KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Das weltweit am häufigsten von tropischen Stürmen heimgesuchte Meeresgebiet liegt vor der Küste Südchinas mit der Insel Hainan.

Korallenriffe vor der Küste Hainans. Algen überwuchern und Sedimente bedecken die Korallen. – Foto: U. Krumme, ZMT

Im Jahre 2008 traf der Wirbelsturm Kammuri auf Hainan. Forscher des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenökologie (ZMT) und ihre chinesischen Partner untersuchten die Auswirkungen des Taifun auf die Küstenökosysteme der Insel unmittelbar nach dessen Auftreffen.

2005 richtete Hurrikan Katrina an der Golfküste der USA enorme Schäden an und forderte viele hundert Menschenleben. Das Ereignis verdeutlichte, welche Zerstörungskraft in einem tropischen Wirbelsturm steckt. Das weltweit am häufigsten von tropischen Stürmen heimgesuchte Meeresgebiet liegt vor der Küste Südchinas mit der Insel Hainan. Die Region wird im Schnitt achtmal jährlich von Taifunen heimgesucht. Im Jahre 2008 traf der Wirbelsturm Kammuri auf Hainan. Forscher des ZMT und ihre chinesischen Partner untersuchten die Auswirkungen des Taifun auf die Küstenökosysteme der Insel unmittelbar nach dessen Auftreffen.

Wirbelstürme können das Wetter in einem Umkreis von bis zu 1000 km beeinflussen. Allein durch ihre physikalische Gewalt werden marine Ökosysteme beschädigt: Seegräser werden entwurzelt oder Korallen zerbrochen. Neben starken Winden bringen die Stürme meist auch enorme Regenmengen mit sich. Die ökologischen Auswirkungen dieser Naturereignisse sind in der Region bisher kaum untersucht worden.

Die Insel Hainan weist eine Vielfalt von tropischen Küstenhabitaten auf, darunter Mangroven, Seegraswiesen und Korallenriffe. Diese Systeme sind tiefgreifenden Veränderungen durch den Menschen ausgesetzt. Wie in vielen Gebieten Südost-Asiens hat sich auch in Hainan in den letzten Jahrzehnten die Art der Landnutzung stark geändert. Das Forscherteam untersuchte das Mündungsgebiet des Flusses Wenchang, das ehemals von dichten Mangrovenwäldern gesäumt wurde. Sie wurden großflächig abgeholzt und in Aquakulturteiche für die Aufzucht von Garnelen und Fischen umgewandelt.

Mangroven halten Nährstoffe und Sedimente aus Flusseinträgen zurück, und schützen dadurch das Küstenmeer vor übermäßigen Stoffeinträgen. Die ausgedünnten Wälder hingegen können diese Pufferfunktion kaum noch wahrnehmen. Durch die Aquakultur und intensive Landwirtschaft im Hinterland gelangen nun große Mengen an Nährstoffen und Sedimenten in Flüsse und Ästuare.

Unter ungestörten Bedingungen kann ein Ästuar ein Überangebot von Nährstoffen herausfiltern. Vor dem Taifunereignis fanden die Forscher nur geringe Nährstoffmengen im Küstenmeer vor der Mündung des Wenchang. Der Fluß verbreitert sich in seinem Mündungsgebiet zu einer Lagune. Hier fließt das Wasser langsamer und verweilt länger, so dass Phytoplankton, kleine Algen, einen Großteil der Nährstoffe aufnehmen und Sedimente sich am Grund des Gewässers absetzen können. Das bedeutet einen gewissen Schutz für die sensiblen und artenreichen Lebensgemeinschaften vorgelagerter Küstenökosysteme wie Korallenriffe und Seegraswiesen.

Taifun Kammuri mit seinen heftigen Regenfällen hingegen schwemmte das Phytoplankton aus dem Ästuar ins Küstenmeer hinaus, zusammen mit großen Mengen an Nährstoffen aus Aquakultur und Landwirtschaft sowie erodierten Böden. In den Küstengewässern bildeten sich Algenblüten. Auch große Massen an Süßwasser wurden weit ins Meer hineingetrieben. Zwei Wochen nach dem Sturm hatten sich die Verhältnisse am Wenchang noch nicht normalisiert.

Korallenriffe und Seegaswiesen sind an salzhaltiges, klares Wasser mit geringen Nährstoffkonzentrationen angepasst. In Hainan sind diese Küstenhabitate durch Überfischung, Dynamit- und Zyanidfischerei bereits sehr stark geschädigt. Wie die Forscher am Wenchang beobachten konnten, belasten Taifune sie zusätzlich. Experten diskutieren darüber, dass aufgrund des Klimawandels die Häufigkeit und Intensität von Wirbelstürmen ansteigen könnte. Überall dort in den Tropen, wo die zerstörerische Kraft von Naturgewalten und menschlichen Einflüssen zusammentreffen, könnte das für die Küstenökosysteme und ihre Ressourcen verheerende Folgen haben.

