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Der Klimawandel und die dadurch bedingte, zunehmende Wasserverknappung für viele Regionen des Mittelmeerraumes sind bereits heute Realität.

Böden werden zunehmend versalzen – Foto: Dagmar Struß

Dieses und andere aktuelle Forschungsergebnisse stellte der internationale Forschungs-Cluster CLIWASEC auf seiner Fachtagung in München vor.

Die vom Forschungsnetzwerk seit Anfang 2010 durchgeführten Untersuchungen lassen erkennen, dass die betroffenen Länder in Zukunft mit einer deutlichen Temperaturzunahme insbesondere der Minimum- und Nachttemperaturen in allen Jahreszeiten rechnen müssen. Außerdem ist trotz häufigerer Starkregenereignisse eine deutliche Abnahme der Niederschlagsmenge zu erwarten. Dies wird in Verbindung mit einem steigenden Meeresspiegel zu stärkeren Überschwemmungen, zunehmender Versalzung des küstennahen Grundwassers sowie fortschreitendem Verlust fruchtbarer Böden führen. Am Beispiel des besonders gefährdeten westlichen Nil-Deltas erläuterten die Wissenschaftler, wie diese massiven Veränderungen zu ökologischen, wirtschaftlichen und sozialen Konflikten führen können. Die Folgen eines Klimawandels, die auf die Kernsektoren der regionalen Wirtschaft im Mittelmeerraum wirken (z.B. Landwirtschaft, Energie, Tourismus), werden zudem auch in anderen, mit dem Mittelmeerraum ökonomisch und politisch vernetzten Ländern spürbar werden – unter anderem in Bayern.

Westliches Nil-Delta: Blick in die Zukunft des gesamten Mittelmeerraums

Bereits heute lassen sich die ökologischen, ökonomischen und sozialen Folgen des Klimawandels im Bereich des westlichen Nil-Deltas beobachten. Seit der Inbetriebnahme des Assuan-Staudamms liefert der Nil deutlich weniger Sediment in das Delta. Dadurch fehlen nicht nur wichtige Nährstoffe für die Landwirtschaft, sondern vor allem der Nachschub für die Sicherung der stark erosionsanfälligen Küstenlinie. Seit einigen Jahrzehnten steigt der Meeresspiegel messbar an. Die Förderung von Erdgas und die starke Entnahme von Grundwasser für die Trinkwasserversorgung und landwirtschaftliche Bewässerung führen gleichzeitig dazu, dass sich der Boden deutlich senkt. Beide Effekte zusammengenommen führen zu einem schnelleren Landverlust. Neben der Degradation durch Küstenerosion erzeugen diese Prozesse zusätzlich eine beschleunigte Versalzung der grundwasserleitenden Gesteinsschichten (Aquifere) im Nil-Delta und damit eine nahezu irreversible Kontamination wertvoller Wasserreserven. Messungen ägyptischer Projektpartner von der Universität Zagazig belegen, dass die Versalzung mittlerweile viele Kilometer in das Nil-Delta vorgedrungen ist.

In Verbindung mit der nach wie vor praktizierten, veralteten Bewässerungsstrategie führt dies zu einem dauerhaften Verlust ehemals fruchtbarer Böden, also wertvoller landwirtschaftlicher Anbaugebiete. Unter erheblichem Wasserbedarf soll nun versucht werden, den Verlust durch Neukultivierungen in den westlich angrenzenden Wüstenregionen zu kompensieren. Im Stadtgebiet von Alexandria bewirken die massiven Wasserentnahmen und das nachrückende Salzwasser eine Destabilisierung des Untergrundes und schädigen somit die Infrastruktur – zahlreiche Wohngebäude, Bahnlinien und Straßen sind diesem fortschreitenden Prozess bereits zum Opfer gefallen. Die Folge sind teure Sanierungsmaßnahmen und im Extremfall Umsiedlungen der Bevölkerung.

Auswertungen von Klimaprojektionsdaten für die Mitte des 21. Jahrhunderts lassen für diese Region bei insgesamt reduziertem Niederschlag eine sehr wahrscheinliche Temperaturzunahme von 1,9 bis 2,8 Grad Celsius erwarten. Dies wird dazu führen, dass durch die erhöhte Verdunstung auf den Agrarnutzflächen ein noch größeres Wasserdefizit entsteht, das nur durch vermehrte Bewässerung ausgeglichen werden kann und somit zur fortschreitenden Wasserverknappung beiträgt. Mittelfristig werden die Menschen die Art und Weise, wie sie ihre Felder bewirtschaften, an die neuen klimatischen Bedingungen anpassen müssen. Ein erster Schritt dorthin muss die Entwicklung deutlich effizienterer Bewässerungsstrategien sein, aber es wird bereits heute in Ägypten über den Umbau der Landwirtschaft nachgedacht. So soll etwa der extrem wasserzehrende Anbau von Reis durch Getreidearten wie Gerste und Weizen ersetzt werden, die mit deutlich weniger Wasser auskommen.

