KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Kulturpflanzen widerstandsfähiger gegen Hitze, Trockenheit und Krankheitsbefall zu machen, ist das Ziel des neuen bayerischen Forschungsverbunds „Forplanta: Pflanzen fit für die Zukunft“.

Ackerschmalwand – Foto: Alberto Salguero / Wikipedia

Prof. Dr. Uwe Sonnewald, Lehrstuhl für Biochemie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), ist an der Forschung mit einer Arbeitsgruppe beteiligt. Das bayerische Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst fördert den Verbund in den kommenden drei Jahren mit rund 1,5 Millionen Euro.
„Durch den Klimawandel werden in den nächsten Jahren Hitze und Trockenheit unseren Kulturpflanzen verstärkt zusetzen“, sagt Prof. Sonnewald. „Der neue Forschungsverbund will mit Hilfe moderner Technologien wie der Gen- und Genomforschung herausfinden, wie Pflanzen besser gegen diese Belastungen gewappnet werden können.“ Zunächst wollen die Forscher die Pflanze Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) untersuchen. Von dieser existieren weltweit eine Vielzahl so genannter Ökotypen, d.h. Varianten, die entweder an heiße und trockene oder an kalte Klimaregionen angepasst sind.

In der Arbeitsgruppe von Prof. Sonnewald wird erforscht, wie sich bei den verschiedenen Ökotypen die Aktivität der Gene sowie der Stoffwechsel bei Hitze und Trockenheit verändern. Im Zentrum der Forschung stehen dabei der pflanzliche Wasserhaushalt und das Pflanzenhormon Abscisionsäure (ABA). Dieses wirkt bei Wassermangel wie ein Stresshormon. Es sorgt dafür, dass die Spaltöffnungen in der Außenhaut der Blätter geschlossen werden – aus der Pflanze entweicht dann weniger Wasser. Wenn es gelingt, die Wirkung von ABA bei den Pflanzen zu optimieren, könnte die Toleranz gegen Hitze und Dürre verbessert werden. Da die Spaltöffnungen außerdem wichtige Eintrittspforten für schädliche Bakterien und Pilze sind, will die Arbeitsgruppe von Prof. Sonnewald untersuchen, ob sich Veränderungen bei den Spaltöffnungen auch auf die Abwehr von Krankheitserregern auswirken.

Das Max-Planck-Institut für Meteorologie veröffentlicht neue Modellrechnungen.

Wieviele Emissionen können wir uns noch leisten? – Foto: Dagmar Struß / birdfish

Erich Roeckner und seine Koautoren am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) gehen der Zwei-Grad-Frage in einer jetzt erschienenen Veröffentlichung mit dem Titel „Historical and future anthropogenic emission pathways derived from coupled climate-carbon cycle simulations“ in der Fachzeitschrift „Climatic Change“ nach.
Als Erste veröffentlichen sie die Ergebnisse einer Pilotstudie, die im Rahmen des EU-Projekts ENSEMBLES durchgeführt wurde. Die Wissenschaftler berechnen mit einem gekoppelten Klima-Kohlenstoffkreislauf-Modell des MPI-M die CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen, die noch erlaubt sind, um das von der EU angestrebte 2°C-Ziel nicht zu überschreiten. Dazu wenden sie eine Inversmethode an, mit der aus vorgegebenen CO2-Konzentrationen zeitliche Emissionsverläufe rekonstruiert werden können.

Ergebnis

Es müssen signifikante und baldige Maßnahmen getroffen werden, um Emissionen von Treibhausgasen zu vermindern. Nur so kann die globale Erwärmung in diesem Jahrhundert bei nicht mehr als 2°C oberhalb des vorindustriellen Niveaus stabilisiert werden. Im verwendeten Stabilisierungsszenario steigt die „erlaubte“ CO2-Emission von ca. 7 GtC im Jahr 2000 auf einen Maximalwert von ca. 10 GtC im Jahr 2015 an. Danach müssen die Emissionen deutlich reduziert werden, und zwar um 56 % bis zum Jahr 2050 und um fast 100 % gegen Ende dieses Jahrhunderts. Die globale Erwärmung bleibt nach den Berechnungen des MPI-M bis 2100 zwar unterhalb der 2°C-Grenze, längerfristig ist jedoch eine weitere Erwärmung nicht auszuschließen.

