Wie extreme Dürren die Fähigkeit von Bäumen schwächen, Kohlenstoff aufzunehmen

Wie extreme Dürren die Fähigkeit von Bäumen schwächen, Kohlenstoff aufzunehmen Schwerwiegende Dürreperioden haben zu den weitverbreiteten Schäden durch Borkenkäfer und der Baumsterblichkeit in Kiefernwäldern im Westen der USA geführt. US-Landwirtschaftsministerium, CC BY-ND

In den Bäumen steckt ein Geheimnis, von dem das Schicksal der Küstenstädte abhängen kann, die durch den Klimawandel vom Anstieg des Meeresspiegels bedroht sind. Jedes Jahr nehmen die Wälder der Erde ungefähr auf ein Viertel des vom Menschen emittierten Kohlendioxids, wodurch die Geschwindigkeit und der Schweregrad der globalen Erwärmung effektiv verlangsamt werden. Sie binden den größten Teil dieses Kohlenstoffs in ihren Stängeln und halten ihn dort über Jahrhunderte. Dieser Service, den sie für die Menschheit erbringen, ist etwa 1 Billion US-Dollar wert jedes Jahr.

Es gibt jedoch keine Garantie dafür, dass Bäume auf der ganzen Welt dies auch in den kommenden Jahrzehnten tun werden. Der Klimawandel verursacht Dürren, massive Waldbrände und Insektenausbrüche, die das Wachstum der Bäume verlangsamen, Bäume töten und diesen Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre abgeben.

Die Ein-Billionen-Dollar-Frage, um die sich die Wissenschaftler bemühen, lautet also: Was ist das Schicksal der Bäume in einem sich wandelnden Klima?

In einer Studie über die Auswirkungen von Dürren auf Bäume konzentrierten sich meine Kollegen und ich auf einen Aspekt dieser Frage, insbesondere auf die Auswirkungen von Dürre auf Bäume. Unsere Analyse zeigt, dass Wälder nicht so schnell von extremer Dürre abprallen, wie die Wissenschaftler gedacht hatten - ein Ergebnis, das zu besseren Modellen für die Absorption von Kohlenstoffemissionen durch Wälder führen könnte.

Baumgeschichte lesen

Gegenwärtig sind wir weitgehend blind, wenn es darum geht, das Schicksal von Bäumen vorherzusagen. Unsere besten Vorhersagewerkzeuge - mathematische Modelle basierend auf Pflanzenphysiologie und Klima - nicht wild zustimmen über die Zukunft der Wälder.

Einige zeigen, dass Bäume weiterhin wie verrückt wachsen und bis zum Ende des Jahrhunderts Kohlenstoff aufnehmen. In anderen Fällen dämpfen Dürre, Temperatur und andere Störungen des Ökosystems das Baumwachstum und töten viele Bäume. Ökosysteme beginnen Kohlenstoff zu verlieren, was die Geschwindigkeit und den Schweregrad des Klimawandels rapide beschleunigt. Schlimmer noch, es wird allgemein nicht angenommen, dass diese Modelle genau simulieren Auswirkungen der Dürre auf die Wälder.

Um einen Teil dieses Rätsels zu lösen, haben wir uns Baumringen zugewandt. Die meisten Bäume auf der Nordhalbkugel züchten Jahresringe, die wie Seiten eines Buches um den Stamm geschichtet sind, zu einer Vergangenheit über die Lebenszeit dieses Baumes.

Wissenschaftler wissen seit Jahrzehnten, dass Bäume während der Dürre langsamer wachsen. Aber wir wollten die Antwort auf eine einfache Frage wissen: Was passiert nach der Dürre? Erholen sich die Bäume und wachsen sie weiter, indem sie den Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufnehmen? Oder könnte der während der Dürre erlittene Schaden sie später langsamer wachsen lassen, selbst wenn die Dürre vorbei ist?

Weil der Klimawandel zu häufigeren und schwereren Dürren führen wird vielen Regionen der WeltDie Erholung der Wälder nach der Dürre wird entscheidend dafür sein, ob sie weiterhin Kohlendioxid aufnehmen und die globale Erwärmung verlangsamen.

Dürre-Kater

Wir verwendeten eine öffentlich zugängliche Online-Datenbank mit Baumringen von mehreren tausend Waldstandorten auf der ganzen Welt, wobei die meisten Messungen aus Nordamerika, Europa und Teilen Russlands stammten. An rund 1,300 Waldstandorten, die unsere Kriterien erfüllten, haben wir historische Klimadaten durchsucht, um herauszufinden, wann und wo die schweren Dürren aufgetreten sind. Wir haben uns dann das Wachstum der überlebenden Bäume angesehen, nachdem diese Dürreperioden vorüber waren.

