KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

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

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.“

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)

Der Golfstrom ist nicht nur eine der stärksten Meeresströmungen. Die mit ihm transportierte Wärme ist insbesondere für das vergleichsweise milde Klima in Europa verantwortlich.

Bergung einer Verankerung im Atlantik – Foto: R. Zantopp / GEOMAR.

Ein internationales Forscherteam untersuchte nun, wie sich das Verhalten dieses Stromsystems, wie auch anderer westlicher Randströme, im letzten Jahrhundert verändert hat. Dazu trugen sie eine Vielzahl von Beobachtungsdaten und Modellsimulationen zusammen und kamen zu dem Ergebnis, dass sich diese Stromsysteme zwei- bis dreimal so rasch erwärmt haben als der Rest des Ozeans. Neben der direkten Wirkung auf das Klima, ist auch die dadurch reduzierte Aufnahmefähigkeit von Kohlendioxid von besonderer Bedeutung.
Eisfreie Küsten bis in Regionen nördlich des Polarkreises, Laubwälder und Getreideanbau, wo in anderen Erdteilen auf gleichem Breitenkreis subpolare Bedingungen vorherrschen – das Klima Mittel- und Nordeuropas ist dank des Golfstroms und seiner sich weit nach Norden erstreckenden Ausläufer vom Klima her sehr begünstigt. Die warme Meeresströmung, die ihren Ursprung im Golf von Mexiko hat, transportiert bis zu 100 Mio. Kubikmeter Wasser pro Sekunde an der amerikanischen Ostküste entlang nach Norden. Dabei ist der Golfstrom nur eine von mehreren sogenannten westlichen Randströmen, die für die Umverteilung von Wärme und Feuchte zwischen den Subtropen und Polargebieten verantwortlich sind. Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat nun untersucht, inwieweit sich diese warmen Strömungen im Laufe des letzten Jahrhunderts verändert haben. Die Ergebnisse, die nun ein der Fachzeitschrift Nature Climate Change veröffentlicht wurden, zeigen, dass die Erwärmung dieser Stromsysteme besonders stark ausfällt und mit einer leichten polwärtigen Verlagerung einhergeht. Dies kann auch Konsequenzen für die Aufnahme von Kohlendioxid im Ozean haben, die bei höheren Temperaturen geringer ausfällt.

„Wir haben insgesamt acht verschiedene globale Beobachtungsdatensätze der Temperatur angeschaut sowie Meeresströmungen mit Hilfe eines hochauflösenden Ozeanmodells unter Nutzung von Beobachtungsdaten simuliert“, erläutert Prof. Dr. Martin Visbeck, Co-Autor der Studie und Leiter der Physikalischen Ozeanographie am Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR). „Mit dieser Studie konnten wir zeigen, dass alle westlichen Randstromregionen über die letzten 100 Jahre eine deutlich stärkere Erwärmung als das globale Mittel zeigen“, so Visbeck weiter. Die Gründe dafür sind nicht vollständig verstanden. „Wir dachten erst an systematische Verstärkung im Windfeld. Dies hat sich so klar nicht bestätigt nur eine leichte polare Verschiebung der Windsysteme ließ sich finden. Alles deutet auf eine Veränderung der globalen Ozeanzirkulation durch den Klimawandel hin mit expandierenden Subtropen“, meint Professor Visbeck. Um der Ursache des Befunds weiter auf die Spur zu kommen, werden zwei Dinge benötigt: weitere, lange Modellsimulationen und vor allem Langzeitbeobachtungen in den westlichen Randstromsystemen um klimabedingte Trends von natürlichen Schwankungen zu trennen. „Der Patient Ozean braucht eine Art Langzeit-EKG, denn mit sporadischen Messungen werden wir die Ursache nur sehr schwer finden. Solche Erwärmungstrends haben auch noch andere Langzeitfolgen, wie zum Beispiel eine reduzierte Aufnahme von Kohlendioxid, die wiederum die Klimaerwärmung weiter verstärkt. Hier müssen wir aufpassen, um schwerwiegende Langzeitfolgen zu vermeiden“, resümiert Visbeck.

Originalpublikation
Wu, L., W. Cai, L. Zhang, H. Nakamura, A. Timmermann, T. Joyce, M. J. McPhaden, M. Alexan-der, B. Qiu, M. Visbeck, P. Chang, and B, Giese, 2012: Enhanced warming over the global subtropical western boundary currents. Nature Climate Change, DOI: 10.1038/NCLIMATE1353

In Küstenbereichen des tropischen Westpazifiks werden große Mengen an natürlichen Halogenverbindungen produziert, die die Ozonschicht in der Stratosphäre schädigen können.

Das Forschungsschiff SONNE und das DLR-Forschungsflugzeug FALCON begegnen sich während der Messkampagne im Südchinesischen Meer.
Foto: Torsten Bierstedt, FS SONNE

Das zeigen erste Ergebnisse einer Expedition Kieler Meeresforscher mit dem Forschungsschiff SONNE Ende 2011. Die Expedition war Teil des EU-Projekts SHIVA.