Methodik

Ziel der Studie ist es, zukünftige Klimaänderungen und CO2-Emissionen in einem Szenario zu simulieren, in dem die CO2(äquivalent)-Konzentrationen in der Atmosphäre langfristig auf 450 ppm stabilisiert werden. Hintergrund für dieses sogenannte E1-Szenario ist das politische Ziel der EU, die durch den Menschen verursachte globale Erwärmung auf maximal 2°C gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen. Das E1-Szenario wurde im ENSEMBLES Projekt mithilfe eines „Integrated Assessment Models“ entwickelt, das u. a. Energieerzeugung, Landnutzung und Kohlenstoffkreislauf beinhaltet sowie ein einfaches Klimamodell. Die mit diesem Modell berechneten Konzentrationen von Treibhausgasen und Aerosolen dienen als Input für die MPI-M Simulationen.

Erich Roeckner und seine Koautoren folgen in ihrer Studie einer Methodik, die das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) für die Simulationen zum fünften Weltklimastatusbericht (Assessment Report 5 – AR5) vorschlägt: Erdsystemmodelle inklusive Kohlenstoffkreislauf werden benutzt, um die anthropogenen CO2-Emissionen abzuschätzen, die mit einem vorgeschriebenen Konzentrationsverlauf vereinbar sind. Die berechneten Emissionen hängen dann allein davon ab, welcher Anteil des anthropogenen Kohlenstoffs im Modell von der Landoberfläche und den Ozeanen aufgenommen wird. In der vorliegenden Studie wurde die „Ensemblemethode“ verwendet: Die Wiederholung der Experimente mit unterschiedlichen vorindustriellen Startterminen erlaubt, anthropogene Klimaänderung und interne Klimavariabilität zu unterscheiden.

Modell

Das für diese Studie genutzte Modell ist eine grob aufgelöste Version (ca. 400 km Gitterabstand) des Erdsystemmodells des MPI-M mit den Subsystemen Atmosphäre einschließlich der Landoberfläche, Ozean inklusive Meereis sowie dem marinen und terrestrischen Kohlenstoffkreislauf. Abgesehen vom Kohlenstoffkreislauf und feinerer Gitterauflösung (200 km Gitter), wurden mit diesem Modell die Berechnungen für den AR4 des IPCC am MPI-M durchgeführt.

Ergebnisse

Relation von Emissionen und Temperaturen – Abb.: MPI
Abbildung 1a zeigt den zeitlichen Verlauf der vom Modell berechneten CO2-Emissionen im E1-Stabilisierungsszenario. Nach einem Anstieg bis zu einem Maximalwert von etwa 10 GtC im Jahr 2015 folgt eine Abnahme auf 4.5 GtC im Jahr 2050. Dies entspricht einer Reduktion um 56 % in 35 Jahren. Bis zum Ende dieses Jahrhunderts müssen die fossilen CO2-Emissionen gegen Null gehen, um eine langfristige Stabilisierung der atmosphärischen CO2-Konzentration zu erreichen.

Abbildung 1b zeigt die zeitliche Entwicklung der globalen Jahresmitteltemperatur nahe der Erdoberfläche. Bis zum Jahr 2040 steigt die globale Erwärmung noch relativ stark an. Danach nähert sie sich allmählich der 2°C-Grenze. Offenbar ist aber am Ende des Jahrhunderts noch kein Gleichgewichtszustand erreicht, und vermutlich würde die 2°C-Grenze bei Fortsetzung der Simulationen im 22. Jahrhundert überschritten werden.

Abb. 1a (links): Beobachtete und simulierte CO2-Emissionen in GtC/Jahr. Gezeigt wird das 11-jährige übergreifende Mittel für 5 Modellsimulationen (dünne Linien) und für das Ensemblemittel (fett). Hellgrün: Vergangener Zeitraum (1950-2000); dunkelgrün: Stabilisierungsszenario E1 (2001-2100); schwarz: Beobachtungen.

Abb. 1b (rechts): Analog zu Abb. 1a für die Anomalien der globalen Jahresmitteltemperatur in Bodennähe bezüglich des Referenzzeitraums 1860-1880.

Analoge Modellsimulationen wurden im Rahmen des ENSEMBLES-Projekts an mehreren europäischen Klimazentren durchgeführt. Eine Zusammenschau der Ergebnisse wurde von T.C. Johns vom Met Office, Hadley Centre, UK, zur Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Climate Dynamics“ eingereicht.

Originalveröffentlichung

E. Roeckner, M.A. Giorgetta, T. Crüger, M. Esch und J. Pongratz: Historical and future anthropogenic emission pathways derived from coupled climate-carbon cycle simulations. Climatic Change, DOI 10.1007/s10584-010-9886-6, (2010). http://www.springerlink.com

Hier finden Sie weitere Infos (egl.)

Die Vorstellung von Würmern im Fisch dürfte bei den meisten Menschen Ekel hervorrufen.