„Aktuelle Untersuchungen gehen davon aus, dass der Meeresspiegel im 21. Jahrhundert im östlichen Mittelmeer um 50 bis 60 Zentimeter ansteigen wird“, erklärt Prof. Dr. Ralf Ludwig, Prodekan der Fakultät für Geowissenschaften an der LMU München und Koordinator des Forschungsprojekts CLIMB. „Das hätte gravierende Folgen: Allein im Nil-Delta könnten 300 Quadratkilometer Landwirtschafts- und Siedlungsfläche verloren gehen und küstennahes Grundwasser weiträumig versalzen.“ Ohne massive Anpassungsmaßnahmen könnte diese Entwicklung bis zu 1,5 Millionen Menschen allein im Großraum Alexandria zu einer Umsiedlung zwingen. CLIWASEC hat zudem ermittelt, dass die massiven zu erwartenden Veränderungen unmittelbar bis zu 200.000 Arbeitsplätze bedrohen würden.

Die Region des westlichen Nil-Deltas ist aufgrund ihrer spezifischen geografischen und geologischen Gegebenheiten besonders gefährdet, weshalb CLIWASEC hier die Auswirkungen des Klimawandels anhand einer Fallstudie untersucht. In diesem Rahmen beschäftigt sich das Projekt CLIMB primär mit den Folgen des Meeresspiegelanstiegs und der Salzwasserintrusionen für die Infrastruktur und Bodendegradation, WASSERMed analysiert die sozioökonomischen Konsequenzen einer Veränderung in der Landwirtschaft und CLICO untersucht die erforderlichen Umsiedlungen und das damit verbundene Konfliktpotential.

Konsequenzen für andere Länder und Regionen – Beispiel Bayern

Die beschriebenen Entwicklungen werden sich mit hoher Wahrscheinlichkeit auch auf Länder und Regionen auswirken, die nicht so stark von den Folgen des Klimawandels betroffen, aber mit den Mittelmeeranrainern ökonomisch und politisch vernetzt sind. Dazu zählt auch Bayern.

Die zu erwartenden Schwierigkeiten in der Landwirtschaft im Mittelmeerraum werden zu häufigeren Ernteausfällen bzw. zu Lieferengpässen von dortigen Waren führen. Andere Länder und Regionen wie Bayern könnten diese Ausfälle gegebenenfalls kompensieren, wenn sie ihre Landwirtschaft innerhalb vernünftiger Rahmenbedingungen frühzeitig auf die Mitversorgung der südlichen Regionen einstellen. Gleichzeitig muss die Akzeptanz gefördert werden, dass durch einen notwendigen Umbau der Landwirtschaft nicht länger alle Produkte zu jeder Jahreszeit verfügbar sein werden.

Zudem könnte die bayerische Expertise im Bereich der erneuerbaren Energien und der Umwelttechnik einen großen Beitrag zur Verbesserung der Ressourcenwirtschaft und des Umweltschutzes in den betroffenen Regionen leisten. Eine verstärkte Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung würde die Abhängigkeit der Mittelmeeranrainer vom Erdgas verringern und somit Wasserressourcen und Böden schonen. Auch seine Kompetenz im Bereich der Trinkwasseraufbereitung könnte Bayern für beide Seiten gewinnbringend einsetzen.

Deutsche Wissenschaftler untersuchen den Einfluss des Klimawandels auf globale Biodiversitätsmuster und ermitteln dadurch mögliche Verlierer und Gewinner der Veränderungen.

Gelbkopf-Landschildkröte – Foto: F. Ihlow

Acht Wissenschaftler der herpetologischen Arbeitsgruppe des Zoologischen Forschungsmuseum Alexander Koenig Bonn (ZFMK), Deutschland, präsentierten in der Fachzeitschrift Global Change Biology die Ergebnisse einer umfangreichen Studie, wie die globale Verbreitung und die Artenvielfalt der Schildkröten in naher Zukunft durch den Klimawandel beeinflusst werden könnten. Das Team nutzte modernste geostatistische Verfahren um auf Basis von über 20.000 Einzelnachweisen von 199 Schildkrötenarten (78% aller rezenten Taxa) die aktuellen Verbreitungsgebiete mathematisch zu beschreiben.

Die Forscher nutzten moderne Verfahren der Habitatmodellierung um zu analysieren, wie der anthropogene Klimawandel die Verbreitung der Tiere beeinflussen könnte und in welchen Regionen der Klimawandel einen besonderen Stressor für die lokale Schildkrötendiversität darstellt. Dabei erstellten sie für jede Art ein detailliertes Assessment, welches, basierend auf der aktuellen Verbreitung sowie heutiger Umweltansprüche der Arten, ermöglicht Zukunftsszenarien zu entwickeln. Hierzu projizierte das Team die derzeitigen Verbreitungsmuster unter Berücksichtigung ausgewählter bioklimatisch relevanter Variablen auf verschiedene vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) entwickelten Klimawandelszenarien für das Jahr 2080.

Die Verbreitungsmuster der meisten Schildkröten zeigten bereits unter heutigen klimatischen Bedingungen eine starke Abhängigkeit von jahreszeitlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen, die gut mit bekannten physiologischen Eigenschaften der Tiere übereinstimmen. Insbesondere die zur erfolgreichen Entwicklung der Eier notwendigen Umweltbedingungen stellen eine kritische Phase im Lebenszyklus dar, zumal bei der Mehrzahl der Taxa das Geschlecht über die Inkubationstemperatur bestimmt wird. Die Zukunftsszenarien lassen befürchten, dass sich die heutige Größe, sowie räumliche Verbreitung der aktuell realisierten, klimatischen Nischen der meisten Schildkröten Arten in bemerkenswerter Weise verändern wird. Inwiefern die Tiere mit den zukünftigen, veränderten Umweltbedingungen zurechtkommen können, bleibt abzuwarten. Jedoch ist zu befürchten, dass das Zusammenspiel von zunehmender Fragmentierung der Habitate und klimatischem Stress eine ernsthafte Bedrohung für viele Arten darstellen könnte.

