KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Vögel und Schmetterlinge können offenbar mit dem Klimawandel nicht mithalten.

Der Segelalter kann klimatischen Verschiebungen besser folgen als andere Arten – Foto: Chris van Swaay / Butterfly Climate Risk Atlas 2008

Die Temperaturen haben sich in den letzten beiden Jahrzehnten in Europa schneller erhöht als beide Tiergruppen sich anpassen konnten. Sie sind damit langsamer nach Norden gewandert als es ihre klimatischen Erfordernisse für nötig erscheinen lassen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, die das Fachmagazin Nature Climate Change veröffentlicht hat. Im statistischen Mittel lägen demnach Schmetterlinge 135 und Vögel sogar 212 Kilometer gegenüber der Temperaturerhöhung und der Verschiebung ihrer Lebensräume nordwärts zurück.

Dies ist der erste Beleg für einen ganzen Kontinent, dass der Klimawandel zu einer deutlichen Verschiebung der Lebensräume führt und Lebensgemeinschaften aus verschiedenen Tiergruppen auseinander reißen kann. Für die Studie wertete das internationale Forscherteam Daten von ehrenamtlichen Beobachtungsnetzwerken aus, die aufgebaut sind wie das Tagfaltermonitoring Deutschland und die durch rund 1,5 Millionen Beobachtungsstunden erhoben wurden.

Die Autoren hatten für ihre Studie eine einfache Methode entwickelt, um abzubilden und auszuwerten, ob, wie und wo bestimmte Tier- und Pflanzengruppen vom Klimawandel beeinflusst werden. Dazu entwickelten sie einen Index für die Durchschnittstemperatur, unter der Arten vorkommen. Für Vögel und Tagfalter wurde dieser hier aus über 9000 bzw. über 2000 Beobachtungsorten in Europa berechnet. Für jede Art lässt sich daraus ein sogenannter „Species Temperature Index“ (STI) berechnen. Nimmt man dann alle Arten an einem Standort zusammen, so bildet dann der Durchschnittswert der STIs aller Arten den „Community Temperature Index“ (CTI). Wird nun dieser CTI nach einer gewissen Zeit wieder erhoben, lassen sich klimabedingte Veränderungen in den Artenzusammensetzungen relativ leicht messen. In der hier vorliegenden Studie zeigten sich im Beobachtungszeitraum von 1990 bis 2008 deutliche Verschiebungen. „Die Veränderungen im Community Temperature Index (CTI) sagen zwar nichts darüber aus, wie einzelne Arten vom Klimawandel beeinflusst werden, aber sie zeigen sehr gut das Gesamtbild des tatsächlichen Rückganges der kälteliebenden Arten, der Zunahme von wärmeliebenden Arten und der Summe aus beiden“, erläutert Dr. Vincent Devictor vom französischen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS). In den letzten beiden Jahrzehnten hat sich der Lebensraum der Tagfalter in Europa im Mittel um 239 Kilometer nach Norden verschoben. Die Schmetterlinge sind dagegen statistisch gesehen nur 114 Kilometer nordwärts gewandert. Noch größer ist die Kluft bei den Vögeln Europas: Hier steht einer Temperaturveränderung von 249 Kilometern lediglich eine Wanderung von 37 Kilometern gegenüber.

„Unsere Ergebnisse weisen nicht nur darauf hin, dass Vögel und Schmetterlinge nicht schnell genug dem Klimawandel hinterher ziehen können. Sie zeigen auch, dass die Lücke zwischen beiden Gruppen größer wird“, betont Chris van Swaay von der Niederländischen Schmetterlingsstiftung. Für die einzelnen Länder sind die Ergebnisse recht unterschiedlich: So hat sich die Durchschnittstemperatur der Lebensräume von Vogelarten in Tschechien kaum, in Schweden dagegen stark erhöht. Bei Schmetterlingen gab es in Großbritannien nur geringe, in den Niederlanden dagegen starke Veränderungen.
„Daten aus Deutschland, wie sie im Rahmen des Tagfalter-Monitoring (TMD) erhoben werden, dürften in wenigen Jahren dann auch ähnliche Analysen zulassen, waren hier aber noch nicht mit eingeflossen, da sie noch nicht lange genug vorlagen, um hier vergleichbar mit einfließen zu können“, teilte PD Dr. Josef Settele vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) mit.

Gerade bei Vögeln sind die Ergebnisse überraschend. Kaum eine Tiergruppe ist so mobil und legt so weite Wege zurück. Die Erklärung dafür ist dennoch einfach: „ Dass Schmetterlinge im Schnitt auf europäischer Ebene schneller auf den Klimawandel reagieren als Vögel, könnte daran liegen, dass sie relativ kurze Lebenszyklen haben und sehr temperatursensibel sind, was ihnen ermöglicht, Temperaturveränderungen besser zu verfolgen, als Vögel es können“, vermutet Dr. Oliver Schweiger vom UFZ.