Fadenwürmer im Eisfisch – Foto: BiK-F

Doch durch Helminthen, so der wissenschaftliche Begriff für Würmer, zu denen auch Nematoden gehören, die als Parasiten im Meer und von Meerestieren leben, lässt sich eine Menge über den Lebensraum herausfinden. Das ist das Ziel von Prof. Dr. Sven Klimpel vom Frankfurter Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F). Bei einer Forschungsexpedition in den Nordatlantik war sein Mitarbeiter Markus W. Busch jetzt den Auswirkungen des Klimawandels in der Barentssee auf der Spur.
Die vierwöchige, in Kooperation mit dem Bundesforschungsinstitut für Ernährung (Max Rubner-Institut (MRI)) durchgeführte Reise mit dem deutschen Fischereiforschungsschiff „Walther Herwig III“ endete am 12. Juli. Überraschend für das Forscherteam des MRI wie auch für Sven Klimpel und seinen Mitarbeiter Markus W. Busch war, dass mittlerweile auch kleinste Kabeljau-Exemplare von parasitierenden Fadenwürmern befallen sind. Vom Parasitenbefall bei Fischen schließen die Wissenschaftler auf Veränderungen im Nahrungsgefüge. Die Barentssee ist ein ca. 1,4 Millionen Quadratkilometer großes Randmeer des Arktischen Ozeans. Ausläufer des Golfstroms sorgen hier auch im Winter für große eisfreie Zonen. Wegen dieser besonderen Bedingungen und der Vielfalt an Organismen ist die Barentssee vor allem für die Fischerei von Bedeutung.

Zu warm und zu sauer

So lässt sich der Zustand der Weltmeere zusammenfassen. Ein Großteil des während der letzten 200 Jahre durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangten Kohlendioxids hat sich in den Ozeanen gelöst und den pH-Wert der Weltmeere sinken lassen. Diese Versauerung hat vor allem Folgen für Meeresorganismen mit einem Kalkmantel, wie z.B. Korallen. Schon für das Jahr 2006 verzeichnete das International Council for the Exploration of the Sea (ICES) einen Höhepunkt der Wassertemperatur in der gesamten Barentssee. – Unter solchen, sich verändernden Bedingungen wandelt sich auch das Artengefüge eines Ökosystems. Wissenschaftler sehen in der Erwärmung einen entscheidenden Grund für die ausschließlich polwärts gerichtete Migration Kälte angepasster Arten. Auch Sven Klimpel erklärt: „Die Erwärmung der oberen Wasserschicht der Ozeane kann Veränderungen der Nahrungsnetze und der Artenzusammensetzung zur Folge haben, die wir derzeit noch gar nicht abschätzen können.“

Eine wichtige Nahrungsgrundlage für Fische und andere Meeresbewohner ist vor allem das Zooplankton, zu dem eine Vielzahl kleinster Meerestiere gehört. Dazu erläutert der Leiter des BiK-F-Projekts „Medizinische Biodiversität und Parasitologie“: „Der Rückgang vieler Fischarten hängt signifikant mit einer veränderten Artenzusammensetzung, der Bestandsabnahme mancher Arten und auch mit der kleineren Körpergröße dieser Nahrungsorganismen zusammen.“ Zunehmend gerät das natürliche, fein aufeinander abgestimmte Gefüge der Meere aus der Balance. Da die schmarotzenden Nutznießer über das Nahrungsnetz in ihren Wirt gelangen, wirken Veränderungen im Nahrungsangebot sich auch auf den Parasitenbefall der Fische aus.

Fadenwürmer als Biomarker und Informationsträger

In einem komplexen Ökosystem stehen alle Lebewesen in Wechselwirkung zueinander. Um Störungen entgegen zu steuern oder zumindest ausbalancieren zu können, muss man die einzelnen „Bauteile“ verstehen. Ökosystemforschung untersucht einzelne Komponenten von Lebensräumen und fügt die gewonnenen Ergebnisse zu einem Gesamtbild zusammen. So unappetitlich die Parasiten im Kabeljau der Barentssee sonst auch sein mögen, bei den Untersuchungen von Sven Klimpel übernehmen sie eine „tragende Rolle“. Als Bioindikatoren helfen sie nicht nur regionale Fischbestände zu unterscheiden, sondern sind nach Aussage des Wissenschaftlers auch bedeutende Informationsträger bei der Erforschung des Nahrungsspektrums bestimmter Arten.