„Diese innovative Studie zeigt, wie wichtig biologische Sammlungen für die Biodiversitäts- und Klimafolgenforschung sind. Sie stellen Archive dar, die für solch groß angelegten Analysen potentieller Bedrohungen für die weltweite Biodiversität unentbehrlich sind.“ sagt Prof. Dr. Wolfgang Wägele, Direktor des ZFMK.

„Die heutige Schildkrötendiversität wird von zukünftigen Änderungen des Klimas betroffen sein, wobei die Auswirkungen regional sehr unterschiedlich ausfallen können.“ erklärt Flora Ihlow, korrespondierende Autorin. „Unsere Prognosen zeigen, dass innerhalb der nächsten Jahrzehnte 86% aller Schildkrötenarten in ihren heutigen Arealen deutlich veränderte Klimabedingungen vorfinden werden.“

„Nicht nur, dass sie wechselwarm und daher besonders anfällig für jegliche klimatische Veränderung sind, auch die erfolgreiche Inkubation und Geschlechterfixierung der Nachkommen ist bei Schildkröten temperaturabhängig“, erläutert Dr. Dennis Rödder, Kurator der Herpetologischen Sektion des ZFMK und Leiter der Studie. „Es war bereits vor unseren Analysen zu vermuten, dass der Klimawandel ernsthafte Konsequenzen für die globale Schildkrötenbiodiversität haben könnte. Nun haben wir starke Anhaltspunkte für die Richtigkeit der Annahmen.“

“Unsere Ergebnisse sind äußerst besorgniserregend, da die Schildkröten bereits heutzutage eine der meistbedrohten Gruppen innerhalb der Wirbeltiere darstellen. Mehr als die Hälfte aller Schildkröten Arten sind durch anthropogene Einflüsse wie Habitatzerstörung und illegalen Tierhandel vom Aussterben bedroht“, warnt Ihlow. „Zunehmende Habitatfragmentierung und klimatischer Stress werden hier verstärkend wirken“

In ihrer Studie fassen die Bonner Forscher zudem den aktuellen Stand des Wissens über die globale Schildkrötendiversität zusammen. Wichtigste Grundlage bildeten hier die weltweit zur Verfügung stehenden musealen Sammlungen sowie deren Metadaten die in Online Datenbanken verfügbar sind. „Wir hatten für 199 der 256 rezenten Schildkrötenarten eine ausreichend große Datenmenge“, sagt Rödder. „Insgesamt verwendeten wir einen recht eindrucksvollen Datensatz basierend auf 27.349 einzelnen Artnachweisen.“

“Durch die Verbreitungsmodellierung war es uns möglich das Muster der aktuellen Verbreitung und Diversität für 199 Schildkröten Arten sehr genau einzuschätzen, und „Diversitäts-hot-spots“ zu identifizieren“, erläutert Ihlow. „Indem wir diese potentiellen Verbreitungsdaten auf elf verschiedene Klimawandelszenarien des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) projizierten, sind wir zum Einen in der Lage mögliche Änderungen der realisierten Nischen detailliert zu diskutieren, zum Anderen erlauben unsere Daten die Beurteilung zukünftiger regionaler Ab- und Zunahmen der globalen Schildkröten Artenvielfalt.“

Originalpublikation:
Ihlow et al. (2012): On the brink of extinction? How climate change may affect global chelonian species richness and distribution. Global Change Biology. DOI: 10.1111/j.1365-2486.2011.02623.x

Die globale Erderwärmung wirkt sich auf das Tauchverhalten und die Nahrungssuche der Südlichen Seeelefanten aus.

Seeelefantenbullen warten am Strand auf das Ende des Haarwechsels – Foto: J. Plötz / AWI

Wie Forscher des Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft in einer gemeinsamen Studie mit Biologen und Ozeanographen der Universitäten von Pretoria und Kapstadt herausfanden, tauchen die Robben tiefer, wenn sie in wärmerem Wasser nach Beute jagen.

Die Wissenschaftler erklären dieses Verhalten mit dem Abwandern der Beutefische in größere Tiefen und wollen diese These nun mithilfe eines neuen Sensors überprüfen, der die Nahrungsaufnahme der Tiere unter Wasser registriert.

Die Südlichen Seeelefanten von Marion Island, einer Insel im südwestlichen Teil des Indischen Ozeans, sind im wahrsten Sinne des Wortes Extremtaucher. Die Tiere verbringen mehr als 65 Prozent ihrer Lebenszeit in Tiefen von über 100 Metern und tauchen dabei noch deutlich tiefer als Artgenossen aus südlicheren Revieren. Die maximale Tauchtiefe dieser Robben liegt bei über 2000 Metern. Die Wassermassen aber, welche die Seeelefanten von Marion Island bei ihrer Nahrungssuche durchschwimmen, werden im Zuge des Klimawandels zunehmend wärmer und zwingen die Tiere, tiefer zu tauchen. Der Südliche Ozean erwärmt sich vor allem in den Wasserschichten bis 1000 Metern Tiefe und damit in jenen Bereichen, in denen es eigentlich Kalmare oder auch Fische geben sollte. „Diese Beutetiere aber weichen vermutlich aufgrund der steigenden Wassertemperaturen in größere Tiefe aus, was die Robben zwingt, ihnen zu folgen“, sagt Dr. Horst Bornemann vom Alfred-Wegener-Institut.