Trotzdem sind die Ergebnisse aus Sicht der Wissenschaftler alarmierend, denn Vögel und Schmetterlinge zählen zu den am meisten verbreiteten und mobilsten Tiergruppen. Die Verzögerung bei der Klimadrift könnte verschiedenste Lebensgemeinschaften auseinanderreißen, fürchtet Josef Settele: „Zum Beispiel sind viele Vogelarten bei ihrer Ernährung auf Raupen bestimmter Schmetterlingsarten angewiesen und könnten daher unter den Veränderungen leiden. Je spezialisierter eine Art ist, umso gefährdeter wird diese durch solche Verschiebungen sein. Die Raupen des Natterwurz-Perlmutterfalter (Boloria titania) sind beispielsweise auf den Wiesenknöterich (Polygonum bisorta) als Fraßpflanze angewiesen. Auch wenn es diese Schmetterlingsart vielleicht gerade noch so schaffen würde, mit den Temperaturen mitzuziehen – die Pflanze, von der sie abhängig ist, ist dagegen bei weitem nicht so mobil.“

Daneben zeigt die Studie aus Sicht der Wissenschaftler vor allem, wie wichtig die von ehrenamtlichen Beobachtern zusammengetragenen Daten zu den Veränderungen in der Natur sind und dass Vorhersagen für die Auswirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme nur möglich sind, wenn die komplexen Veränderungen in den Strukturen und der Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften über die ganze Nahrungskette hinweg erfasst werden.

Originalpublikation:

Vincent Devictor, Chris van Swaay, Tom Brereton, Lluís Brotons, Dan Chamberlain, Janne Heliölä, Sergi Herrando, Romain Julliard, Mikko Kuussaari, Åke Lindström, Jirí Reif, David B. Roy, Oliver Schweiger, Josef Settele, Constantí Stefanescu, Arco Van Strien, Chris Van Turnhout, Zdenek Vermouzek, Michiel WallisDeVries, IrmaWynhoff and Frédéric Jiguet (2012): Differences in the climatic debts of birds and butterflies at a continental scale. Nature Climate Change. AOP, DOI: 10.1038/NCLIMATE1347

Die Untersuchungen wurden u.a. von der Europäischen Union im Rahmen der EU-Projekte ALARM, MACIS und STEP sowie vom BMBF im Rahmen des Projektes CLIMIT gefördert.

Wanderalbatrosse haben ihre Nahrungssuche in den letzten Jahrzehnten den veränderten Windverhältnissen auf der Südhalbkugel angepasst.

Wanderalbatros wird mit Sender bestückt – Foto: David Gremillet/CNRS

Die Luftströmungen dort haben an Intensität zugenommen und sich nach Süden verlagert. Dadurch ist das Futter für die Albatrosse schneller von den Brutkolonien aus erreichbar. Die Vögel verbringen somit jetzt weniger Zeit mit der Nahrungssuche. Zudem habe sich der Bruterfolg verbessert und die Tiere hätten in den letzten Jahrzehnten um durchschnittlich ein Kilogramm an Gewicht zugelegt, schreibt ein internationales Forscherteam in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins SCIENCE.

Diese positiven Folgen des Klimawandels könnten jedoch von kurzer Dauer sein, wenn die prognostizierten Klimaszenarien eintreten und sich die Windmuster der Antarktis weiter verschieben, warnen die Forscher.

Für ihre Studie hatten die Biologen Daten zur Dauer der Nahrungssuche und zum Bruterfolg der letzten 40 Jahre sowie zur Ernährung und Gewicht der letzten 20 Jahre von Wanderalbatrossen (Diomedea exulans) auf den Crozetinseln ausgewertet. Die Inselgruppe liegt zentral im südlichen Indischen Ozean – etwa in der Mitte zwischen Madagaskar und der Antarktis. Sie gehört zu den Französischen Antarktisgebieten und befindet sich im stürmischsten Teil des Südpolarmeeres. Die neuen Erkenntnisse sind Ergebnis einer Zusammenarbeit des französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (CEBC-CNRS) und des deutschen Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ).

Dank miniaturisierter Tracking-Geräte konnten die Forscher die Nahrungssuche der Albatrosse im Umkreis von bis zu 3500 Kilometern um die Brutkolonie verfolgen. Dabei zeigte sich, dass sich die Nahrungssuche mit den Windverhältnissen in den letzten zwei Jahrzehnten verändert hat. Im Durchschnitt fliegen die Wanderalbatrosse jetzt schneller als in den 1990er Jahren in weiter südwärts. „Das führt dazu, dass sie schneller Nahrung aufnehmen können, kürzer in der Luft sind und damit eher am Nest zurück sind. Dadurch hat sich der Bruterfolg verbessert“, erklärt Dr. Henri Weimerskirch vom französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CEBC-CNRS). Überrascht waren die Forscher, dass die Weibchen und Männchen in den letzten zwei Jahrzehnten durchschnittlich ein Kilo zugenommen haben, was rund einem Zehntel des Körpergewichts entspricht. Dies könnte nicht nur ein Resultat des häufigeren Wechselns beim Brüten und Füttern sein, sondern auch eine Anpassung an den Klimawandel: Mit zunehmenden Gewicht können die Vögel besser mit Sturm umgehen.