Deshalb beschränkt sich der Parasitologe nicht nur auf abstrakte Energieflussmodelle. Sein Mittel der Wahl zur Untersuchung klimabedingter Veränderungen ist die detaillierte Analyse des Parasitenbefalls bei Fischen und anderen Meeresorganismen. Da auch die üblichen Mageninhaltsanalysen lediglich punktuell und auch nur zum Zeitpunkt der Probennahme Auskunft über Nahrungsgewohnheiten geben, ermöglicht die detaillierte Analyse der Miniatur-Plagegeister Rückschlüsse auf weiter zurückliegende Interaktionsprozesse zwischen Organismen. Auf diese Weise können auch kurzfristige Veränderungen im Nahrungsgefüge der Wirte wie z.B. bei Fischen berücksichtigt werden. – Da sie ausschließlich „zur Untermiete“ leben, sind Parasiten hocheffizient und ausgesprochen zielstrebig. Kennt man ihre Lebenszyklen und Gewohnheiten sowie ihre Zwischen- und Endwirte, verdichten sich die nahrungsökologischen Untersuchungen zu einem Bild vom Nahrungsspektrum und den Ausbreitungsmechanismen einer Parasitenart. Das ist möglich, da viele Parasiten spezifisch für die jeweiligen Endwirte sind. Von solchen detaillierten Untersuchungen verspricht sich Sven Klimpel weitere Informationen zu Reproduktionserfolgen von Fischbeständen, über deren Migration und Populationsdynamik. Also bisher noch weitgehend offenen Fragen, deren Beantwortung im Hinblick auf die Auswirkungen des Klimawandels und die Überfischung der Meere von großer Bedeutung ist.

Nachbearbeitung im BiK-F-Labor

“Wir vermuten, dass die Distanz zur norwegischen Küste einen wesentlichen Einfluss auf die Parasitierung der dort vorkommenden Konsumfischarten hat. Insbesondere die charakteristischen Gewässerbedingungen in der Barentssee könnten Auswirkungen auf das Vorkommen und die Verbreitung bestimmter Parasitengruppen haben“, sagte Sven Klimpel. Fischproben, die schon an Bord bearbeitet und für parasitologische und molekularbiologische Analysen vorbereitet und konserviert wurden, werden nun im Frankfurter BiK-F-Labor genauer untersucht. Der Wissenschaftler sagte: „Wir gehen davon aus, dass die verschiedenen Parasitenarten bei den Fischen der Barentssee sich von denen in anderen Regionen des nördlichen Atlantiks deutlich unterscheiden. Anhand der genetisch eindeutig identifizierten Fadenwürmer in Fischen sind wir beispielsweise auch in der Lage, genau zu bestimmen, welche Wal- bzw. Robbenarten in dem untersuchten Gebiet vorkommen und welche Populationsgrößen sie theoretisch haben könnten.“ Von den Untersuchungen verspricht sich Sven Klimpel eindeutige Ergebnisse und Erklärungsmuster für Veränderungen in den nördlichen Gewässern.

Die Bedeutung der Ozeane

In der Summe nehmen marine Ökosysteme 71 Prozent der Gesamtfläche der Erde ein. Das entspricht einer Fläche von 361 Millionen Quadratkilometern. Auf Grund seiner enormen Tiefenausdehnung ist der marine Lebensraum um ein Vielfaches größer als alle Lebensräume an Land, zu denen auch Süßwasser-Ökosysteme wie Seen, Bäche und Flüsse zählen. Dabei spielen die Ozeane eine bedeutende Rolle für das Klima auf der Erde. Insbesondere im Rahmen der globalen Erhöhung des Kohlendioxid-Anteils in der Atmosphäre tragen die Meere als so genannte „CO2-Falle“ zur Stabilisierung des Weltklimas bei. Neben der Erwärmung der Meere ist das Gleichgewicht auch durch die Versauerung gestört, die durch die stetig steigende CO2-Konzentration in der Atmosphäre ebenfalls zunimmt.

Im Vergleich zu den Lebensräumen an Land reagieren marine Ökosysteme deutlich sensibler und schneller auf Klimaänderungen. Die Belastungen der Fischpopulationen durch Überfischung kommen hinzu. Fische und Fischprodukte sind bedeutsam für die Welternährung. Deren Anteil an der Eiweißversorgung der Weltbevölkerung beträgt nach Zahlen der Food and Agriculture Organization der Vereinten Nationen (FAO) 15 Prozent. Rund drei Milliarden Menschen sind schon jetzt darauf angewiesen. Hinzu kommen wirtschaftliche Interessen und viele Arbeitsplätze, die an der Fischereiindustrie hängen. Einst galten die Meere als unerschöpfliches Reservoir. Doch selbst wenn die Fischereinationen regelmäßig über Fangquoten und Methoden zur nachhaltigen Befischung der Ozeane diskutieren, verbessert sich für die Meeresbewohner nicht viel. – Nicht mehr und größer, sondern weniger und kleiner werden die Fische, die einer ständig wachsenden Weltbevölkerung zur Verfügung stehen.