Das Protokoll von Montreal war 1989 ein Meilenstein internationaler Umweltabkommen. Knapp 200 Staaten verpflichteten sich darin, die Emissionen industriell hergestellter ozonabbauender Substanzen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) zu begrenzen. Ziel war, die Ozonschicht der Stratosphäre zu schützen, damit sich das damals bereits bestehende Ozonloch wieder schließen kann. Doch auch mehr als 20 Jahre nach Inkrafttreten des Protokolls existiert das Ozonloch weiterhin. Das liegt vor allem an der Langlebigkeit der von Menschen produzierten FCKW, die sich noch immer in der Stratosphäre befinden. Doch nicht alle Abbauvorgänge in der Ozonschicht können Atmosphärenforscher allein mit den von Menschen produzierten Gasen erklären. Deshalb sind Vorhersagen zur zukünftigen Entwicklung der Ozonschicht vor allem in gemäßigten Breiten sehr unsicher. Ein bisher wenig beachteter Faktor sind natürliche halogenhaltige Verbindungen, die ebenfalls Ozon in der Stratosphäre abbauen können. Starke Quellen für diese Verbindungen werden im Meer vermutet. Vor allem Brom- und Jodverbindungen werden dort von Organismen und bei chemischen Prozessen gebildet. „Es gibt bisher aber nur wenige Messungen, die diese Quellen für ozonschädliche Substanzen im Meer wirklich belegen. Speziell im tropischen Westpa-zifik gab es bisher gar keine“, sagt die Meereschemikerin Dr. Birgit Quack vom GEOMAR – Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Zusammen mit der Meteorologin Dr. Kirstin Krüger leitete sie vom 15. bis 29. November 2011 eine Expedition mit dem deutschen Forschungsschiff SONNE im Südchinesischen Meer, die mithelfen sollte, diese Datenlücke zu schließen.

Die Messkampagne war Teil des EU-Projektes SHIVA, das vom Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg koordiniert wird. Zu den weiteren Projektpartnern gehören das Deutsche Zent-rum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI), die Universität Bremen, die Goethe-Universität Frankfurt sowie Forschungseinrichtungen aus Großbritannien, Frankreich, Belgien, Norwegen, Malaysia sowie von den Philippinen. „Diese sehr unterschiedlichen Partner aus verschiedenen Ländern und Fachbereichen machen das Projekt zu etwas Besonderem – schon alleine wegen der unterschiedlichen Messplattformen, die im November im Einsatz waren“, sagt Dr. Quack. Die wissenschaftlichen Untersuchungen auf der SONNE wurden durch küstennahe Messungen von lokalen Schiffen aus vor der malayischen Halbinsel und vor Borneo sowie durch Messungen des DLR-Forschungsflugzeugs FALCON über Borneo und dem Südchinesischen Meer ergänzt. Zeitgleich wurden an Land weitere Feld- und Labormessungen durchgeführt. Die Meeresforscher aus Kiel fanden während der Expedition ihre Vermutungen bestätigt: „Wir haben tatsächlich starke marine Quellen ozonschädigender Substanzen für die Atmosphäre nachgewiesen“, betont Dr. Quack. Erste Ergebnisse zeigen generell erhöhte Konzentrationen brom- und jodhaltiger Verbindungen im Wasser, die in den flachen Schelf-regionen und nah den Küsten stellenweise besonders hoch sind.

Gelangen diese Substanzen vom Meerwasser in die Luft, können sie im Untersuchungsgebiet auch schnell in höhere Atmosphärenschichten transportiert werden. „Speziell über dem tropischen Westpazifik gibt es schnelle Aufwärtsströmungen. Meteorologen nennen das ‚hoch reichende Konvektion’. Sie gilt als effektiver Transportweg der marinen Spurengase in die Stratosphäre“, erklärt Dr. Krüger. Um diese Transportprozesse besser einschätzen zu können, war die FALCON auf Borneo stationiert und hat den Transport der Spurenstoffe durch die Atmosphäre verfolgt. „Dank dieser fach- und zentrenübergreifenden Zusammenarbeit haben wir einmaliges Datenmaterial für unsere Fragestellung erhalten“, sagt die Meteorologin.

Die genaue Auswertung und Interpretation dieser Daten wird jetzt in den beteiligten Instituten mit umfangreichen Chemie-, Transport- und globalen Klimamodellen erfolgen. So soll die zukünftige Entwicklung der Ozonschicht unter dem Einfluss der menschengemachten Veränderung in den tropischen Ozeanen und in der Atmosphäre vorhergesagt werden. „Der Einfluss der von Menschen produzierten Ozon-Killer wie FCKW ist zwar derzeit noch weit größer. Aber man muss die natürlichen Quellen für ozonschädigende Gase berücksichtigen, will man zuverlässige Prognosen über die zukünftige Entwicklung der stratosphärischen Ozonschicht erstellen“, betont Dr Krüger, die als Autorin auch am jüngsten Ozon Assessment der World Meteorological Organization (WMO) mitgearbeitet hat.