“Die Population der Wanderalbatrosse ist auf den Crozetinseln durch die Langleinenfischerei in den nördlicheren Gewässern zurückgegangen. Früher sind viele Weibchen an den kilometerlange Leinen mit Fischköder umgekommen”, berichtet Dr. Maite Louzao Arsuaga, die vom 2009 bis 2011 am UFZ an der Modellierung der Albatrossflugbewegungen geforscht hat. “Durch die veränderten Windverhältnisse suchen die Weibchen jetzt aber zunehmend im Süden nach Nahrung, wo diese Art der Fischerei bisher nicht so verbreitet ist. Dadurch hat sich die Population leicht erholt.” Allerdings rechnen Klimaszenarien für 2080 damit, dass sich die Westwinde noch weiter in Richtung Südpol verschieben werden. Dann müssten die Wanderalbatrosse wieder weiter fliegen, um optimale Segelbedingungen zu finden. Ob die Erholung der Population lange anhält, ist daher fraglich.

Die Gesamtpopulation des Wanderalbatros wird weltweit auf rund 8.000 Brutpaare geschätzt. Bei allen Populationen wurde in den letzten 25 Jahre ein teilweiser Rückgang registriert. Die Art ist hauptsächlich durch Beifang bei der Langleinenfischerei gefährdet. Aber auch das Einschleppen fremder Arten wie Ratten oder Katzen bedrohen die Brutkolonien. Daher ist es wichtig, die Monitoringprogramme zur Bestandsentwicklung auf dem Meer fortzusetzen sowie wirksame Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Dass sich der Lebensraum der Wanderalbatrosse über den Zuständigkeitsbereich mehrerer regionaler Fischerei-Managementorganisationen erstreckt, erschwert den Schutz der bedrohten Art zusätzlich.

Der Wanderalbatros fasziniert die Menschen seit Jahrhunderten: Mit einer Flügelspannweite von über drei Metern ist er der größte Seevogel der Welt und übertrifft in der Spannweite knapp den Andenkondor (Vultur gryphus). Die eleganten Segler, die die meiste Zeit ihres Lebens in der Luft verbringen, brüten auf Inseln im antarktischen Ozean. Auf der Suche nach Fischen und Kopffüßern wie Tintenfischen legen sie tausende Kilometer zurück. Oft folgen sie dabei Schiffen und ernähren sich auch vom Abfall. Das Gefieder der Wanderalbatrosse wird mit zunehmendem Alter schneeweiß. Bis zu 55 Jahre wurden die ältesten bekannten Wanderalbatrosse. Da die Aufzucht der Jungen ein ganzes Jahr dauert, brüten sie nur jedes zweite Jahr.

Zusätzlich zu den Ergebnissen, die jetzt in SCIENCE publiziert wurden, hat das internationale Forscherteam in einem Artikel im Journal of Applied Ecology besonders wichtige Gebiete für den Schutz dieser Art identifiziert. Diese Studie stellt Karten zur Verfügung, die zur Entwicklung eines künftigen Netzwerkes von Schutzzonen genutzt werden können und auf statistischen Modellen für die geeigneten Lebensräume dieser Indikatorart beruhen. “Weil die Art keine natürlichen Feinde hat und an der Spitze der Nahrungskette steht, eignet sie sich besonders gut als Indikator für den Zustand der marinen Ökosysteme“, sagt Dr. Thorsten Wiegand vom UFZ, der die Arbeit von Maite Louzao betreut hat. „Das könnte nicht nur helfen, eine einzelne Art, sondern das ganze Ökosystem Südpolarmeer zu schützen. Außerdem zeigt das Beispiel, dass die von uns entwickelten Methoden zur Modellierung von Lebensräumen breit anwendbar sind und auch für Szenarien des globalen Wandels genutzt werden können.“
Tilo Arnhold

Publikationen:

Henri Weimerskirch, Maite Louzao, Sophie de Grissac, Karine Delord (2012): Changes in Wind Pattern Alter Albatross Distribution and Life-History Traits. SCIENCE. 335: 221. 13 January 2012

Louzao, M., Pinaud, D., Péron, C., Delord, K., Wiegand, T., Weimerskirch, H. (2011): Conserving pelagic habitats: seascape modelling of an oceanic top predator. J. Appl. Ecol. 48 (1), 121 – 132

Das Sekretariat der Konferenz der Vereinten Nationen für Nachhaltige Entwicklung (UNCSD) hat einen Entwurfstext für den für Juni anberaumten UN-Gipfel Rio+20 veröffentlicht.

Klimafolge: Überschwemmungen in Entwicklungsländern – Foto: D. Ott – Fotolia.com

Bis 23. Januar beziehungsweise 17. Februar haben die Regierungen und die EU Zeit für erste Kommentare.