Er und sein Kollege Dr. Joachim Plötz statteten gemeinsam mit Dr. Trevor McIntyre und anderen Robbenforschern vom südafrikanischen Mammal Research Institute (MRI) im Verlauf mehrerer Jahre über 30 Seeelefanten mit Satellitensendern aus. Diese faustgroßen Geräte werden den Robben unmittelbar nach dem Haarwechsel mit Kunstharz auf die Kopfpartie geklebt und zeichnen bei jedem Tauchgang der Tiere die Tauchtiefe, die Wassertemperatur und den Salzgehalt auf. Kommt das Tier anschließend zum Atmen wieder an die Meeresoberfläche, übertragen die Messgeräte ihre Daten via Satellit an die jeweiligen Forschungsinstitute. Die Ergebnisse zeigen, dass die Seeelefanten im wärmeren Wasser tiefer tauchen müssen, weshalb ihnen am Ende weniger Zeit für die eigentliche Nahrungssuche bleibt. „Wir gehen deshalb davon aus, dass die Tiere in wärmeren Wassermassen auch weniger Beute machen“, erklärt Joachim Plötz.

Um Beweise für diese These zu sammeln, reisen die Bremerhavener Wissenschaftler im April dieses Jahres wieder nach Marion Island. Diesmal wollen sie Tiere mit einem sogenannten Kieferschlag-Sensor ausstatten. Der Sensor wurde von japanischen Biologen am National Institute of Polar Research in Tokio entwickelt. Er ist kaum größer als ein kleiner Finger und vermerkt, wann immer die Robbe ihr Maul öffnet. „Bisher können wir am Tauchprofil nur ablesen, ob ein Seeelefant vermutlich gerade einen Fischschwarm verfolgt hat. Mit diesem neuen Messgerät erfahren wir, ob er auch tatsächlich gefressen hat“, sagt Joachim Plötz.

Mithilfe dieser Fress-Daten wollen die AWI-Biologen Rückschlüsse auf die räumliche und zeitliche Verteilung besonders produktiver Zonen im Südpolarmeer ziehen. „Die Nahrung im Meer ist ungleich verteilt. Nicht überall und zu jeder Zeit lohnt es sich für die Robben zu fischen. Anhand der neuen Daten werden wir hoffentlich sehen, auf welchen Routen die Seeelefanten von Marion Island aus wandern und in welchen Wasserschichten sie auf Nahrung stoßen“, sagt Horst Bornemann.

Für dieses Forschungsziel nehmen die Wissenschaftler auch tagelange Fußmärsche über die „Insel des waagerechten Regens“ in Kauf. „Die Seeelefanten von Marion Island sind sehr standorttreu. Sie kommen sowohl zum Haarwechsel als auch zur Fortpflanzung immer wieder zu dieser Insel zurück. Dieses Verhalten eröffnet uns die Chance, stets dieselben Tiere mit Messgeräten auszustatten und so Einblick in die Bewegungsmuster einzelner Tiere zu bekommen. Ihre Wander- und Tauchrouten wiederum helfen uns herauszufinden, wo sich die ozeanischen Nahrungsgründe der Seeelefanten von Marion Island befinden“, erklärt Joachim Plötz.

Inwieweit sich die Tiere dieses ziemlich weit im Norden gelegenen Seeelefanten-Bestandes auf die Ozeanerwärmung einstellen können, bleibt abzuwarten. Die Wissenschaftler aus Deutschland und Südafrika sehen für die Tiere nur zwei Alternativen: Entweder weiten die Robben ihre Jagdreviere bis in die kälteren Wassermassen der Antarktis aus oder sie müssen künftig noch tiefer tauchen. Die Seeelefanten von Marion Island gehen bei ihren Tauchgängen schon heute bis dicht an ihr physiologisches Limit. Eine Erkenntnis, welche die Biologen zu der Einschätzung kommen lässt, dass dieses Tieftauchverhalten die Überlebensrate der Robben langfristig verringern könnte.

Originalpublikation:
Fachmagazin Marine Ecology Progress Series, Trevor McIntyre, Isabelle J. Ansorge, Horst Bornemann, Joachim Plötz, Cheryl A. Tosh, Marthan N. Bester: Elephant seal dive behavior is influenced by ocean temperature: implications for climate change impacts on an ocean predator, Mar Ecol Prog Ser, Vol. 441: 257-272, 2011, doi:10.3354/meps09380

Das letzte Rheinhochwasser ist erst ein paar Wochen her und vor fast genau einem Jahr erreichten die Wasserstände an der Elbe zum dritten Mal in neun Jahren Rekordwerte.