Die Folgen des globalen Klimawandels treffen zunehmend Menschen, die am schlechtesten darauf vorbereitet sind.

Klimawandelfolgen treffen die Schwächsten – Foto: Margrit / Pixelio

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) initiiert und finanziert darum langfristige Forschungskooperationen mit West- und Südafrika. Das Zentrum für Entwicklungsforschung (ZEF) der Universität Bonn leitet den Aufbau eines Kompetenzzentrums in Westafrika. Langfristig soll dies dazu führen, dass afrikanische Wissenschaftler, Politiker und Praktiker mit eigener Expertise die Herausforderungen in Bezug auf Klimawandel und Landnutzung auf ihrem Kontinent meistern können.
Das Zentrum für Entwicklungsforschung der Universität Bonn leitet den Aufbau eines der beiden regionalen Zentren, die das BMBF unterstützt, und zwar das „WASCAL“(West African Science Service Center on Climate and Adapted Land Use). In dieses Projekt sind außer afrikanischen Partnern Forschungsinstitute aus ganz Deutschland involviert. Von der Universität Bonn engagieren sich auch das Geographische Institut und die Landwirtschaftliche Fakultät für das Projekt.

„Die Entwicklung eines derartigen umfassenden regionalen Netzwerkes ist bisher einmalig und nur deshalb möglich, weil auf Errungenschaften von bisherigen Forschungskooperationen in der Region fortgebaut werden kann“, sagt Prof. Dr. Paul Vlek, Direktor am ZEF und Leiter des WASCAL-Projekts. „Das BMBF hat in den vergangenen 10 Jahren Projekte zu Land- und Wassernutzung wie auch zu Biodiversität in West- und Südafrika finanziert. Das ZEF hat das GLOWA Projekt in Ghana und Burkina Faso geleitet, und kann jetzt auf entsprechende Kontakte und Forschungsergebnisse zurückgreifen. Auch haben wir Dutzende afrikanische Doktoranden ausgebildet, die jetzt als unsere Partner an Universitäten und für internationale Organisationen in der Region tätig sind.“

Das BMBF fördert in einer Startphase bis Mitte 2011 den Aufbau des westafrikanischen Kompetenzzentrums WASCAL mit 2,9 Millionen Euro. Partnerländer sind 10 westafrikanische Staaten (Ghana, Burkina Faso, Benin, Elfenbeinküste, Gambia, Mali, Niger, Nigeria, Togo und Senegal). Das zweite Zentrum wird in Südafrika entstehen. Nach der Startphase werden weitere Mittel für die Umsetzung der Kompetenzzentren zur Verfügung gestellt.

In der knapp anderthalb Jahre dauernden Startphase von WASCAL sollen die Grundlagen für ein regionales Kompetenzzentrum in Ouagadougou, Burkina Faso, gelegt werden. Hier sollen von afrikanischen und internationalen Wissenschaftlern Daten zu Klimawandel und Landnutzung erhoben, gespeichert und aufgearbeitet werden. Außerdem werden von hier aus in Zukunft die weiteren regionalen Aktivitäten koordiniert. Darüber hinaus werden afrikanische und deutsche Wissenschaftler ein gemeinsames Forschungsprogramm zu Klimawandel und Landnutzung entwerfen. Als dritte Säule von WASCAL sollen westafrikanische Universitäten in Kooperation mit deutschen Universitäten sieben Graduiertenschulen zu unterschiedlichen Schwerpunktthemen den Klimawandel betreffend aufbauen.

Neue Daten zur Erhöhung der globalen Temperatur vom ‘Goddard Institute for Space Studies‘ der NASA zeigen, dass die erste Hälfte des Jahres 2010 das wärmste Halbjahr der letzten 130 Jahre war.

Sichtbare Klimawandelfolgen – Foto: Michel Gunther / WWF-Canon

Die Temperatur lag 0,7 Grad Celsius über dem Durchschnittswert. „Nur weil der Klimawandel auf der politischen Tagesordnung augenblicklich nicht ganz oben steht, hat er nicht aufgehört, zu existieren“ erklärt Regine Günther, Leiterin Klima- und Energiepolitik des WWF Deutschland. „Die globale Erwärmung schreitet dramatisch  voran.“

Aktuelle Daten zeigen einen langfristigen Trend zu erhöhten Temperaturen der Meeresoberfläche im tropischen Atlantik und Golf von Mexiko, der auch durch den Anstieg der Treibhausgase-Konzentration in der Atmosphäre verstärkt werde. Beunruhigend sei insbesondere die Rekordtemperatur der Meeresoberfläche im tropischen Atlantik. Durch die Energie der warmen Oberfläche könnte eine der schlimmsten atlantischen Hurrikan-Perioden bevorstehen, befürchten Experten.