“Die Zukunft, die wir wollen” (The Future We Want) – so ist der erste Entwurf des Textes für die UN-Verhandlungen über nachhaltige Entwicklung überschrieben. 20 Jahre nach dem ersten Weltgipfel, der die Themen Umwelt und Entwicklung zusammen behandelte, soll vom 20. bis 22. Juni 2012 im brasilianischen Rio de Janeiro das nächste Nationentreffen zu nachhaltiger Entwicklung stattfinden. “Grünes” Wirtschaften und ein neuer globaler institutioneller Rahmen für die internationale Umweltpolitik werden die Hauptthemen sein. Es soll aber auch Bilanz gezogen werden, was 1992 in Rio und 2002 in Johannesburg in puncto nachhaltige Entwicklung beschlossen wurde und was davon umgesetzt ist. Die EU hatte im Oktober 2011 Schlussfolgerungen zu ihrer Position für den Rio+20-Gipfel veröffentlicht.

Vom 25.-27. Januar finden die ersten offiziellen Diskussionen über den 2012er UN-Gipfel über nachhaltige Entwicklung statt. Die Staats- und RegierungsvertreterInnen haben bis 23. Januar Zeit, die ersten beiden Teile des Textes (sogenannter “Zero Draft”) schriftlich zu kommentieren. Es geht dabei um die fünfseitige Präambel, die “Vision” der UN für die Zukunft (Teil I) und die bereits bestehenden Beschlüsse (”Renewing Political Commitment”)

Teil III-V können bis Mitte Februar schriftlich kommentiert werden. Diese Textteile werden zusammen mit den Anmerkungen der einzelnen Staaten im März debattiert. Darin geht es um “grünes” Wirtschaften im Kontext nachhaltiger Entwicklung und Armtusbekämpfung (Teil III), den institutionellen Rahmen für nachhaltige Entwicklung (Teil IV) und dann die konkrete Umsetzung (”Framework for action and follow-up” – Teil V). Der letzte Teil enthält zum Beispiel Unterüberschriften wie Wasser, Energie, Lebensmittelsicherheit, Meere, Klimawandel und Wälder.

Nichtregierungsorganisationen sind eine der sogenannten “Major Groups”, die im Rahmen von UN-Verhandlungen – ohne Stimmrecht – beteiligt werden müssen.

Rio+20 – Erster Entwurf mit Zusammenfassung (engl.)

Offizielle Seite zum Rio+20-Gipfel

Quelle: DNR

Lösungsstrategien für ein nachhaltiges Landmanagement müssen auf der regionalen Ebene erarbeitet werden, denn rund ein Drittel der Treibhausgasemissionen werden durch Landnutzungseffekte verursacht.

Side Event zum nachhaltigen Landmanagement -
Foto: Andreas Werntze/UFZ

Darauf haben das Deutsche Institut für Entwicklungspolitik (DIE) und das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) auf der UN-Klimakonferenz in Durban hingewiesen. Beide haben am 2. Dezember 2012 ein Side Event unter dem Motto „Adapting NRM in Africa“ im Rahmen der COP17-Verhandlungen zur Klimakonvention der UNFCCC veranstaltet.

Side Events dienen dazu, beteiligte Akteure der Verhandlungen über aktuelle Ergebnisse und Entwicklungen aus Wissenschaft und Praxis zu unterrichten. Bei diesem gut besuchten Side-Event konnte die Relevanz von integrierten Analysen und die Möglichkeiten des Landmanagements für Klima, Mitigation und Adaption deutlich gemacht werden.

In der Präsentation des vom UFZ koordinierten Verbundforschungsvorhaben zur globalen Analyse und Synthese von Landmanagement auf ökosystemare Dienstleitungen und Treibhausgasemissionen wurden von Prof. Dr. Ralf Seppelt drei Punkte deutlich gemacht: Nachhaltiges Landmanagement ist ein wichtiges Fundament für Reduktion (Mitigation) und Anpassung (Adaptation) an den Klimawandel: Ca. 30% der Treibhausgasemissionen werden durch Landnutzungseffekte verursacht. Der KIimawandel beeinflußt Ökosysteme und Landschaften und deren ökologische Prozesse in vielfältiger Weise, z.B. bzgl. Artzusammensetzung, Ökosystemfunktion und –dienstleistung. Dies fordert Anpassungsprozesse. Am Beispiel wichtiger ökologischer Funktionen wie Bestäubung konnte zweitens deutlich gemacht werden, wie relevant ökologische Dienstleistungen z.B. in Agrar- und Waldökosystemen sind. Die integrative Sichtweise wurde von weiteren Vortragenden aus dem Site Event aufgegriffen. Zum dritten wurde deutlich, dass Lösungsstrategien für ein nachhaltiges Landmanagement auf der regionalen Ebene entwickelt werden müssen. Gleichzeitig müssen Übertragbarkeit der Ergebnisse, Synthese und eine Einbettung in globale Rahmenbedingungen (Szenarien) erreicht werden, um unterschiedliche Treiber wie Klimawandel, Agrarmärkte, Demographie etc. gezielt zu analysieren. Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), wird dieses Konzept im Rahmen des Programmes „Nachhaltiges Landmanagement“ umgesetzt und vom UFZ übergreifend koordiniert.