Originalpublikation
Herbeck, L.S., Unger, D., Krumme, U., Liu, S.M., Jennerjahn, T. (2011) Typhoon-induced precipitation impact on nutrient and suspended matter dynamics of a tropical estuary affected by human activities in Hainan, China. Estuarine Coastal and Shelf Science 93: 375-388.

Das Eisschild der West-Antarktis ist ein mögliches Kipp-Element im Klimasystem, das teils bereits gekippt sein könnte.

Eisschild der West-Antarktis kippt – Foto: NASA / Jane Peterson

Wissenschaftler können nicht ausschließen, dass die Eismassen nahe der antarktischen Amundsen See bereits instabil zu werden beginnen. Dies ist eines der Ergebnisse einer jetzt in der Fachzeitschrift Climatic Change erschienenen neuen Einschätzung des gegenwärtigen Zustands von sechs potenziell instabilen Regionen im Klimasystem mit großen direkten Auswirkungen auf Europa. Die Wahrscheinlichkeit des Kippens dieser Elemente steigt im Allgemeinen mit dem Anstieg der globalen Mitteltemperatur, als Folge des von Menschen verursachten Ausstoßes von Treibhausgasen.
„Wir zeigen hier nur eine Momentaufnahme des Wissensstands, aber sie ist in mancher Hinsicht schärfer als die zuvor gemachten“, sagt Anders Levermann vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. Zum ersten Mal hätten sich Experten für die verschiedenen möglichen Kipp-Elemente als Ko-Autoren zusammen getan, um gemeinsam einen Überblick zum Stand des Wissens über sogenannte klimatische Übergänge zu geben. Derartige Einschätzungen, das legt der Begriff schon nahe, entwickeln sich ständig weiter, wie Levermann betont. Allerdings werden die betreffenden Systeme immer besser begriffen. „Diese Vorgänge zu verstehen ist von entscheidender Bedeutung als Grundlage künftiger gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Entscheidungen“, sagt Levermann. „Aus dem Blickwinkel der Risiko-Abschätzung muss die Wissenschaft – natürlich immer unter Hinweis auf Unsicherheiten – Betroffene und Entscheider mit Informationen über Wahrscheinlichkeiten und mögliche Wirkungen von klimatischen Übergängen unterstützen. Einfach Abwarten ist keine Alternative.“

Solch ein teilweiser Abbruch des westantarktischen Inlandeises wäre zum Beispiel gleichbedeutend mit einem zusätzlichen Meeresspiegelanstieg von 1,5 Meter, wie frühere Forschung zeigt. Die meisten Deiche in Europa können um nicht mehr als einen Meter erhöht werden, so die Studie. Danach muss das Hinterland verändert werden. Selbst wenn der vollständige Zerfall des Eisschildes der Westantarktis hunderte von Jahren dauern würde, wären die Auswirkungen erheblich. Zusätzlich zum globalen Meeresspiegelanstieg durch das Schmelzwasser würde auch die Anziehungskraft in Richtung des Südpols verringert – wo die Masse schrumpft, wird auch die Gravitation weniger. Hierdurch könnte der Meeresspiegelanstieg in Europa sogar noch verstärkt werden. All dies fließt in die Schlussfolgerungen der Forscher mit ein.

Das arktische Meer-Eis und die Gebirgsgletscher der Alpen werden unter den in der Studie aufgelisteten Elementen als diejenigen eingeschätzt, die am empfindlichsten auf die Erderwärmung reagieren. Geht das arktische Meer-Eis zurück, so kann dies Auswirkungen auf das System von Hoch- und Tiefdruckgebieten in der Atomsphäre über dem Nordatlantik haben – und hiermit auch auf die vom Atlantik kommenden Stürme in Europa. Ein Schrumpfen der Gletscher in den Alpen hat Auswirkungen auf die Verfügbarkeit von Wasser in der Region, weil sich je nach Jahreszeit der Abfluss von Schmelzwasser in die Flüsse verändert. Mit einer Erwärmung von zwei Grad Celsius würden von den Gletschern nur kleine Reste bleiben. Ob es bei diesen zwei Kipp-Elementen eine Selbstverstärkung der Effekte gibt, ist unsicher. So könnte sich etwa der Rückgang beim arktischen Meer-Eis wieder umkehren, wenn die globale Mitteltemperatur sinkt – auch wenn ein solches Szenario nicht sehr wahrscheinlich ist.

