Der Vormarsch der Wälder

Lange, klirrend kalte Winter und kurze Sommer, eine hohe Sonneneinstrahlung und viel Wind – die Lebensbedingungen in der Tundra sind hart und Pflanzen- und Tierwelt dementsprechend gut daran angepasst. Ein Zwanzigstel aller dort vorkommenden Pflanzen sind endemisch. Die Hauptvegetation stellen Moose, Flechten, Gräser und Sträucher. Der dort weitverbreitete, weißblühende Silberwurz schmiegt sich eng an die Erdoberfläche. Auch Zwergweiden und -birken halten sich nah am Boden und entfliehen damit dem kalten Wind. Die Tierwelt der Tundra zeichnet sich ihrerseits durch einen hohen Insektenreichtum aus. Es leben dort aber auch zahlreiche Säugetiere wie die Rentiere, die im Winter im Süden an der Baumgrenze oder in den Wäldern Schutz suchen und im Sommer nordwärts in ihre Weidegebiete ziehen. Indigene Völker haben seit Jahrtausenden diesen unwirtlichen Lebensraum für sich erschlossen.

Die globale Erderwärmung bedroht dieses einzigartige Ökosystem in seiner Existenz ebenso wie die traditionelle Lebensweise seiner Bewohner*innen. Forscher*innen des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) zeigen mittels Computersimulationen in einer kürzlich im Fachmagazin »eLife« erschienenen Studie, dass sich nur mit sehr ambitioniertem Klimaschutz bis Mitte des Jahrtausends ein Drittel der sibirischen Tundra erhalten ließe. Im ungünstigsten Szenario wäre sie zu diesem Zeitpunkt ganz verschwunden, denn im Norden ist sie durch den Ozean begrenzt.

Schon heute sind die Temperaturen in der Arktis deutlich stärker gestiegen als im globalen Mittel, in den letzten 50 Jahren über zwei Grad. Im pessimistischen Szenario mit dem Kurztitel RCP 8.5 könnten sie zur Jahrhundertwende im Sommer durchschnittlich um 14 Grad höher liegen als heute. Im Zuge dessen verschiebt sich die Baumgrenze immer weiter nordwärts, durchschnittlich um 30 Kilometer pro Jahrzehnt: In Sibirien sind die Lärchenwälder im Vormarsch, in Nordamerika die immergrünen Fichtenwälder. Dabei geht die Ausbreitung derzeit noch langsam vonstatten, nimmt aber, laut dem genutzten Vegetationsmodell LAVESI, schon in naher Zukunft Fahrt auf. »Das Besondere an LAVESI ist, dass wir die gesamte Baumgrenze auf der Ebene von einzelnen Bäumen darstellen können«, erklärt Erstautor Stefan Kruse. »Das Modell bildet dabei den kompletten Lebenszyklus von sibirischen Lärchen am Übergang zur Tundra ab – von der Samenproduktion und -verbreitung bis zum vollständigen Wachstum des Baumes. So können wir das Voranschreiten der Baumgrenze in einem immer wärmeren Klima sehr realistisch berechnen.«

Die Frage danach, ob sich die Baumgrenze immer im selben Tempo, also linear verschiebt, wie Satellitendaten nahelegen, oder sich aber ab einem bestimmten Punkt beschleunigt, beschäftigt die Tundraforscher*innen schon lange. Kruse erklärt ihr Ergebnis damit, dass die Bäume erst mal Fuß fassen, wachsen und das Alter erreichen müssten, in dem sie Samen produzieren. Die Modelle deuteten darauf hin, dass die heutigen Temperaturen durchaus eine nördlichere Verbreitung der Lärchenwälder erlaube.