Vorgestellt wurden auf dem Side Event in Durban auch zwei Projekte zur nachhaltigen Landnutzung in Afrika: „The Future Okavango (TFO)“ und „SuLaMa“ untersuchen, wie im Einzugsgebiet des Okavangos in Angola, Botswana und Namibia bzw. auf dem Mahafaly-Plateau im südwestlichen Madagaskar Landnutzung nachhaltig gestaltet werden kann. So konnte die Relevanz von integrativen Analysen und die Möglichkeiten des Landmanagement für Klima, Mitigation und Adaption deutlich gemacht werden. Ergebnisse dieser Arbeiten des UFZ sind vor allem für die auf der Konferenz kritisierten Schlupflöcher der Anrechnung von Emissionsreduktion, z.B. aus der Landnutzung, relevant. Im Vergleich zu den vorangegangenen COPs nimmt dieses Thema einen breiteren Raum auf der Konferenz in Durban ein.

GLUES-Projekt

BMBF-Förderschwerpunkt “Nachhaltiges Landmanagement”:

Der Nordpazifik spielt eine wichtige Rolle für das globale Klima.

Algen Clathromorphum nereostratum als neues Klimaarchiv entdeckt – Foto: S. Hetzinger / IFM-GEOMAR

Doch bisher sind die natürlichen dekadischen Klimaschwankungen in dieser Region weitgehend unerforscht, auch weil langzeitliche Messreihen und hochauflösende Klimaarchive fehlen. Meeresforschern des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) und der Universität Toronto gelang mit einer neuen Methode erstmals eine jahrgenaue Rekonstruktion des Klimas aus Kalkalgen aus dem Aleutenbogen für die vergangenen 200 Jahre. Ihre Ergebnisse sind in der internationalen Fachzeitschrift „Climate Dynamics“ erschienen.

Für die Entwicklung des Klimas sind die hohen Breiten von großer Bedeutung. Änderungen wirken sich dort stärker aus als beispielsweise in den Tropen. Außerdem ist bekannt, dass die Atmosphäre in diesen Breiten das Klima in anderen Erdregionen stark beeinflusst. Umso problematischer ist es, dass viele Klimaprozesse – zum Beispiel natürliche Klimaschwankungen, die sich im Bereich von einem bis wenigen Jahrzehnten abspielen – gerade im subarktischen Nordpazifik kaum erforscht sind. Das liegt unter anderem daran, dass verlässliche Messungen höchstens 100 Jahre zurückreichen, und natürliche Klimaarchive dort bisher nicht die nötige Auflösung haben, um kurzzeitige Klimaschwankungen in die Vergangenheit zurückverfolgen zu können.

Einer Gruppe von Ozeanographen des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) und der Universität von Toronto (Kanada) unter Leitung von Dr. Steffen Hetzinger, Prof. Dr. Jochen Halfar sowie dem Meteorologen Dr. Noel Keenlyside ist es nun erstmals gelungen, das Klima im nordpazifischen Raum bis ins Jahr 1818 jahrgenau zu rekonstruieren. „Wenn wir die Klimaschwankungen der Vergangenheit besser kennen, können wir auch das Klima der Zukunft genauer vorhersagen“, betont Dr. Hetzinger vom IFM-GEOMAR. Er ist Erstautor einer Studie im internationalen Fachmagazin „Climate Dynamics“, in der die Arbeitsgruppe ihre Ergebnisse vorstellt.

Für ihre Klimarekonstruktion nutzten die Wissenschaftler eine Rotalge, die in den Küstengewässern der Aleuten sehr verbreitet ist. Im Gegensatz zu frei im Wasser schwebenden Algen bildet die Art Clathromorphum nereostratum ein Kalkgerüst am Meeresboden. Ein Schnitt durch eine vom Meeresboden geborgene Algenprobe offenbart Jahresbänder ähnlich den Jahresringen von Bäumen. „Allerdings wachsen diese Algen extrem langsam, so dass die gezielte Beprobung bestimmter Wachstumsjahre äußerst präzise geschehen muss“, erklärt Dr. Hetzinger. Mit Hilfe von Spezialmikroskopen und einer sogenannten Elektronenstrahl-Mikrosonde haben die Wissenschaftler Variationen von Magnesium und Calcium in den Wachstumsbändern einer Algenprobe gemessen. „Daraus können wir Rückschlüsse auf die Wassertemperaturen und damit auf das Klima der vergangenen 200 Jahre ziehen“, erklärt Dr. Hetzinger.