Nach diesen Ereignissen wird immer der Ruf laut, endlich Maßnahmen für einen effizienten Auen- und Hochwasserschutz zu ergreifen.
Das Bundesamt für Naturschutz (BfN) hat deshalb im Rahmen eines Forschungsvorhabens nach guten Beispielen für Projekte des naturverträglichen Hochwasserschutzes, des Auenschutzes und der ökologisch optimierten Wasserkraftnutzung suchen lassen. Die Ergebnisse werden nun in der BfN-Schriftenreihe „Naturschutz und biologische Vielfalt“ (Band 112) veröffentlicht. Für 37 Vorhaben werden die erreichten und angestrebten Erfolge ebenso dargestellt wie die Schwierigkeiten bei der Umsetzung. Diese Sammlung der „Guten Beispiele“ soll Impulse für neue Projekte geben und helfen, die Synergien zwischen dem Schutz der Biodiversität in Auen und Fließgewässern und ökologischem Hochwasserschutz zu nutzen. Ebenso werden Hinweise gegeben, wie die negativen Begleiteffekte der klimafreundlichen Wasserkraft durch konkrete Anlagenverbesserungen vor Ort gemindert werden können“, sagte BfN-Präsidentin Prof. Beate Jessel.
Die Häufungen von „Jahrhunderthochwassern“ an verschiedenen Flüssen in Verbindung mit einem gesteigerten Bewusstsein für den Wert von Artenvielfalt haben die gesellschaftliche Wertschätzung von Naturschutzmaßnahmen an Flüssen gesteigert. „Die europäische Wasserrahmenrichtlinie verlangt einen guten Zustand der Fließgewässer, der auch von deren Auen abhängt. Jetzt sind die Akteure gefordert, guten Auen-, Gewässer und Hochwasserschutz aufeinander abgestimmt umzusetzen,“ erläuterte Beate Jessel.

Bezug: Auenschutz – Hochwasserschutz – Wasserkraftnutzung, Beispiele für eine ökologisch vorbildliche Praxis, Reihe: Naturschutz und Biologische Vielfalt, Band 112.

Der Klimawandel hat Folgen für Wälder, Felder, Flüsse – und damit für den Menschen, der atmet, isst, trinkt.

Foto: Dagmar Struß

Zur genaueren Abschätzung dieser Folgen startet jetzt ein umfassender Vergleich von Computersimulationen aus aller Welt. Erstmals werden dabei verschiedene betroffene Sektoren in einem gemeinsamen Rahmen betrachtet, von den Ökosystemen über die Landwirtschaft bis hin zu Wasserhaushalten und Gesundheit. Die Modelle werden von mehr als zwei Dutzend Forschungsgruppen etwa aus den USA, China, Deutschland, Österreich, Kenia und den Niederlanden bereitgestellt. Welche ihrer Ergebnisse breit abgesichert sind, wo es Ungewissheiten gibt und warum, das ermittelt jetzt ein Team von Wissenschaftlern. Koordiniert wird das Projekt vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und dem International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA).

Erste Ergebnisse werden innerhalb von 12 Monaten zur Verfügung stehen, zur Vorbereitung des fünften Berichts des Weltklimarats, der 2014 fertig gestellt wird. Die Simulationen werden auf den neuesten Klimaszenarien basieren, die eine große Bandbreite möglicher Zukunftsszenarien abdecken.

„Wir wollen besser verstehen, wie sich die Klimafolgen unterscheiden bei einer globalen Erwärmung von zwei Grad gegenüber der von drei Grad“, sagt  Katja Frieler von der Koordinationsgruppe des Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project, kurz ISI-MIP. Die internationale Staatengemeinschaft hat sich die Begrenzung auf zwei Grad als Ziel gesetzt. Der ungebremste Ausstoß von Treibhausgasen führt die Welt aber auf den Weg zu drei Grad und mehr. Der scheinbar kleine Unterschied könnte drastische Auswirkungen haben. „Diese werden von den Modellen auf der Grundlage von Beobachtungsdaten und gegenwärtigem Prozessverständnis berechnet“, so Frieler. „Wir prüfen, inwieweit die verschiedenen Modelle hier übereinstimmen, und quantifizieren die verbleibenden Unsicherheiten.“

„Das Projekt wird eine Lücke im Bericht des Weltklimarats schließen helfen“

Der globale Modellvergleich stellt dabei den Menschen in den Mittelpunkt. Wassermangel in einer Region Afrikas zum Beispiel könne den Bauern das Bewässern erschweren, schlechte Ernten könnten dann zu Mangelernährung führen und damit zu einer höheren Anfälligkeit für Krankheiten, erklärt Frieler. Der Vergleich könnte helfen, mögliche regionale Brennpunkte zu identifizieren.

„Das Projekt wird eine schmerzliche Lücke im Bericht des Weltklimarats schließen helfen“, sagt Hans Joachim Schellnhuber, Direktor des PIK. Bislang gab es umfassende Modellvergleiche zur Physik des Klimasystems und zur Ökonomie des Klimaschutzes sowie vereinzelt zu sektorspezifischen Klimafolgen. Dass dies nun auch für alle Klimafolgen zusammen angepackt werde, sei ein ebenso ehrgeiziges wie nötiges Vorhaben, so Schellnhuber. „Es stärkt ganz entscheidend das Fundament des 2014 anstehenden Berichts des Weltklimarats.“

Chris Field von der Carnegie Institution for Science in Stanford, Kalifornien, zeigt sich begeistert von dem Projekt. „Als Vorsitzender der IPCC-Arbeitsgruppe II begrüße ich die Initiative sehr, dieses Vorhaben auf den Weg zu bringen.“ Er wisse zu schätzen, dass die Wissenschafter sehr schnell Ergebnisse vorlegen wollen, die dann noch in den fünften Sachstandsbericht einbezogen werden können. Die Resultate, die ISI-MIP erreichen will, „werden einen echten Unterschied für den Bewertungsprozess machen.“ Die Arbeitsgruppe II des IPCC befasst sich mit den Folgen des Klimawandels.

