wie Bäume, die in verschiedenen Klimazonen wachsen, auf Veränderungen der Temperatur und des Niederschlags reagieren. "

Die Ergebnisse stellen frühere Schlussfolgerungen darüber in Frage, wie Wälder auf wärmere Durchschnittstemperaturen, erhöhte Treibhausgasemissionen und wechselnde Niederschlagsmuster reagieren werden.

Das Team war erschrocken, als es in ihren Simulationen keine Beweise für einen Treibhausgas absorbierenden Prozess namens borealen Greening-Effekt gab. Boreale Begrünung bezieht sich auf die Annahme, dass Bäume in hohen Breiten, wo kältere Temperaturen das Wachstum begrenzen, von wärmeren Temperaturen und höheren Konzentrationen von Kohlendioxid in der Atmosphäre profitieren sollten und infolgedessen unter den Auswirkungen des Klimawandels "grün" sind. Im Gegenzug sollten diese blühenden borealen Wälder in der Lage sein, mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu schrubben, so die Idee, die den Klimawandel dämpft.

"Bis jetzt gab es keinen guten Weg zu berücksichtigen, wie Bäume unter neuen klimatischen Bedingungen auf den Klimawandel reagieren", sagt Seniorautorin Margaret Evans, wissenschaftliche Hilfskraft am Laboratorium für Baumringforschung (LTRR) und Ökologie und evolutionsbiologische Abteilung. "Unsere Studie bietet diese Perspektive. Wir sehen, dass sich die Reaktion der Bäume ändert, wenn sie unter dem Einfluss des Klimawandels stehen. "

"Viele frühere Klimamodellierungsstudien zählten auf die borealen Wälder, um uns vor der Klimakatastrophe zu schützen, indem wir unsere Emissionen ausgleichen, aber wir sehen keine Ökologisierung in unseren Ergebnissen", sagt Valerie Trouet, außerordentliche Professorin am LTRR. "Stattdessen sehen wir Bräunung. Der positive Einfluss, den wärmere Temperaturen auf boreale Wälder haben, sehen wir nicht. "

Die dramatischsten Veränderungen der projizierten Wachstumsraten des Waldes wurden im westlichen Westen des nordamerikanischen Kontinents festgestellt, mit einem bis zu 75 Prozent langsameren Wachstum für Bäume im Südwesten der USA, entlang der Rockies, durch das innere Kanada und Alaska. Wachstumssteigerungen gab es nur entlang bestimmter Küstengebiete, vor allem im Nordwesten des Pazifiks, im Nordosten Quebecs und in den Seeprovinzen sowie im Pfannenstiel Florida.

Einige der Vorhersagen, die sich aus den Simulationen ergeben, geschehen bereits.

Schädliche Rückkopplungsschleife

"In Alaska beispielsweise, wo Bäume projiziert wurden, um positiv auf Erwärmungstemperaturen unter dem borealen Begrünungseffekt zu reagieren, sehen wir, dass Bäume jetzt stattdessen negativ reagieren", sagt Evans. "Bäume in sehr hohen Breiten sind durch kalte Temperaturen begrenzt, also ja, in wärmeren Jahren wachsen sie mehr, aber es gibt einen Wendepunkt, und wenn sie erst einmal vorbei sind, wird ein wärmeres Klima eine schlechte Sache statt einer guten Sache."

Das Erwärmungsklima drängt bereits viele Wälder in Richtung dieses Wendepunkts, der möglicherweise bereits so früh wie 2050 erreicht wird, warnt die Studie. Zusätzlich dazu, dass sie schnell Temperaturen ausgesetzt sind, die sie in ihrem Leben nicht erfahren haben und für die sie nicht evolutionär vorbereitet sind, werden Bäume durch ihr Wachstum noch anfälliger für zusätzliche Belastungen.

"Es gibt hier eine kritische und möglicherweise schädliche Rückkopplungsschleife", sagt Charney. "Wenn sich die Wachstumsrate von Bäumen als Reaktion auf Umweltstressoren wie Kälte oder Trockenheit verlangsamt, können sie für ein paar Jahre auskommen, aber im Laufe der Zeit verbrauchen sie ihre Ressourcen und sind viel anfälliger für zusätzliche Stressoren wie Feuerschäden oder eine große Dürre oder Insektenausbrüche. Ein Jahr nach dem langsamen Wachstum bedeutet daher, dass Wälder immer weniger widerstandsfähig werden. "

Infolgedessen kann ein Wald sehr schnell von einem Klimaaktivisten zu einem Kohlenstoffproduzenten werden.

"Es ist wie ein Thermostat schlecht geworden", sagt Evans. "Wälder wirken als Kohlenstoffsenke, indem sie Kohlendioxid aus der Atmosphäre nehmen, aber je mehr sich das Klima erwärmt, je langsamer die Bäume wachsen, je weniger Kohlenstoff sie aufsaugen, desto schneller verändert sich das Klima."

"Die Ergebnisse unterstreichen auch die potentielle Bedeutung lokal angepasster Waldbewirtschaftungsstrategien, um dazu beizutragen, die durch unsere Analysen prognostizierten Rückgänge des Waldwachstums abzuschwächen", sagt Charney.

Die Implikationen könnten möglicherweise weltweit gelten. Während ihre Modelle keine Daten von außerhalb des nordamerikanischen Kontinents enthielten, scheint es sehr wahrscheinlich, dass die in dieser Studie gezogenen Schlussfolgerungen auch im eurasischen Wald gelten, sagt Evans. "Die borealen Wälder in Eurasien sind umfangreicher und noch wichtiger als die im kontinentalen Nordamerika."

Forscher der Eidgenössischen Forschungsanstalt, der Polnischen Akademie der Wissenschaften, der Montana State University, des Bryn Mawr College und der Eidgenössischen Forschungsanstalt sind Koautoren der Studie. Das Aspen Center for Environmental Studies und das UA College of Science stellten Mittel zur Verfügung.

Quelle: University of Arizona

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