Das Risiko, bei der Abnahme der Ozonschicht über der Arktis einen Kipp-Punkt zu erreichen, werde unbedeutend, wenn die Menge von Chlor in der Stratosphäre unter das Niveau von 1980 sinkt, so die Einschätzung der Experten. Dies werde voraussichtlich 2060 der Fall sein. Hohe Unsicherheit gibt es bei der großen Umwälzströmung im Atlantik, der sogenannten thermohalinen Zirkulation. Ihr möglicher Zusammenbruch könnte durch den Zustrom von Süßwasser geschehen, der seine Ursache im Schmelzen der Eisdecke auf Grönland und in veränderten Niederschlagsmustern hat. Die Unsicherheit in der zukünftigen Veränderung dieser Größen spiegelt sich in einer starken Unsicherheit über das Kippen der Ozeanströmung. Entsprechend bleibt, im Gegensatz zu den anderen Kippelementen, die Unsicherheit auch bei starker Erwärmung hoch.

Andere Kipp-Elemente wie die Gletscher des Himalaya, der indische Monsun oder das Tauen der sibirischen Permafrostböden werden in der Studie nicht im Detail untersucht, da sie keine direkten Auswirkungen auf Europa haben, so die Autoren. Allerdings sind indirekte Auswirkungen durchaus wahrscheinlich.

Der Begriff ‚Kipp-Elemente’ ist dadurch definiert, dass hier kleine äußere Störungen eine starke Reaktion auslösen. Dies könnte bei manchen so missverstanden werden, dass die Veränderung dieser Elemente immer selbstverstärkend und unumkehrbar sei. Zwar gehören zu den meisten Kipp-Elementen solche dynamischen Prozesse mit Selbstverstärkung, aber nicht zu allen. „Der entscheidende Punkt ist die hohe Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen im globalen Klima”, erklärt Levermann. „Diese stellt ein Risiko dar, dessen sich die Gesellschaft bewusst sein muss.“

Artikel: Levermann, A., Bamber, J., Drijfhout, S., Ganopolski, A., Haeberli, W., Harris, N., Huss, M., Krüger, K., Lenton, T., Lindsay, R., Notz, D., Wadhams. P., Weber, S.: Potential climatic transitions with profound impact on Europe, Review of the current state of six ‘tipping elements of the climate system’. Climatic Change (2011) [DOI 10.1007/s10584-011-0126-5]
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Weitere Informationen

Lenton, Timothy: Early warning of climate tipping points. Nature Climate Change (2011) [DOI: 10.1038/nclimate1143]

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E. Kriegler. J. Hall, H. Held, R. Dawson, H.-J. Schellnhuber (2009) Imprecise probability assessment of tipping points in the climate system. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 106(13): 5041-5046, Weblink zum Artikel

T. Lenton, H. Held, E. Kriegler, J.W. Hall, H. Held, R. Dawson, H.-J. Schellnhuber (2008) Tipping element’s in the earth’s climate system. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 105: 1786-1793,

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Die Küstenlinie in arktischen Dauerfrostgebieten reagiert auf den Klimawandel mit verstärkter Erosion und zieht sich im Durchschnitt um einen halben Meter pro Jahr zurück.

Schnelles und großräumiges Auftauen eisreicher Permafrostböden lässt Küsten erodieren. Foto: Hugues Lantuit / AWI

Dies bedeutet große Veränderungen für die küstennahen arktischen Ökosysteme und die dort lebende Bevölkerung. Zu diesen Ergebnissen kommt ein Konsortium von mehr als dreißig Wissenschaftlern aus zehn Ländern, unter ihnen Forscher vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft und vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht. Gemeinsam wurden mehr als 100.000 Kilometer und damit ein Viertel aller arktischen Küsten untersucht und diese Ergebnisse wurden jetzt erstmalig veröffentlicht.

Besonders dramatisch sind die Veränderungen in der Laptev-, der Ostsibirischen und der Beaufortsee, in denen die Erosionsraten der Küsten zum Teil mehr als 8 Meter pro Jahr betragen. Da rund ein Drittel der weltweiten Küsten im arktischen Permafrost liegen, kann die Küstenerosion in Zukunft riesige Gebiete betreffen. Arktische Küsten reagieren generell empfindlicher auf die globale Erwärmung als die Küsten gemäßigter Breiten. Bisher wurden sie vor der erodierenden Kraft der Wellen durch ausgedehnte Meereisflächen geschützt. Durch den kontinuierlichen Rückgang des Meereises ist dieser Schutz gefährdet, und es muss mit schnellen Veränderungen der über Jahrtausende stabilen Situation gerechnet werden.