Was wir fanden, war ziemlich überraschend. Im Durchschnitt brauchten die Wälder zwei bis vier Jahre, um ihre früheren Wachstumsraten nach schwerer Dürre wiederherzustellen. Dieser „Erbeeffekt“ der Dürre war in trockenen Wäldern wie dem Südwesten der Vereinigten Staaten und in Kiefernarten am schwerwiegendsten. Darüber hinaus hatten Baumarten, die das größte Risiko eingegangen sind - dh diejenigen, die während einer Dürre weiterhin viel Wasser trinken -, auch die größten Auswirkungen auf das Erbe.

Ohne genauere Untersuchungen in einzelnen Wäldern konnten wir nicht genau feststellen, warum Bäume nach einer Dürre langsamer wachsen, aber wir haben ein paar Hinweise.

Am vielversprechendsten war der Befund, dass sich Baumarten, die während der Dürre ein Risiko eingehen, am langsamsten zu erholen scheinen. Einige Arten, wie der zitternde Espenbaum, verbrauchen während der Dürre weiterhin Wasser und erhalten die Photosynthese aufrecht, aber sie riskieren Schäden an ihren Wassertransportsystemen und sogar den Tod. Diese Strategie ist wahrscheinlich in nassen Zeiten oder bei mäßigen Dürren von Vorteil, da sie ihnen hilft, über ihre Nachbarn hinauszuwachsen und mehr Licht zu gewinnen. Bei schweren Dürren kann diese Strategie jedoch fehlschlagen. Tatsächlich haben wir in unseren früheren Untersuchungen an Espenbäumen eine Menge dürrebedingter Schäden im Holz gefunden, die anhielten ein Jahrzehnt oder so.

Als wir uns die aktuellen mathematischen Modelle anschauten, stellten wir fest, dass alle diese Modelle Dürre wie ein Lichtschalter behandelten. Wenn die Bäume unter Trockenstress standen, wuchsen sie langsamer. Aber als die Dürre gelindert war, gingen die Modelle davon aus, dass der Schalter wieder aufgedreht wurde und sie ihr Wachstum perfekt und sofort wiedererlangten.

Dies weist darauf hin, dass diesen Modellen wahrscheinlich mehrere Schlüsselprozesse fehlen, um die Auswirkungen von Trockenheit auf Wälder genau zu simulieren. Daher überschätzen sie möglicherweise, wie viel Bäume zur Verlangsamung des Klimawandels beitragen können.

Gigatonnen Kohlenstoff aus der Atmosphäre

Wie wichtig war dieser Effekt? Wir haben mehrere einfache Berechnungen der Kohlenstoffaufnahme von semi-ariden Wäldern mit und ohne diese Auswirkungen von Dürre durchgeführt. Wir fanden heraus, dass halbtrockene Wälder über ein Jahrhundert hinweg 1.6 Gigatonnen Kohlenstoff weniger speichern würden, was auf die Folgen der Dürre zurückzuführen ist, die etwa 25% ausmachen Jährliche Kohlenstoffemissionen der USA. Dies ist sicherlich eine sehr konservative Schätzung dessen, wie wichtig es ist, da nur eine Pflanzengemeinschaft in einer Region oder einem Biom berücksichtigt wird.

Es bleiben jedoch noch viele wichtige Fragen offen. Erstens: Treten diese Folgen der Dürre in tropischen Wäldern auf, die zu den stärksten Kohlenstoffsenken aller Wälder gehören? Viele tropische Baumarten stellen keine beständigen Jahresringe her, was die Baumringanalyse schwierig macht. In jüngster Zeit ist es einigen Forschungsgruppen jedoch gelungen, Baumringe zu messen einige tropische Arten.

Zweitens: Wie empfindlich ist die Baumsterblichkeit in verschiedenen Regionen und Ökosystemen auf der ganzen Welt gegenüber Dürre? Die Baumsterblichkeit hat sich als unglaublich schwierig erwiesen, zu studieren, zu verstehen und vorherzusagen, und die Community bemüht sich, diese Fragen zu lösen.

Drittens, wie können wir unsere Vorhersagemodelle verbessern, um Dürre besser zu simulieren? In einer anderen Studie versuchen meine Kollegen und ich, diese Vegetationsmodelle zu verbessern, indem wir den Mechanismus von Trockenschäden hinzufügen, der Bäume mit riskanten Wassernutzungsstrategien verwundet und tötet.

Letztendlich sind die Risiken für Wälder auf der ganzen Welt umso geringer, je früher und aggressiver wir uns mit dem vom Menschen verursachten Klimawandel befassen.

Unsere Forschung hat einen kleinen Lichtstrahl in die Geheimnisse der Bäume gestrahlt und ist in die Vergangenheit gereist, damit wir die Zukunft verstehen können. In diesen majestätischen Organismen sind jedoch noch viele weitere Geheimnisse verankert, die wir unbedingt aufdecken müssen.

Über den AutorDas Gespräch

anderegg williamWilliam RL Anderegg ist Postdoktorand am Princeton Environmental Institute der Princeton University. Seine Forschung konzentriert sich auf die Schnittstelle von Ökosystemen und Klimawandel. Ich habe meinen Ph.D. vom Department of Biology an der Stanford University.

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

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