„Am Golf von Mexiko schließt sich auf bedauerliche Weise der Teufelskreis des Erdöls. Das Öl verursacht dort eine doppelte Katastrophe. Einerseits verschmutzt es direkt durch die Förderung den Golf über Jahrzehnte, andererseits drohen der Region  langfristig noch stärkere Hurrikane, als eine mögliche Folge der exzessiven Nutzung fossiler Brennstoffe“, so Günther. Hurrikane bedrohen die Region umso stärker, da natürliche Barrieren, wie beispielsweise die Mangrovenwälder, durch Umweltverschmutzungen und die gerade stattfindenden Ölkatastrophe immer schwächer werden. „Wir müssen begreifen, dass fossile Brennstoffe unsere Lebensgrundlage nicht sichern, sondern bedrohen“, so Günther.

Um die Welt vor den schlimmsten Folgen des Klimawandels zu bewahren und die globale Temperaturerhöhung unter der Gefahrenschwelle von 2 Grad Celsius gegenüber vorindustriellen Werten zu halten, würden klare Maßnahmen und Ziele benötigt. Diese fehlen jedoch nach wie vor. So würden die bisher von den einzelnen Ländern angebotenen Minderungsziele zu einer Erwärmung um mehr als 3° Celsius führen.  „Nicht nur Europa muss endlich seiner historischen Verantwortung gerecht werden und sein Minderungsziel bis 2020 auf 30% erhöhen. Auch die USA müssen nicht nur die vor ihrer Haustür stattfindende Ölkatastrophe bekämpfen, sondern endlich auch ihre CO2-Emissionen drastisch senken“, fordert Regine Günther.

Zwei Expeditionen in unwirtliche Gebiete – in die russische Republik Komi und ins sibirische Lenadelta – sollen klären, wie Moore auf Klimaänderungen reagieren.

Der Turm misst Ströme von CO2, Verdunstung und Temperatur zwischen Oberfläche und Atmosphäre – Foto: Uni Hamburg

Prof. Lars Kutzbach vom KlimaCampus der Universität Hamburg erforscht mit seinem Team sowie deutschen und russischen Partnern die komplexen Wechselwirkungen zwischen hydrologischen Prozessen und dem Kohlenstoffkreislauf nordischer Feuchtgebiete. Befürchtet wird, dass diese durch die globale Erwärmung mehr Kohlenstoff in Form von Treibhausgasen emittieren. Die aktuellen Analysen werden wichtige Grundlagendaten zur Risikoabschätzung und für das Verständnis von Treibhausgas-Bilanzen liefern. In herkömmlichen Klimamodellen fehlte der Faktor „Moor“ trotz seiner Größenordnung bisher völlig.

Neu ist der Ansatz von Kutzbach, im Moor nicht nur die Kohlenstoff-, sondern auch die Wasserflüsse zu analysieren. Bisher wurden die Bereiche meist getrennt betrachtet. Doch Kohlenstofftransporte finden nicht nur vertikal zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre statt, sondern auch horizontal in gelöster Form über den Wassertransport in Landschaften. „Indem wir hydrologische und meteorologische Daten mit Boden- und Wasseranalysen verknüpfen, können wir Kohlenstoff-Lecks im Moor aufdecken“, sagt Kutzbach. „Für diese Orte untersuchen wir die beteiligten Mechanismen und ermitteln so die Bedingungen, unter denen Kohlenstoff und Treibhausgase aus Mooren entlassen werden.“ Die Ergebnisse helfen, eine wichtige Datenlücke in Klimamodellen zu schließen und erlauben Abschätzungen, inwieweit die Erderwärmung durch massive Emissionen von Treibhausgasen aus Mooren beschleunigt werden könnte.

Moorgebiete sind gigantische Kohlenstoffspeicher: Sie beherbergen weltweit mindestens 550 Gigatonnen Kohlenstoff, obwohl sie nur drei Prozent der Landoberfläche bedecken. Zum Vergleich: Die gesamte globale Vegetation speichert nur 600 Gigatonnen, der Mensch emittiert etwa acht Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr durch Verbrennung fossiler Energieträger. Steigt die globale Temperatur, könnte der bisher langfristig festgesetzte Kohlenstoff „aktiver“ werden, und mehr Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) freigesetzt werden. Methan hat auf einen Zeitraum von 100 Jahren gerechnet einen 25-fach stärkeren Treibhauseffekt („Global warming potential“) als CO2.