Zwei Drittel der arktischen Küsten bestehen nicht aus Fels, sondern aus gefrorenem Weichsubstrat (Permafrost). Und gerade solche Küsten sind besonders stark von Erosion betroffen. Zwar sind arktische Landstriche in der Regel nur dünn besiedelt. Wie nahezu überall in der Welt sind die Küsten aber auch im Hohen Norden wichtige Achsen für das wirtschaftliche und gesellschaftliche Leben. Wachsender Bedarf an globalen Energieressourcen wie auch zunehmender Tourismus und Gütertransport verstärken den menschlichen Einfluss auf die Küstenregionen der Arktis zusätzlich. Für Wildtierbestände wie die großen Karibuherden des Nordens oder die weit verbreiteten Süßwasserseen in Küstennähe ändern sich die ökologischen Bedingungen mit fortschreitender Erosion erheblich.

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Mehr als dreißig Wissenschaftler aus zehn Ländern waren an der Erstellung des 170 Seiten starken Zustandsberichts „State of the Arctic Coast 2010“ beteiligt. Initiiert und koordiniert wurde die Studie vom Internationalen Arktischen Wissenschaftsrat (IASC), dem internationalen Verbundprojekt „Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone (LOICZ)“, der Internationalen Permafrost–Gesellschaft (IPA), sowie der Arbeitsgruppe „Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP)“ des Arktischen Rates.

„Dieser internationale und interdisziplinäre Bericht dokumentiert insbesondere auch das Interesse und die Expertise deutscher Wissenschaftler im Bereich der arktischen Küstenforschung“, sagt Dr. Volker Rachold, Exekutivsekretär des IASC. „Drei der an dem Bericht beteiligten internationalen Organisationen sind in Deutschland angesiedelt. Die Sekretariate von IASC und IPA befinden sich an der Forschungsstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts für Polar und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI). Das internationale Koordinationsbüro des LOICZ-Projektes wird vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) getragen und ist dort am Institut für Küstenforschung beheimatet. Die aktuelle Studie versteht sich unter anderem als internationaler und nationaler Beitrag zum gemeinsamen Forschungsprogramm der Helmholtz-Gemeinschaft „Polar Regions and Coasts in a Changing Earth System“ (PACES), das vom Alfred-Wegener-Institut und dem Helmholtz-Zentrum Geesthacht getragen wird.

„Als die systematische Erfassung im Jahr 2000 begann, lagen nähere Informationen gerade einmal für 0,5% der arktischen Küsten in Dauerfrostgebieten vor“, sagt Dr. Hugues Lantuit vom Alfred-Wegener-Institut (AWI). Der Geologe von der AWI-Forschungsstelle Potsdam leitet gleichzeitig das internationale Sekretariat der IPA und gehört ebenfalls zu den Koordinatoren der Studie. „Nach mehr als zehn Jahren intensiver Arbeit haben wir nun einen umfassenden Überblick über deren Zustand und Erosionsgefährdung gewonnen“, so Lantuit. „Die Arktis entwickelt sich immer mehr zu einem Spiegel verschiedener Treiber des globalen Wandels und zum Zentrum überregionaler und weltweiter Wirtschaftsinteressen“, sagt Dr. Hartwig Kremer, Leiter des LOICZ-Projektbüros.

Originalpublikationen:

• State of the Arctic Coast 2010 – Scientific Review and Outlook. Veröffentlicht online von IASC, LOICZ, IPA, und AMAP. Der Bericht stellt die empfindlichen Küsten in den Mittelpunkt der Betrachtungen und ist dadurch eine Fokussierung und ein „update“ der beiden vorausgehenden gesamtarktischen Berichte zu den Auswirkungen des Klimawandels „Arctic Climate Impact Assessment“ (ACIA, 2005) und den aktuellen gesellschaftlichen Prozessen „Arctic Human Development Report“ (AHDR, 2004). Es wird ein erstes interdisziplinäres Bild des wissenschaftlichen Verständnisses vom Zusammenspiel zwischen Mensch und der sich rasch verändernden Natur an den Küsten skizziert.

• The Arctic Coastal Dynamics Database: A New Classification Scheme and Statistics on Arctic Permafrost Coastlines. In der Zeitschrift „Estuaries and Coasts“ des Springer-Verlags veröffentlicht (doi: 10.1007/s12237-010-9362-6).