Mit der neuen Methode konnten die Wissenschaftler erstmals eine angenommene Verbindung zwischen Klimaschwankungen im nordpazifischen und im nordatlantischen Raum auf dekadischen Zeitskalen anhand von Messergebnissen nachweisen. „Unsere Daten aus dem Nordpazifik zeigen eine Verbindung zwischen Schwankungen des Aleutentiefs und der Nordatlantischen Oszillation“, sagt Jennifer Mecking vom IFM-GEOMAR, die als Doktorandin intensiv an dem Projekt mitgearbeitet hat. Das Aleutentief hat dabei eine ähnliche Bedeutung für das Wetter- und Klimageschehen im Pazifik wie das Islandtief für den Atlantik. Die Nordatlantische Oszillation beschreibt die langzeitlichen Zirkulationsmuster im atlantischen Raum, die Schwankungen auf mehrjährigen Zeitskalen unterworfen sind.

In dieser Woche stellen die Forscher ihre Ergebnisse auch auf der Jahrestagung der American Geophysical Union in San Francisco vor. Parallel arbeiten sie daran, die Klimarekonstruktion für den Nordpazifik mit Hilfe von Clathromorphum nereostratum noch weiter in die Vergangenheit zu erweitern. „Hoffentlich verstehen wir dann die Prozesse in dieser für das Klima so wichtigen Region besser“, sagt Dr. Hetzinger.

Originalpublikation
Hetzinger, S., J. Halfar, J. V. Mecking, N. S. Keenlyside, A. Kronz, R. S. Steneck, W. H. Adey, P. A. Lebednik, 2011: Marine proxy evidence linking decadal North Pacific and Atlantic climate. Climate Dynamics. Im Web

Erdgeschichtliche Klimaveränderungen haben das Schicksal der Vorfahren des modernen Menschen beeinflusst – warum aber manche evolutionäre Varianten entstanden oder verschwanden, war bislang unklar.

Fossiler Schädel – Foto: Martin Trauth / Uni Potsdam

Wissenschaftler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und der Universität Potsdam haben nun eine neuartige Betrachtungsweise für die Entwicklung der vergangenen fünf Millionen Jahre vorgelegt. Eine nichtlineare statistische Analyse von Ablagerungen auf dem Meeresboden vor Afrika deutet darauf hin, dass abrupte Änderungen der Schwankungsneigung des Klimas die Evolution des Menschen entscheidend geprägt haben könnten. Zunächst drei solcher urzeitlicher Kipp-Punkte haben die Forscher ausgemacht.

„Dass Klimaänderungen für die Menschheitsgeschichte bedeutsam sind, wurde schon lange angenommen – aber bisher nie wirklich statistisch belegt“, sagt Jonathan Donges vom PIK, Leitautor der in den renommierten Proceedings of the National Academy of Sciences diese Woche veröffentlichten Studie. Dieser Beleg sei aber wichtig. „Wir können erstmals zeigen, dass das Zusammentreffen von Veränderungen der Schwankungsneigung des Klimas und solchen in der frühmenschlichen Evolution mit hoher Wahrscheinlichkeit kein Zufall war“, so Donges. Entscheidend sei der Wechsel von Zeiten geringer Klimaschwankungen zu solchen starker Klimaschwankungen – „also gleichsam die Änderungen der Änderungen“. Diese erhöhten offenbar den Selektionsdruck.

Staubspuren auf dem Boden der Ozeane als Datenlieferant
Statt längerer Trends haben sich die Forscher vergleichsweise kurzfristige Veränderungen angeschaut, die allerdings immer noch einige tausend Jahre umfassen. Die mathematische Auswertung der Millionen Jahre umfassenden Zeitreihen stützte sich auf Daten, die marine Geologen bereits vor längerer Zeit veröffentlichten. Sie stammen aus Bohrkernen aus dem Untergrund des indischen und atlantischen Ozeans sowie des Mittelmeeres. Hier finden sich Spuren von Wüstenstaub, die Rückschlüsse auf das zu bestimmten Zeiten an Land herrschende Klima zulassen.

Dabei konnten die Forscher auch einige der Mechanismen identifizieren, welche die Klimaänderung vermutlich ausgelöst haben. So hat sich etwa der Zufluss von warmem Wasser aus dem Pazifik Richtung Afrika verringert, weil sich in der Region des heutigen Indonesiens Landmassen verschoben. Da Meeresströmungen aber Förderbänder für Wärme sind, veränderten sich in der Folge die regionalen Temperaturen und Niederschläge in Afrika. Dies hatte wiederum Auswirkungen auf die örtliche Pflanzenwelt und damit den Tierbestand sowie Vormenschen wie den Australopithecus, der vor etwa einer Million Jahren ausstarb. Andere Vorläufer des Menschen hingegen konnten sich unter den geänderten Bedingungen plötzlich besser durchsetzen, weil sie anpassungsfähiger waren. „Der Generalist Homo hatte im stärker schwankenden Klima bessere Chancen als spezialisiertere Vormenschen“, so Donges.