Für die Biogeographin Carissa Brown von der Memorial University of Newfoundland, die seit Jahren zu diesem Thema arbeitet, ist dies der interessanteste Punkt der Studie: »Die Tundra ist eine intakte Lebensgemeinschaft, die den Raum besetzt, von dem wir annehmen, dass Bäume ihn besiedeln werden. Stellen wir uns Menschen vor, die in eine neue Stadt ziehen – wenn alle Häuser und Wohnungen bereits bewohnt sind, wo werden sie bleiben?« Die kanadische Wissenschaftlerin beobachtet eine Art Trägheit des Ökosystems, die es den Bäumen schwer macht. »Ehe sie dort Fuß fassen können, muss etwas passieren, eine Störung des Gleichgewichts der Tundra oder chronischer Stress durch den Klimawandel, der Arten der Tundra aussterben oder weiter nach Norden ziehen lässt, oder schlicht ein Baumsamen, der einen Sechser im Lotto landet, indem er einen unbesetzten Flecken findet, wo er keimen und aufgehen kann«, sagt sie. Die Bäume an der Grenze zur Tundra produzierten nur wenige brauchbare Samen, und diese seien bei den vielen kleinen Säugern, die weltweit die Tundren und ihre Grenzgebiete bevölkern, als Nahrung sehr begehrt. »Die Hürden sind unglaublich hoch dafür, dass sich nur ein einziger Baum in der Tundra etabliert«, konstatiert Brown. Das sei in dem laufenden Forschungsprojekt G-TREE vom subarktischen Kanada über die Schweizer Alpen bis zu den Bergen Neuseelands beobachtet worden. Wie die Autoren der Studie vorhersagen, braucht das in vielen Regionen viel Zeit.

Die Trägheit im System zeigt sich auch nach dem Höhepunkt der Ausbreitung der Wälder, den Kruse und sein Team auf einen Zeitpunkt zwischen 2300 und 2500 datieren. »Wenn sich die Lärchen einmal etabliert haben, sind sie nicht so anfällig für starke Fröste im Winter und sterben nicht so schnell«, erklärt der AWI-Modellierer. Damit hinkt die Wanderung der Baumgrenze den Temperaturentwicklungen in beiden Richtungen hinterher.

Ein Trend zu Pflanzen mit höherem Wuchs lässt sich in der Tundra schon in den letzten 30 Jahren beobachten. Dies belegt eine umfassende Studie, die bereits 2018 in der Fachzeitschrift »Nature« erschien. Ein internationales Forscher*innenteam, das Daten von 117 verschiedenen Orten in Arktis und Gebirge auswertete, kam zu dem Ergebnis, dass überall die Größe der entscheidende Faktor dafür war, welche Pflanzen zu den Gewinnerinnen und welche zu den Verliererinnen des Klimawandels gehören. Der Stickstoffgehalt in den Blättern, die Frage, ob es sich um immergrüne Pflanzen handelte oder um solche, die im Herbst ihr Laub verlieren oder ob sie verholzte Triebe aufweisen – all diese Faktoren schienen weniger Gewicht zu haben. »Die Zunahme der Wuchshöhe in der Pflanzengemeinschaft (der Tundra) war in erster Linie das Ergebnis der Einwanderung neuer, größerer Arten und nicht solcher, die bereits dort lebten und häufiger wurden«, resümiert die Erstautorin Anne Bjorkman, Professorin im Fachbereich BioEnvironment und Botanik an der Universität Göteborg.

Dies kann sich auf das Ökosystem auswirken und auch das globale Klima weiter anheizen: »So kann eine zunehmende Höhe (der Pflanzen) den Boden im Sommer stärker beschatten und damit dort die Temperaturen senken. Umgekehrt werden größere Pflanzen im Winter stärker mit Schnee bedeckt. Dieser isoliert den Boden, sodass die Bodentemperaturen damit steigen«, erläutert Bjorkman. Die Temperatur des Bodens wirkt sich wiederum darauf aus, wie viel tote Biomasse zersetzt wird, wie tief der dort herrschende Permafrost auftaut und wie viel Klimagase damit in die Atmosphäre entweichen. Dabei handelt es sich um einen zentralen Rückkopplungseffekt.

Auch die fortschreitende Baumgrenze beeinflusst die Erderwärmung. Dabei gibt es, laut Kruse, zwei gegenläufige Prozesse: Einerseits entziehen die Bäume der Atmosphäre Kohlendioxid und reichern den Kohlenstoff in ihren Stämmen an, auf der anderen Seite reduzierten Wälder den Albedo, das Reflexionsvermögen für Sonnenlicht. Indem sich in ihnen der Schnee stärker verteile als in der strukturarmen, flachen Tundra, werde mehr Sonnenlicht am Boden absorbiert und erwärme diesen.