Nach einer aktuellen Studie vom WWF und der Deutschen Investitions- und Entwicklungsgesellschaft (DEG) wird der Mangel an Süßwasser nicht nur zu einem zunehmenden ökologischen Risiko, sondern auch zu einem ökonomischen.

Wasserrisikofilter 2011 – Foto: WWF

Klimawandel, Bevölkerungswachstum und steigende Lebensstandards tragen dem Bericht zufolge dazu bei, dass der Druck vor allem in Entwicklungsländern auf die vorhandenen und ohnehin schon knappen Wasserressourcen weiter zunehme. Der Wassermangel bedrohe in Südostasien und Afrika ganze Ökosysteme und den Lebensstandard der Menschen vor Ort.

„Die Verfügbarkeit von Wasser wird auch für Unternehmen zu einem Entwicklungsengpass – mit dem Wasserrisikofilter haben wir jetzt ein Instrument entwickelt, Unternehmen diese Risiken aufzuzeigen und Unterstützung im Wassermanagement anzubieten“, erklärt Dr. Peter Thimme, Leiter Nachhaltige Entwicklung/Umwelt von der DEG. Der Zugang zu genügend Wasser in ausreichender Qualität sei somit von erheblichem wirtschaftlichem Wert. „Der nachhaltige Umgang mit Wasser ist für die Unternehmen eine Verantwortung gegenüber Ökosystemen und der lokalen Bevölkerung, die von eben diesem Wasser abhängen“, bekräftigt Martin Geiger, Leiter Süßwasser beim WWF Deutschland. Vor allem die Agrarindustrie sei in diesem Bereich gefordert, da sie immerhin 70 Prozent des weltweiten Wasserverbrauchs beanspruche. Wenn jetzt nicht gegengesteuert werde, seien in Zukunft Engpässe bei wasserintensiven Agrargütern und für die betroffenen Unternehmen wirtschaftliche Risiken zu erwarten, warnen WWF und DEG.

Der neu entwickelte „Wasserrisikofilter“ soll ähnlich einem Lackmus-Test dazu dienen, wasserbezogene Risiken frühzeitig zu erkennen und in Investitionsentscheidungen einzubeziehen. Zudem soll er Handlungsmöglichkeiten für Unternehmen aus verschiedenen Branchen und Regionen aufzeigen, die von Risiken wie Wasserknappheit, -verschmutzung oder Überflutungen direkt oder in ihrer Zulieferkette bedroht sein könnten. Die DEG plant, einzelne Verbesserungsansätze in einem Anschlussprojekt konkret umzusetzen und aus Mitteln für Begleitmaßnahmen zu fördern. Auf diese Weise will der Entwicklungsfinanzierer die ökologischen und ökonomischen Auswirkungen der sich verschärfenden Wasserkrise abfedern.

In das Projekt flossen mehr als 80 detaillierte und umfassende Länderinformationen zur jeweiligen Wassersituation sowie umfangreiches Kartenmaterial ein. Von über 300 untersuchten Unternehmen haben nach Angaben von DEG und WWF 191 hohe potentielle Risiken im Wasserbereich. Es gilt nun, diese Wasserrisiken durch konkrete Unterstützungsmaßnahmen zu  reduzieren.

Das Forschungsprojekt VIP – Vorpommern Initiative Paludikultur ist in Greifswald gestartet.

Exkursion zu den Moorflächen südöstlich von Anklam in Mecklenburg-Vorpommern – Foto: R. Scheibe

Wissenschaftler sowie Klein- und Mittelständische Unternehmen verschiedener Branchen wollen innovative Ansätze für eine nachhaltige Landwirtschaft auf wiedervernässten Flächen entwickeln. Für das in Norddeutschland bislang einmalige Vorhaben stehen in den kommenden drei Jahren vier Millionen Euro zur Verfügung. Es wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Das Projektkonsortium wird von Prof. Dr. Hans Joosten (Institut für Botanik und Landschaftsökologie der Greifswalder Universität) geleitet.
Mit dem Verbundvorhaben VIP–Vorpommern Initiative Paludikultur werden die ausgedehnten entwässerten Moorflächen Norddeutschlands ins Zentrum der Forschung gerückt. Paludikultur leitet sich von „palus“ (lateinisch für Sumpf) ab und ist eine Landwirtschaftsform, die für sehr nasse Flächen geeignet ist. Trockengelegte Moorflächen emittieren große Mengen des stark klimaschädlichen Kohlendioxids. Wiedervernässung dieser Flächen reduziert diese Emission deutlich. Im östlichen Mecklenburg-Vorpommern umfasst der Untersuchungsraum immerhin mehr als 100.000 Hektar.