Blick auf die Vergangenheit schärft den auf die Zukunft
Der Blick auf die Vergangenheit könnte auch den auf die Zukunft schärfen helfen. „Klimaänderungen haben Auswirkungen auf die Lebensbedingungen des Menschen – und was in der Vergangenheit viele hunderttausend Jahre gedauert hat, das könnte durch den menschengemachten Treibhauseffekt jetzt im Zeitraffer ablaufen“, erklärt der Leiter des Forschungsteams und Ko-Autor Jürgen Kurths. Eine der drei relevanten Perioden vor gut drei Millionen Jahren gilt von den Temperaturen her als Gegenstück zu einer Welt mit ungebremstem CO2-Ausstoß Ende unseres Jahrhunderts. „Dabei geht es nicht um eine Übertragung Eins zu Eins, sondern um das Verstehen der grundlegenden Mechanismen von Klimaveränderungen“, so Kurths. „Die so genannte Paläo-Klimatologie dient oft der Überprüfung von Annahmen für das Klima von Heute, Morgen und Übermorgen.“

„Es ist ein großer Schritt nach vorn, dass endlich die Methoden der nichtlinearen Physik auch in der Forschung zur Entwicklung der Menschheit genutzt werden können“, sagt Hans Joachim Schellnhuber, Direktor des PIK und gleichfalls einer der Ko-Autoren der Studie. Er ist einer der Pioniere bei der Anwendung dieser auch als Chaostheorie bekannten Disziplin in der Erdsystemforschung. „Besser und besser gelingt es uns, komplexe dynamische Systeme zu verstehen“, so Schellnhuber. „Und dabei zeigt sich immer mehr, dass es sich hier nicht um ein Glasperlenspiel handelt, sondern ein außerordentlich relevantes Forschungsfeld – gerade mit Blick auf den Klimawandel.“

Originalpublikation
Donges, J., Donner, R.V., Trauth, M.H., Marwan, N., Schellnhuber, H.J., Kurths, J.: Nonlinear detection of paleoclimate-variability transitions possibly related to human evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences [doi:10.1073/pnas.0709640104]

Der Klimawandel setzt Lebewesen unter Stress. Sowohl der Wandel in den durchschnittlichen Lebensbedingungen, als auch die Zunahme an extremen Ereignissen wirken sich auf Organismen aus.

Taucher verpflanzen in der Kieler Bucht Seegras für ein Freilandexperiment. Foto: T. Reusch / IFM-GEOMAR

Welchen Einfluss insbesondere Klimaextreme auf Seegräser haben, untersuchten Wissenschaftler der Christian-Albrechts Universität zu Kiel, der Universität Münster und des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR). Ihre Ergebnisse erscheinen jetzt online in der renommierten Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS).
Seegraswiesen säumen weltweit die flachen Küstenregionen und bieten einen idealen Lebensraum für viele Fische, Krustentiere und andere Kleinlebewesen. Der weltweite Rückgang der Seegraspopulationen in den vergangenen Jahren wird daher von Wissenschaftlern mit großer Besorgnis betrachtet. Eine wichtige Rolle dabei könnte der Klimawandel spielen. Beobachtungen zeigen, dass vor allem häufigere Extremereignisse wie zum Beispiel Hitzewellen dem Seegras zu schaffen machen. Wie genau sich Extremereignisse auf Seegräser auswirken, untersuchten Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, der Universität Münster und des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) in einer Studie, die aktuell in der renommierten Fachzeitschrift „Proceeding of the National Academy of Sciences“ (PNAS) erscheint.

Die Wissenschaftler um Professor Dr. Thorsten Reusch vom IFM-GEOMAR befassten sich dabei mit der Frage, ob sich Hitzewellen auch auf die Genregulation des gewöhnlichen Seegrases (Zostera marina) auswirken. „Im Mittelmeer überstehen Seegräser dieser Art wesentlich höhere Temperaturen, als in den heimischen Gewässern Nord- und Ostsee. Hier sind die Seegrasbestände durch im Sommer auftretende Hitzewellen bei Wassertemperaturen über 25°C stark gefährdet“, erläutert der Kieler Ökologe die Hintergründe der Untersuchungen. Die Anpassungsfähigkeit an Hitze scheint eine genetische Basis zu haben, die die Forscher entschlüsseln wollten. Für die Analyse sammelten die Doktorandinnen Susanne Franssen und Nina Bergmann Seegräser an verschiedenen Standorten in Nord- und Südeuropa und setzten diese in einer speziellen Versuchsanlage, dem AQUATRON kontrollierten Hitzewellen aus. Anschließend untersuchten die Forscher die Aktivität fast aller Gene der Pflanzen.