„Die Zeit ist reif für diesen Vergleich“

Ottmar Edenhofer vom PIK, Vorsitzender der Arbeitsgruppe III des IPCC, begrüßt das Projekt ausdrücklich. „Eine gute Folgenanalyse ist auch für die Bewertung von Vermeidung und Anpassung von großer Bedeutung“, sagt Edenhofer. „Sie ermöglicht uns Kosten-Nutzen-Abschätzungen, die entscheidend sind, um Entscheidungsträgern die Informationen zu geben, die sie brauchen. Deshalb befürworten wir den Vergleich von Modellen zu Klimafolgen sehr.“ Die Arbeitsgruppe III des IPCC konzentriert sich auf die Vermeidung des Klimawandels.

„Die Zeit ist reif für diesen Vergleich“, sagt Pavel Kabat, Direktor des IIASA. „Ein sektorübergreifender Ansatz mit einer ganzen Reihe von Modellen für Aussagen über Folgen des Klimawandels stand bisher nicht zur Verfügung. Das ISI-MIP Projekt ist in dieser Hinsicht eine bedeutende und positive Entwicklung. Wir haben Zugang zu hoch entwickelten Modellen, einer großen Zahl hochwertiger Daten aus vielen Sektoren und Regionen und die Dringlichkeit, eine in hohem Maße integrative Analyse unseres derzeitigen Wissens über globale Folgen des Klimawandels zu liefern. Wir sind überzeugt, dass dieses Projekt solch eine Analyse liefern kann.“

Moderne Kohlekraftwerke entziehen ihren Abgasen Schwefel und Stickstoff und reduzieren die Abgabe umweltgefährlicher Säuren damit deutlich.

Mit Ultraleichtflugzeug werden Aerosole direkt in Höhe der Abluftfahnen von Kraftwerken untersucht – Foto: Sylwester Arabas

Einen bislang unbeachteten klimarelevanten Nebeneffekt dieser Technologie haben nun Wissenschaftler des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nachgewiesen: Die Reinigung führt zu einer Vervielfachung der Emissionen ultrafeiner Partikel, welche die Wolkenbildung so beeinflussen können, dass es zu geringeren und selteneren, dann jedoch heftigeren Niederschlägen kommt.

Mit komplexen technischen Verfahren entfernen moderne Kohlekraftwerke Schadstoffe aus ihren Abgasen: So minimiert die Rauchgaswäsche Schwefeldioxid auf wenige Prozent, die Selektive Katalytische Reduktion (SCR) setzt Stickstoffdioxid (NO2) zu Stickstoff und Sauerstoff um. Ein geringer Anteil, etwa zwei Prozent, des verbleibenden Schwefels wird dabei jedoch direkt in Schwefelsäure umgewandelt.

„Deren Masse fällt bei der Gesamt-Schwefelbilanz nicht ins Gewicht, allerdings verteilt sich diese geringe Masse auf eine extrem hohe Anzahl ultrafeiner Schwefelsäuretröpfchen: bis zu 50.000 Partikel pro Kubikzentimeter noch nach 50 Kilometern in der Abluftfahne“, sagt Wolfgang Junkermann vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU). Ein einzelnes Kraftwerk gibt dabei dabei so viele Partikel (Aerosole) in die Luft ab wie der Verkehr auf mehreren tausend Kilometern Autobahn. Mit nur wenigen Nanometern Durchmesser (ein Nanometer = ein Millionstel Millimeter) seien diese sogar noch kleiner als die feinen Aerosole aus Autoabgasen.

Der „Blue Plume“ (dt. „blaue Abluftfahne“) genannte Effekt ist Kraftwerks-Ingenieuren zwar bekannt, seine Auswirkungen auf die Umwelt sind bislang jedoch wenig untersucht. „Es ist sehr schwierig, diese ultrafeinen Aerosole in der Luft nachzuweisen und eindeutigen Quellen zuzuordnen“, so Junkermann. Die Forscher des IMK-IFU setzen deshalb ein Ultraleichtflugzeug – das kleinste bemannte Umweltforschungsflugzeug der Welt – ein, mit dem sie direkt in Höhe der Abluftfahnen die Emissionen und das Anwachsen der Aerosole verfolgen. Dabei haben sie bei Messungen in Deutschland, der Inneren Mongolei, Australien und Finnland beobachtet, dass die Schwefelsäuretröpfchen in der Atmosphäre innerhalb weniger Stunden zu Wolkenkondensationskernen anwachsen. „Die hohe, zusätzliche Anzahl dieser Kerne führt bei der Ausbildung von Wolken zu einer Verteilung des verfügbaren Wassers auf viele, aber kleinere Wolkentröpfchen. Damit verzögert sich zunächst die Bildung von Regentropfen“, erläutert Klimaforscher Junkermann „und die Wahrscheinlichkeit von Starkregen nimmt zu“. Anstelle gleichmäßiger, regional verteilter Regenfälle könne es einerseits zu längeren Trockenperioden, andererseits jedoch zu heftigeren Niederschlägen kommen. Wo diese dann schließlich fallen, sei nicht vorhersehbar. Das hänge von der Windrichtung und -geschwindigkeit in zwei bis fünf Kilometern Höhe ab und könne auch mehr als 1000 Kilometer entfernt sein.