Im Rahmen des Projektes arbeiten Wissenschaftler aus neun Forschungseinrichtungen aus fünf Bundesländern sowie mehrere Klein- und Mittelständische Unternehmen aus den Bereichen Bau, Energie und Landwirtschaft zusammen. Sie wollen innovative Ansätze für eine Landwirtschaft auf nassen Moorflächen entwickeln und auf Praxistauglichkeit testen. Das Projekt wird von Greifswald aus koordiniert.

Ein Umgestalten der Landwirtschaft auf Paludikultur stellt für die Landwirte eine große Herausforderung dar. Die neue Bewirtschaftungsform ist klimafreundlich und bietet deutliche wirtschaftliche Vorteile. Einerseits können Flächen weiter genutzt werden, die wegen zurückgehender Viehbestände für die Gewinnung von Grünfutter in Zukunft so nicht mehr benötigt werden. Andererseits bietet die Paludikultur den Landwirten die Chance, hochwertige Rohstoffe wie Schilf, Gras und Rohrkolben zu gewinnen und zu vermarkten. Diese Produkte sind nicht nur als Rohstoff für die Erzeugung von Bioenergie begehrt, sondern auch als natürliche Baustoffe. Zusätzlich ergeben sich neue Bewirtschaftungsformen etwa durch das Beweiden nasser Standorte durch Wasserbüffel.

Nasse Flächen sind für Landwirtschaftsbetriebe eine technische Herausforderung. Herkömmliche Landwirtschaftsgeräte versinken im feuchten Untergrund. Ziel des Projekts ist die Entwicklung angepasster Maschinen zur Ernte und Weiterverarbeitung. In den kommenden Wochen wird so ein neu entwickeltes, leichtes Kettenfahrzeug auf Basis eines Pistenbullys bei der Schilfernte eingesetzt.

Paludikultur berührt auch ökonomische und soziale Fragestellungen. Durch begleitende Forschung soll demonstriert werden, dass Bewirtschaften nasser Moorflächen sich positiv auf die Wirtschaft und Arbeitsmarkt in strukturschwachen Regionen auswirkt, was der Abwanderung entgegenwirkt.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt im Rahmen des nationalen Forschungsschwerpunktes Innovative Systemlösungen für ein nachhaltiges Landmanagement. Es soll nachhaltige Bewirtschaftungsformen etablieren und auf die Herausforderungen des Klimawandels oder sich verändernder sozioökonomischer Strukturen vorbereiten.

Auch in anderen Gebieten der Welt bieten sich degradierte Moorflächen in großem Maße für Paludikultur an, wenngleich auch mit anderen Pflanzenarten und Wirtschaftsformen. So sind für das Greifswalder Paludikultur-Projekt auch Machbarkeitsstudien und Pilotprojekte in Belarus, China, und Indonesien geplant.

Website der Uni Greifswald zur Paludikultur

Eine besondere Art Windkraftwerk steht im Mittelpunkt der Internationalen Konferenz SCPT 2010 – Solar Chimney Power Technology, die zur Zeit an der Uni Bochum stattfindet.

Aufwindkraftwerke – Energiequellen der Zukunft? – Abbildung: Krzysztof Blachnicki / Wikipedia

Gedacht für die Wüsten der Welt besteht es aus einem kilometergroßen, flach ansteigenden Glasdach, unter dem die Sonne die Luft erhitzt, die dann durch einen kilometerhohen Turm abfließt und dabei Turbinen antreibt. Machbar ist alles bis 1.500 Meter Turmhöhe, haben die Ingenieure errechnet.
Jetzt geht es darum, die Stromkosten zu optimieren. Konkurrenzfähig mit Kohle-, Öl-, Gas- und Kernenergie sind die Aufwindkraftwerke allemal, da die Baukosten geringer und die Lebensdauer mit über 100 Jahren doppelt so lang ist.

Stromimport aus Afrika

„Die zukünftige Stromversorgung Europas ist nur mit umweltschonenden und regenerativen Technologien möglich“, sind die Ingenieure überzeugt. Diese Notwendigkeit hat die Erzeugung von Solarstrom in den Wüsten Nordafrikas und Arabiens (MENA-Staaten) und den Stromtransport nach Europa zu einem aktuellen Thema gemacht. So hat das deutsche Wüstenstrom-Projekt DESERTEC Konkurrenz bekommen, denn auch Frankreich plant mit seinem Projekt TRANSGREEN den Import von solarem Wüstenstrom.