Feldforschung, Frost und ewige Nacht

Das erste Areal erschließt das Team um Kutzbach westlich des Urals in der russischen Republik Komi. Dort bestehen 15 Prozent der Landesfläche aus Feuchtgebieten. Die zweimonatige Feldkampagne ist gleichzeitig Auftakt einer engen Kooperation mit Forschern der Universität Greifswald und des Komi Science Center. Gleichzeitig brechen die KlimaCampus-Forscher in die nördlichsten sibirischen Permafrostgebiete auf. Durch ein Anschmelzen dieser meist gefrorenen Moorböden können ebenfalls große Mengen Kohlenstoff als Treibhausgase freigesetzt werden. Über fünf Monate – bis in den arktischen Winter hinein – werden sie im Lenadelta bleiben und die Arbeiten dort in enger Kooperation mit der Forschungsstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts und dem Permafrost-Institut in Jakutsk durchführen.

Doktorand Peter Schreiber vom KlimaCampus ist einer der vier Extremforscher, die sich dafür auf Temperaturen zwischen minus 20 und minus 45 Grad Celsius und Feldforschung mit Taschenlampe bei ewiger Nacht einstellen: „Wir werden erstmals kontinuierlich sehr hochwertige Daten der Spurengase erheben, bis zu dem Zeitpunkt, wo der Permafrostboden komplett durchgefroren ist“, sagt Schreiber. „Besonders interessieren dabei die kaum untersuchten Prozesse an den Übergängen zwischen Sommer und arktischem Winter. Während des tiefen Polarwinters lassen wir die Messgeräte unbegleitet laufen, und im Frühjahr werden wir wieder vor Ort sein, bevor der Tauprozess beginnt. So erhalten wir erstmals ein vollständiges Jahreszeitenprofil.“

Angesichts der anhaltenden Hitze hat der NABU darauf hingewiesen, dass die Stromproduktion auf Basis von Atom und Kohle besonders anfällig für den Klimawandel ist.

Klimawandel und Atomkraft kippen das Ökosystem Fluss -  besser mit Windkraft – Foto: Jetti Kuhlemann / Pixelio

„Bei Strom aus Wind und Sonne stellen die Energiekonzerne immer die Versorgungssicherheit in Frage. Jetzt erleben wir, dass auch große Atom- und Kohlekraftwerke vom Wetter abhängig sind“, erklärte NABU-Bundesgeschäftsführer Leif Miller. Wenn die Wassertemperaturen in Rhein, Neckar und Elbe weiter steigen, dürften die dortigen Atommeiler nicht weiter aufgeheiztes Kühlwasser in die Flüsse leiten. Den Kraftwerken drohe dann die Abschaltung. Denn der Gewässerschutz müsse klaren Vorrang haben vor den Profitinteressen der Kraftwerksbetreiber.

Mit der Einleitung des Kühlwassers heizen die Kohle- und Atommeiler die ohnehin warmen Gewässer weiter auf. Dem NABU zufolge bedeute dies für die Ökosysteme eine hohe Belastung. Es drohe Fischsterben und das Ausbreiten für den Menschen gefährlicher Keime. Diese Situation werde durch den Klimawandel künftig häufiger eintreten. „Auch hier wird deutlich, dass Atom und Kohle keine zukunftsfähige Stromversorgung gewährleisten können. Ein weiterer Grund, am vereinbarten Atomausstieg festzuhalten“, so Miller.

Um eine nachhaltige Stromversorgung für die Zukunft zu gewährleisten, müsse die Gesellschaft auf Energieeinsparung, Energieeffizienz und naturverträgliche erneuerbare Energien setzen. „Die schwankende Stromproduktion aus Wind und Sonne lässt sich durch neue Energiespeicher und intelligente Stromnetze ausgleichen. Hierauf muss sich die Politik konzentrieren anstatt die Atomlaufzeiten zu verlängern und neue Kohlekraftwerke zu bauen“, forderte NABU-Energieexperte Elmar Große Ruse.

Nach mehr als 30 Probentagen endet dieser Tage in Ny-Ålesund auf Spitzbergen eines der größten europäischen Experimente zu den Folgen der Ozeanversauerung.

Arbeit an den Mesokosmen – Foto: Maike Nicolai / IFM-GEOMAR

35 Forscher aus zwölf Nationen untersuchten unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) sechs Wochen lang, welche Auswirkungen steigende Kohlendioxidkonzentrationen auf die Lebensgemeinschaft im Meer haben. Prof. Dr. Ulf Riebesell, wissenschaftlicher Leiter der Studie, spricht von „einem „Riesensprung in der Erforschung der Ozeanversauerung“. Die neun für das Experiment genutzten Mesokosmen – die größten Reagenzgläser der Welt – werden am 22. Juli 2010 vom Greenpeace-Schiff ESPERANZA nach Kiel zurück gebracht.