Klimarelevant, so Wolfgang Junkermann, sei das in zweierlei Hinsicht: „Die Umverteilung des Niederschlags ist für die Landwirtschaft in regenarmen Gebieten ein Desaster. Zudem wirkt sich die längere Verweilzeit von Wasserdampf in der mittleren Atmosphäre möglicherweise negativ auf die Strahlungsbilanz und damit auf den Treibhauseffekt aus.“ Die Zusammenhänge zwischen lokalen Emissionen, regionaler Auswirkung auf Wolken und Niederschlag sowie auch auf die Energiebilanz der Atmosphäre seien bisher nur unzureichend untersucht und erfordern weitere Experimente und Modellrechnungen. Die KIT-Wissenschaftler wollen mit ihrem „fliegenden Aerosol-Labor“ hierzu Daten für Prozess-Studien liefern, die mit Bodenstationen, Satelliten und großen Forschungsflugzeugen nicht erhoben werden können.

Originalpublikation
Junkermann, W., Vogel, B., and Sutton, M.A., The climate penalty for clean fossil fuel combustion, Atmospheric Chemistry and Physics, 11, 12917-12924, 2011

In der Nacht vom 16. auf den 17. Februar 1962 traf eine schwere Sturmflut auf die deutsche Nordseeküste.

In der Nacht vom 16. auf den 17. Februar 1962 hat die Sturmflut die Deiche, wie hier auf Föhr, stark angegriffen. Foto: Jann Corinth

Besonders stark betroffen war die Hansestadt Hamburg. Ganze Stadtteile standen unter Wasser und mehr als 300 Menschen kamen ums Leben. Auch nach dieser Katastrophe gab es weitere schwere Sturmfluten. Ähnliche klimatische Ereignisse können sich jederzeit wiederholen.

Wissenschaftler des Instituts für Küstenforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht beobachten das Sturmflutgeschehen in der Deutschen Bucht deshalb sehr genau. Nach derzeitigem Kenntnisstand wird der Hochwasserschutz noch bis etwa 2030 so wirksam sein wie heute; danach muss die Situation neu bewertet werden.

Wie stark sich Sturmfluthöhen an der deutschen Nordseeküste ändern, hängt in erster Linie vom Meeresspiegelanstieg und vom Windklima in der Deutschen Bucht ab. So würde die 1962er Sturmflut heute allein aufgrund des Meeresspiegelanstiegs in den letzten 50 Jahren etwa 10 Zentimeter höher auflaufen.

Das die Sturmfluthöhen ebenfalls beeinflussende Windklima hat sich indes nicht verändert. Es unterlag im letzten Jahrhundert zwar starken Schwankungen, diese liegen jedoch im normalen Bereich. Eine Sturmsaison bringt heute weder heftigere noch häufigere Stürme in der Deutschen Bucht hervor als zu Beginn des letzten Jahrhunderts.

Das könnte sich nach Einschätzung von Wissenschaftlern am Institut für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht jedoch zukünftig ändern. Die Geesthachter Küstenforscher gehen von einer Änderung des Windklimas und einem weiter ansteigenden Meeresspiegel aus. Somit könnten Sturmfluten bis zum Ende des Jahrhunderts um etwa 30 bis 110 Zentimeter höher auflaufen als heute.

Am Geesthachter Institut für Küstenforschung werden die das Sturmflutgeschehen bestimmenden Faktoren genau analysiert. „Wir möchten wissen, wie und warum sich die Stärke und Häufigkeit von Sturmfluten in der Vergangenheit verändert hat“, erklärt Prof. Dr. Hans von Storch, Leiter des Instituts für Küstenforschung. „Wir errechnen außerdem Szenarien für die Zukunft und sprechen mit den Küstenbewohnern über ihr Risikoempfinden. So bekommen wir ein umfassendes Bild für die deutsche Nordseeküste“, so von Storch weiter.

Gerade hat eine Gruppe von Geesthachter Küstenforschern gemeinsam mit Ingenieuren von der Universität Siegen den Anstieg des Meeresspiegels in der Deutschen Bucht analysiert. Erstmals wurden alle zuverlässigen Wasserstandsmessungen ausgewertet, um zu ermitteln, wie sich der mittlere Wasserstand der Deutschen Bucht verändert hat. Demnach ist der Meeresspiegel um etwa 20 Zentimeter im letzten Jahrhundert angestiegen, in letzter Zeit höher als in den Jahren um 1960. Solche erhöhten Anstiege hat es jedoch schon in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts gegeben. Sie sind daher nicht ungewöhnlich.

Auch wenn durch die kontinuierliche Verbesserung des Küstenschutzes heute ein hohes Schutzniveau erreicht worden ist, sehen die Bewohner Norddeutschlands Sturmfluten als großes Risiko an. Seit 2008 führt das Institut für Küstenforschung jährlich Umfragen durch und befragt Hamburger Bürger zu Klimawandel, Sturmfluten und Gefahrenwahrnehmung. Für über 80 Prozent der Hamburger sind Sturmfluten und Überschwemmungen die Naturkatastrophen mit den potentiell schwersten Folgen für Hamburg.