Die Wahrscheinlichkeit für kalte, schneereiche Winter in Mitteleuropa steigt, wenn die Arktis im Sommer von wenig Meereis bedeckt ist.

Das Eis wird weniger, unsere Winter werden kälter – Foto: AWI

Wissenschaftler der Forschungsstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung einen Mechanismus entschlüsselt, wie eine schrumpfende sommerliche Meereisbedeckung die Luftdruckgebiete in der arktischen Atmosphäre verändert und darüber unser europäisches Winterwetter mitbestimmt. Diese Ergebnisse einer globalen Klimaanalyse haben sie kürzlich in einer Studie in der Fachzeitschrift Tellus A veröffentlicht.

Taut im Sommer das arktische Meereis besonders stark ab, wie in den letzten Jahren beobachtet, kommt es zur Verstärkung zweier wesentlicher Effekte: Zum einen legt das Verschwinden der hellen Eisoberfläche den dunkleren Ozean frei, wodurch sich dieser im Sommer unter Sonneneinstrahlung stärker erwärmen kann (Eis-Albedo-Rückkopplung). Zum anderen kann das zurückgegangene Eis nicht mehr verhindern, dass im Ozean gespeicherte Wärme an die Atmosphäre abgegeben wird (Deckel-Effekt). Durch die geringere Meereisbedeckung wird somit insbesondere im Herbst und Winter die Luft stärker als in früheren Jahren erwärmt, denn in dieser Zeit ist der Ozean wärmer als die Atmosphäre. „Diese erhöhten Temperaturen sind anhand aktueller Messdaten in den arktischen Gebieten nachweisbar“, berichtet Ralf Jaiser, Erstautor der Veröffentlichung von der Forschungsstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts.

Durch die bodennahe Erwärmung der Luft kommt es zu aufsteigenden Bewegungen, die Atmosphäre wird instabiler. „Wir haben die komplexen nichtlinearen Prozesse analysiert, die hinter dieser Destabilisierung stecken, und gezeigt, wie sich die so veränderten Bedingungen in der Arktis auf typische Zirkulations- und Luftdruckmuster auswirken“, so Jaiser weiter. Eines dieser Muster ist der Luftdruckgegensatz zwischen der Arktis und den mittleren Breiten: die sogenannte Arktische Oszillation mit den Azoren-Hochs und Island-Tiefs, die man aus dem Wetterbericht kennt. Ist dieser Gegensatz hoch, entsteht ein starker Westwind. Er trägt im Winter warme, feuchte atlantische Luftmassen bis tief nach Europa, wie in den letzten beiden Wintern. Bleibt dieser aus, kann kalte arktische Luft bis nach Europa vordringen. Die vorliegenden Modellrechnungen zeigen, dass der Luftdruckgegensatz bei geringerer sommerlicher arktischer Meereisbedeckung im darauf folgenden Winter abgeschwächt wird, so dass arktische Kälte bis in die mittleren Breiten vordringen kann.

Trotz der geringen Meereisausdehnung im Sommer 2011 ist bei uns in Deutschland ein kalter, schneereicher Winter bis zum Januar ausgeblieben. Jaiser erklärt das folgendermaßen: „Natürlich spielen im komplexen Klimasystem unserer Erde viele weitere Faktoren eine Rolle, die sich teilweise gegenseitig überdecken. Unsere Modellvorstellung erklärt die Mechanismen, wie sich regionale Änderungen in der arktischen Meereisbedeckung global und über einen Zeitraum von Spätsommer bis Winter auswirken. Weitere Mechanismen hängen beispielsweise mit der Schneebedeckung Sibiriens oder tropischen Einflüssen zusammen. Die Wechselwirkungen zwischen diesen Einflussfaktoren sind dabei Gegenstand zukünftiger Forschungsarbeiten und bilden so bislang eine Unsicherheit für Prognosen.“

Weitere Mechanismen zu finden, zu analysieren und mit ihrer Hilfe in Modellen das Klimasystem „Erde“ korrekt abzubilden, ist das Ziel der Potsdamer Forscher. „Unsere Arbeiten tragen dazu bei, die bestehenden Unsicherheiten der globalen Klimamodelle zu verringern und glaubwürdigere regionale Klimaszenarien zu entwickeln – eine wichtige Grundlage, damit die Menschen sich an veränderte Bedingungen anpassen können“, ordnet Prof. Dr. Klaus Dethloff, der die Sektion Atmosphärische Zirkulation an der Forschungsstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts leitet, die Studien ein.

Originalpublikation:
R. Jaiser, K. Dethloff, D. Handorf, A. Rinke, J. Cohen, Impact of sea ice cover changes on the Northern Hemisphere atmospheric winter circulation, Tellus A 2012, 64, 11595, doi:10.3402/tellusa.v64i0.11595