Die von Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen führen nicht nur zu einer Erwärmung des globalen Klimas. Sie sorgen auch dafür, dass der pH-Wert des Meereswassers sinkt und die Ozeane versauern. „Dieses Phänomen, das wir als ‚Das andere CO2-Problem‘ bezeichnen, kann dazu führen, dass sich maritime Lebensgemeinschaften stark verändern. Kalkbildende Organismen wie Muscheln, Schnecken, Seeigel, aber auch das mikroskopisch kleine Plankton, das an der Basis des Nahrungsnetzes steht, reagieren empfindlich auf die Ozeanversauerung“, erklärt der Meeresbiologe Prof. Dr. Ulf Riebesell. Da kaltes Wasser mehr Kohlendioxid aufnehmen kann, kommt die Ozeanversauerung in den Polargebieten stärker und früher zum Tragen als anderswo. Forscher vermuten daher, dass die empfindlichen Ökosysteme der Polarregionen besonders stark gefährdet sind.

Um die Auswirkungen der Ozeanversauerung unter realen Bedingungen zu untersuchen, haben die Wissenschaftler neun 17 Meter hohe Mesokosmen im Kongsfjord vor Ny-Ålesund im Nordwesten Spitzbergens verankert. Diesen überdimensionalen Reagenzgläsern, von denen jedes eine Wassersäule von etwa 50 Kubikmetern einschließt, wurde Kohlenstoffdioxid in verschieden hoher Konzentration zugesetzt. „Wir haben Bedingungen simuliert, wie sie in 20, 40, 60 Jahren und weiter in der Zukunft zu erwarten sind, wenn die Emissionen im bisherigen Maß fortschreiten“, erklärt Riebesell. Während ihrer täglichen Messungen und Probennahmen beobachteten Biologen und Chemiker die Veränderungen des Meerwassers und der eingeschlossenen Lebensgemeinschaft. Die simulierte Ozeanversauerung führte zu unerwartet starken Änderungen der Entwicklung und Produktivität der Planktongemeinschaft mit erheblichen Auswirkungen auf die Freisetzung klimarelevanter Gase und die Umsatzraten wichtiger Elemente im Meerwasser.

Nach Abschluss der Arbeiten in Ny-Ålesund stehen für alle Teilnehmer umfangreiche Auswertungen im Labor an. „Das Experiment ist besser verlaufen, als wir erhofft hatten“, bilanziert Riebesell. „Stürme, wie wir sie in der Ostsee durchmachen mussten, gab es glücklicherweise nicht. Das Eis, das sich bei steigenden Temperaturen von den Gletschern löste und auf die Mesokosmen zutrieb, konnte unsere Eiswache rechtzeitig beiseite schieben. Und die neugierigen Robben und Belugas haben sich nur bis auf einige Meter genähert.“

Sechs Wochen lang fuhren die Forscher in Schlauchbooten regelmäßig von der Station in Ny-Ålesund mit Planktonnetzen, Wasserschöpfern und Sonden hinaus, um Messungen in den Mesokosmen durchzuführen und Proben für ihre Laborarbeiten zu nehmen. Täglich wurden den Mesokosmen über 300 Liter Wasser entnommen und in den Laboren aufbereitet und analysiert. Mit über 60 Messparametern und zehntausenden von Einzelanalysen wird dies der bislang umfangreichste experimentelle Datensatz zu den Folgen der Ozeanversauerung. „Wir erwarten einen Riesensprung in der Erforschung der Ozeanversauerung“, so Riebesell.

In diesen Tagen werden die Mesokosmen im Kongsfjord abgebaut. Die Forscher erhalten dabei wieder Unterstützung von der Umweltschutzorganisation Greenpeace, die ihr Schiff ESPERANZA für das Aussetzen und Einholen sowie den Transport der Mesokosmen und der wissenschaftlichen Geräte zur Verfügung stellt. Neben der Unterstützung des IFM-GEOMAR bei der Forschung zur Ozeanversauerung ist Greenpeace im Sommer 2010 in der Arktis unterwegs, um die Lebensgemeinschaften des Meeresbodens im Arktischen Ozean erstmals zu erfassen und die Arbeiten zur Gletscherschmelze auf Grönland von 2009 fortzusetzen. Am 22. Juli 2010 wird das Schiff in Kiel erwartet, am 24. und 25. Juli 2010, 10 bis 17 Uhr lädt die ESPERANZA an der Außenpier des IFM-GEOMAR an der Kiellinie zum „open ship“.

Weitere Informationen:

• Blog zur EPOCA Arctic Campaign 2010
• Greenpeace Arktis-Expedition 2010