Windkraftwerk mit Sonnenkraft

Die solare Aufwindtechnologie – Solar Chimney Power Technology – ist dabei eine interessante Option. Die Sonne erhitzt die Luft unter einem gigantischen Glasdach über idealerweise dunklem Boden. Die heiße, leichte Luft will nach oben entweichen und muss dabei den Weg durch einen sehr hohen Kamin nehmen. Auf ihrem Weg treibt sie Turbinen an und erzeugt so Strom. „Im Grunde handelt es sich somit um ein Windkraftwerk, angetrieben von einer solar erzeugten Luftströmung“, erläutert Prof. Dr.-Ing. Hans-Jürgen Niemann, emeritierter Inhaber des Lehrstuhls für Windingenieurwesen und Strömungsmechanik der RUB. Die Hauptbestandteile der benötigten Baustoffe – Beton und Glas – sind in allen Wüsten der Erde vorhanden.

Konkurrenzfähig mit Kohle- und Atomstrom

Die Technik dieser Kraftwerke ist robust und weitgehend wartungsfrei, die Entwurfs-Lebensdauer von über 100 Jahren garantiert niedrige Stromgestehungskosten. „Die Kilowattstunde Strom könnte in den ersten 25 Jahren, in denen die Baukosten wieder hereinkommen müssen, etwa 12 bis 18 Cent abhängig von der Größe des Aufwindkraftwerks kosten, danach nur noch rund zwei Cent“, schätzt Prof. Niemann. „Damit ist der Preis absolut konkurrenzfähig mit Kernkraft- und Kohlestrom, die je unter fünf bzw. unter sieben Cent pro Kilowattstunde liegen.“ Die Baukosten für ein Aufwindkraftwerk mit einem 500-Meter-Turm, einem Kollektor von ca. zwei Kilometern Durchmesser und einer Leistung von etwa 20 Megawatt schätzt er auf rund 150 bis 200 Mio. Euro. Zum Vergleich: Der Bau eines Kohlekraftwerks mit 1.200 Megawatt Leistung kostet rund 1,2 Mrd. Euro, die Lebensdauer beträgt etwa 50 Jahre.

Brackwasserentsalzung als Nebenprodukt

Ein weiterer Pluspunkt des Aufwindkraftwerks: Es benötigt kein Wasser zur Stromerzeugung. Ganz im Gegenteil, es kann sogar der Brackwasserentsalzung dienen. In großen Tanks unter der Glasfläche des Kollektors kann man Brackwasser erhitzen und verdampfen, so dass es das Salz zurücklässt – eine Wasserentsalzung als Nebeneffekt. Die Wassertanks wiederum wirken positiv auf die Stromerzeugung zurück. Denn das Wasser speichert die Wärme der Sonne länger als der Boden, so dass die Turbinen selbst nach Einbruch der Dunkelheit noch weiter Strom „on demand“ erzeugen können.

Auch Landwirtschaft unterm Dach

Die Außenbereiche der Kollektoren – die Glasfläche steigt bei einem großen Aufwindkraftwerk mit einem Kollektordurchmesser von fünf bis sieben Kilometern und einer Turmhöhe von 1.500 Metern von etwa fünf Metern am äußeren Rand bis ca. 25 Meter nahe des Turms an – bieten außerdem beste klimatische Bedingungen für eine landwirtschaftliche Nutzung. „Insgesamt sind diese Kraftwerke Entwicklungsprojekte zur Eindämmung der Wüsten“, fasst Prof. Niemann zusammen. „Es entsteht eine typische Win-Win-Situation, welche die Bedürfnisse der Erzeugerländer mit denen der Stromimporteure zu einem Optimum kombiniert.“

Optimale Lösung für jeden Standort

Aktuelle Aufgabe der Forscher ist es, die jeweils günstigste Kraftwerkslösung für einen Standort zu errechnen. Die Größe des Kollektors muss der Höhe des Turms angepasst werden, auch die Höhe des Glases über dem Boden ist eine Stellschraube. Bei einem 1.500-Meter-Turm misst der Kollektor im Durchmesser ca. fünf bis sieben Kilometer, bei einem 500-Meter-Turm etwa einen Kilometer. Konkrete Bauvorhaben für Aufwindkraftwerke gibt es derzeit nicht, „es wäre schön, wenn man recht bald ein Projekt mit 500-Meter Turm realisieren würde, um Erfahrungen mit dem Bau zu sammeln“, wünscht sich Prof. Niemann.

Tagung mit Gästen aus fünf Kontinenten

Die Tagung richtet die Ruhr-Universität in Partnerschaft mit der Bergischen Universität Wuppertal aus. Rund 40 Vortragende aus fünf Kontinenten sind zu Gast. Auf einer abschließenden Podiumsdiskussion zwischen hochrangigen Experten geht es um Vor- und Nachteile dieser Technologie im Vergleich zu anderen Energiekonzepten.