Überraschenderweise aktivierten alle Pflanzen Gene, die Hitzestress abfangen können, egal ob sie aus Nord- oder Südeuropa stammten. Während die südeuropäischen Pflanzen jedoch sofort nach der Hitzewelle wieder eine normale Genaktivität zeigten, wiesen die nordeuropäischen Pflanzen unumkehrbare Schädigungen auf. Offensichtlich entscheidet sich also erst in der Erholungsphase nach der Hitzewelle, ob eine Pflanze weiter wächst oder dauerhaft geschädigt bleibt. Um Voraussagen zur Anpassungsfähigkeit von Organismen an Extremereignisse wie Hitzewellen zu treffen, scheint daher die Untersuchung der Genaktivität in der Erholungsphase besser geeignet zu sein. „Die gewonnenen Erkenntnisse werfen viele weitere Fragen auf, wir sind jetzt insbesondere daran interessiert, ob auch innerhalb der nördlichen Bestände Pflanzen ihre Genaktivität schnell wieder in den Normalzustand regulieren können. Denn dann könnten sich unsere Bestände in Nord- und Ostsee an den Klimawandel anpassen“, sagt Reusch.

Originalpublikation
Franssen, S.U., J. Gu, N. Bergmann, G. Winters, U.C. Klostermeier, P. Rosenstiel, E. Bornberg-Bauer, and T.B.H. Reusch, 2011: Transcriptomic resilience to global warming in the seagrass Zostera marina, a marine foundation species. Proceedings of the National Academy of Sciences, Early Edition.

Aktuell trafen sich Forscher aus elf Nationen in Potsdam zur Auftaktveranstaltung für ein neues, vierjähriges EU-Projekt.

Welche Folgen hat das Auftauen eisreicher Permafrostböden? Foto: Hugues Lantuit / AWI

Was passiert, wenn die großen Mengen gebundenen Kohlenstoffs aus arktischen Böden in die Atmosphäre gelangen?
Dies ist die Leitfrage, der Feldforscher, Betreiber von Langzeitobservatorien und Modellierer von 18 Partnereinrichtungen im Projekt PAGE21 nachgehen, das aus Mitteln der Europäischen Union gefördert wird. Indem sie die Expertise ihrer Fachrichtungen bündeln, wollen die Wissenschaftler wertvolle Grundlagen für den fünften Weltklimabericht der Vereinten Nationen liefern.

„Ich freue mich sehr auf die eng vernetzte Zusammenarbeit der führenden Köpfe der europäischen Permafrostforschung in der Arktis“, sagt Prof. Dr. Hans-Wolfgang Hubberten von der Forschungsstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft. Der Mineraloge leitet das Projekt namens PAGE 21, das einen Umfang von fast 10 Millionen Euro hat und mit knapp 7 Millionen Euro aus dem siebten Rahmenprogramm der Europäischen Union gefördert wird. Es steht für Changing Permafrost in the Arctic and its Global Effects in the 21st Century, also Veränderungen im arktischen Permafrost und die globalen Auswirkungen im 21. Jahrhundert. „Wir müssen unser Grundlagenwissen über die physikalischen und biogeochemischen Prozesse verbessern, um zuverlässigere Prognosen für die zukünftige weltweite Klimaentwicklung liefern zu können“, so Hubberten weiter.

Etwa 50 Prozent des weltweit unterirdisch vorkommenden organischen Kohlenstoffs lagert in den nördlichen Permafrostregionen. Das ist mehr als die doppelte Menge des derzeit in der Atmosphäre vorhandenen Kohlenstoffs, der dort beispielsweise in Form der Klimagase Kohlendioxid und Methan auftritt. Gleichzeitig wirkt sich der Klimawandel in der Arktis besonders stark und rasch aus. So taut der Permafrostboden auf und setzt zusätzlich Klimagase frei, die diesen Effekt noch verstärken können.

Viele dieser Mechanismen sind für sich betrachtet grundlegend gut verstanden. Geht es aber um die Quantifizierung einzelner Prozesse, wird die Datenlage dünner. Also sind zunächst die Feldforscher gefragt: Sie stülpen beispielsweise in Sibirien Messgeräte über definierte Flächen von Permafrostboden und messen die austretenden Gase, wenn der Boden im Sommer auftaut. Um die zeitliche Entwicklung und saisonale Variationen zu erfassen, muss dies wiederholt stattfinden und möglichst weite Bereiche sowie auch möglichst lange Zeiträume eines Jahres abdecken. Standardisierte Methoden aller Partner sollen zusätzlich die Vergleichbarkeit der Daten erhöhen. So wollen die Projektpartner von PAGE21 qualitativ hochwertige Datensätze erstellen.

Diese Datensätze aus dem Permafrost bilden die Grundlage für die Weiterentwicklung globaler Klimamodelle. „Die heute verwendeten Modelle haben häufig noch Ungenauigkeiten, weil die Permafrostregionen mit all ihren Rückkopplungsmechanismen unterrepräsentiert sind“, sagt Hubberten. Im Rahmen von PAGE21 sollen jetzt dringend notwendige Schritte getan werden, um die Modelle zu verbessern. Sie liefern die Grundlage für Vermeidungs- und Anpassungsstrategien, die auf die Gesellschaft im 21. Jahrhundert zukommen.