Wie man auf die möglichen Folgen reagieren und die Lebensbedingungen für Umwelt und Gesellschaft daraufhin anpassen kann, fasst das aktuelle Positionspapier der Akademie für Raumforschung und Landesplanung (ARL) zusammen.

Erneuerbare Energieformen müssen raumverträglich und versorgungssicher ausgebaut werden – Foto: Dagmar Struß

In ihren zwölf “Zugspitz-Thesen” sprechen die Arbeitsgruppe “Klimawandel und Nutzung von regenerativen Energien…” der ARL-Landesarbeitsgemeinschaft Bayern der ARL und Mitglieder des ARL-Arbeitskreises „Klimawandel und Raumplanung“ ihre Empfehlungen aus der Sicht der Raumordnung aus. „Klimagerechte Verantwortung“, „Bürgerbeteiligung“, „technologischer Fortschritt“ und „regionale Wertschöpfung“ sind dabei nur einige Stichworte.
Klimaschutz und Klimaanpassung sind ganz zentrale Herausforderungen des 21. Jahrhunderts, auf die es Antworten zu finden gilt. Die Empfehlungen dazu wurden im vergangenen Herbst bei einem Treffen auf der Zugspitze erarbeitet. Mit ihren zwölf “Zugspitz-Thesen” will die Arbeitsgruppe „eine Debatte um die komplexen, raumrelevanten Zusammenhänge von Klimawandel, Energiewende und Raumordnung“ in Gang bringen. Davon erhoffen sich die Autoren ein „der klimagerechten Verantwortung verpflichtetes Denken und Handeln“ auf allen Planungs- und Entscheidungsebenen.

Zahlreiche auffällige Phänomene schreibt man in jüngster Zeit dem Klimawandel zu: Starkwetter-Ereignisse wie z. B. Stürme, Hochwässer, Dürren, Feinstaubkonzentration in den Städten und vieles mehr. Als Hauptursache dafür gilt die Aufheizung der Atmosphäre, an der sich die Menschheit kräftig beteiligt vor allem durch die Freisetzung von sogenannten Treibhausgasen wie z. B. Kohlenstoffdioxyd, Methan, oder die Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Da heißt es Emissionen vermeiden, fossile Energieträger ersetzten und Energie effizient nutzen.

Doch Vermeidungsstrategien sind erst der Anfang. Geeigneten Mittel und Wege zur Anpassung an den Klimawandel zu finden ist künftig Daueraufgabe bei der Raumentwicklung. Die Planung auf allen Ebenen – von der EU über Bund und Länder bis zur einzelnen Gemeinde – muss sich von „Klimaschutz, Anpassung an die Folgen des Klimawandels und Energiewende“ leiten lassen. Dies bedarf der besseren Verankerung in Gesetzen, Programmen und Plänen.

Die Forderung nach „klimagerechter Verantwortung“ gilt für jedermann. Dies bedeutet aber auch, im Zweifelsfall im Sinne des Gemeinwohls zu handeln und Eigennutz hintan zu stellen. Dafür gilt es, das Bewusstsein in der Öffentlichkeit durch intensive Aufklärung über die Zusammenhänge von Klimawandel und Energiewende zu schärfen. Einschlägige Handlungsfelder sind dabei die Siedlungs- und Infrastrukturentwicklung und die Flächenvorsorge z. B. für Hochwasserschutz, Frischluftschneisen oder Windkraftnutzung.

„Überdies brauchen wir eine weitreichende Beteiligung der Bürger in allen Stadien der Planung und Entscheidung“, – so die Verfasser der zwölf Thesen – damit notwendige Maßnahmen in der Bevölkerung nicht als willkürliche Verwaltungsakte wahrgenommen, sondern mitgetragen werden. So könnte es passieren, dass die Menschen wieder enger zusammenrücken müssen. Der Klimawandel erfordert kompakte Siedlungs- und Verkehrsstrukturen, da kurze Wege und dichtere Bauweise eine höhere Energieeffizienz haben. Daneben muss die Raumplanung freilich Freiräume sichern. So bewahren Frischluftschneisen und mehr Begrünung die Städte vor Überhitzung und hohen Feinstaubkonzentrationen. Solche „Freiräume werden von der Raumordnung bislang in ihren Funktionen der Siedlungsgliederung, Erholungsvorsorge sowie als bioklimatische Ausgleichsräume erfasst“, beschreibt die ARL-Arbeitsgruppe die Situation am Beispiel Bayerns. Die Energiewende mit ihrem Flächenbedarf für nachwachsende Rohstoffe verlange allerdings ein multifunktionales Freiraumkonzept, heißt es weiter, für das es jedoch noch keine verbindliche Regelung gibt. Es gibt also viel zu tun für die Träger einer nachhaltigen Regionalplanung und –entwicklung.

Gerade „die erneuerbaren Energieformen müssen raumverträglich und versorgungssicher ausgebaut werden und zwar unter vertretbaren ökonomischen und ökologischen Bedingungen“ postuliert die Arbeitsgruppe. Deshalb sind regionale Energiekonzepte erforderlich, die umweltverträglich und zugleich für Bürger als auch Inverstoren interessant sind. Und hier bietet der Klimawandel auch ein Chance, denn Entwicklung, Produktion und Einsatz neuer Technologien für Klimaschutz und Klimaanpassung tragen zur regionalen Wertschöpfung bei.

Positionspapier „Zugspitz-Thesen – Klimawandel, Energiewende und Raumordnung“ (PDF)