Die Website zum Solar Chimney Projekt

Wird das Eis auf dem Nordpolarmeer immer dünner? Forschungsflugzeug Polar 5 misst Meereiseisdicke nördlich von Grönland.

Die Polar 5 auf dem Eis vor dem Start zu einem Messflug – (c) Johannes Käßbohrer / AWI

Die Meereisausdehnung in der Arktis wird im September ihr jährliches Minimum erreichen. Prognosen lassen vermuten, dass es nicht so gering ausfallen wird wie im Jahr 2007, dem Jahr der geringsten Ausdehnung seit Satelliten diese aufzeichnen. Meereisphysiker vom Alfred-Wegener-Institut sorgen sich trotzdem um das langjährige Gleichgewicht im Nordpolarmeer. Sie haben Indizien dafür, dass die Masse des Meereises schwindet, weil seine Dicke abnimmt. Um dies zu belegen, messen sie derzeit die Eisdicke nördlich und östlich von Grönland mit dem Forschungsflugzeug Polar 5. Ziel der gut einwöchigen Kampagne ist es, den Export von Meereis aus der Arktis zu bestimmen. Hierüber findet etwa ein Drittel bis die Hälfte des Süßwasserexports aus dem Nordpolarmeer statt – ein wichtiger Antriebsfaktor im globalen Ozeanströmungssystem.

Die Frage, wann die Arktis im Sommer eisfrei sein wird, beschäftigt die Meereismodellierer um Prof. Dr. Rüdiger Gerdes vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft schon seit längerem. Satelliten erfassen die Ausdehnung des arktischen Eises seit mehr als 30 Jahren. Für die Bilanz, wie viel Meereis es gibt, ist neben der flächigen Ausdehnung auch die Dicke des Eises entscheidend. Diese lässt sich bisher jedoch nur vor Ort bestimmen: Beispielsweise mit Hilfe des so genannten EM-Bird, einem elektromagnetischen Messgerät, das Helikopter oder Flugzeuge in geringer Höhe über das Eis schleppen. Für Gerdes eine ganz besondere Aufgabe, denn gewöhnlich modelliert er seine Prognosen am heimischen Computer. Die Messkampagne mit dem Forschungsflugzeug Polar 5 des Alfred-Wegener-Instituts führt ihn jetzt erstmalig auf Expedition in die Arktis. „Ich bin sehr gespannt auf die Ergebnisse der Eisdickenmessungen“, so Gerdes. „Nur wenn wir wissen, wie das Eis unterschiedlicher Dicken verteilt ist, können wir berechnen, wie viel Süßwasser aus dem Nordpolarmeer über Eis abtransportiert wird.“

Ungefähr 3000 Kubikkilometer Eis driften jährlich aus dem Nordpolarmeer, das entspricht etwa 2700 Milliarden Tonnen. Das Eis exportiert Süßwasser, das über Flüsse und durch Niederschläge ins Nordpolarmeer gelangt. So wird dessen Salzgehalt aufrechterhalten, der langfristig konstant war. Der weltweit beobachtete Temperaturanstieg ist in den arktischen Breiten besonders ausgeprägt. Seit mehreren Jahren beobachten Forscher, dass das Eis immer dünner wird. Dadurch speichert und exportiert es weniger Süßwasser, und der Salzgehalt (auch als Salinität bezeichnet) des Arktischen Ozeans nimmt ab. Dies beeinflusst einerseits alle Lebewesen, die sich an die Bedingungen angepasst haben. Andererseits wirken sich Änderungen in der Salinität auch auf Strömungsmuster der globalen Ozeanzirkulation und damit den meridionalen Wärmetransport aus. Bei der Messkampagne TIFAX (Thick Ice Feeding Arctic Export) interessiert die Wissenschaftler besonders das mehrere Meter dicke, mehrjährige Eis, das vor allem an der Nordküste Grönlands vorkommt. „Hier von Station Nord aus die Messflüge zu starten, ist ein besonderes Abenteuer“, berichtet Gerdes von einer der nördlichsten Messstationen der Welt. „Mit dem hoch technisierten Forschungsflugzeug durch nahezu unbesiedelte Gebiete der Arktis zu fliegen ist ein starker Kontrast zu meiner Modellierungsarbeit am Computer.“

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

Fadenwürmer im Eisfisch – Foto: BiK-F

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

Zu warm und zu sauer

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

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

Fadenwürmer als Biomarker und Informationsträger

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

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

Nachbearbeitung im BiK-F-Labor

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

Die Bedeutung der Ozeane

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

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