Biosphäre: Lebenswelten am Rand ihrer Kräfte

Wohl das bekannteste Beispiel eines Ökosystems von globaler Relevanz ist der Regenwald des südamerikanischen Amazonasbeckens. Weitere tropische Regenwälder liegen in Südostasien sowie im westlichen und zentralen Afrika. Wissenschaftler:innen gehen derzeit davon aus, dass der Amazonas-Regenwald am stärksten gefährdet ist, in Folge des Klimawandels und menschlicher Ausbeutung abrupt in einen komplett anderen Zustand überzugehen. 

Doch wie kommt es, dass der Regenwald am Amazonas besonders anfällig ist, sich schlagartig in einen anderen Landschaftstypen zu wandeln? Das liegt unter anderem daran, dass er einen großen Anteil seines Niederschlages selbst erzeugt. Über das Blätterdach verdunsten riesige Mengen Wasser, die oft in derselben Region wieder als Regen niedergeht. Wird der Wald in einer Region geschwächt, ob durch Abholzung oder aufgrund außergewöhnlicher Trockenheit, nimmt die Verdunstung über das Blätterdach ab. Es bilden sich weniger Wolken, die normalerweise einen Teil des Sonnenlichtes zurückstrahlen, sodass die betroffenen Flächen sich zusätzlich erwärmen. Aufgrund der geringeren Verdunstung und Wolkenbildung bekommen in Windrichtung gelegene Waldteile ebenfalls weniger Niederschlag. So können stellenweise Eingriffe in den Wasserhaushalt große Flächen in Mitleidenschaft ziehen.

Entwaldung gilt als die Hauptursache für den Rückgang der Niederschläge über dem Amazonas-Regenwald. Die Regenwälder Asiens sind weniger anfällig für die Rückkopplung zwischen Trockenheit, geschwächter Verdunstung und Niederschlagsabnahme, weil sie mehr Feuchtigkeit von umliegenden Ozeanen erhalten. Und für bestimmte Regionen Zentralafrikas sagen Klimamodelle eher einen Anstieg der Niederschläge vorher, so dass der Regenwald hier weniger durch Dürre gefährdet ist. 

Ein zweiter Rückkopplungsmechanismus betrifft die Feueranfälligkeit des Regenwaldes. Im gesunden Zustand hält das dichte Blätterdach der mehrschichtigen Vegetation so viel Feuchtigkeit in Bodennähe, dass praktisch kein brennbares Material im Wald liegt. Durch Holzeinschlag, Dürre und Brandrodung wird der Wald ausgelichtet. Mehr Sonnenlicht dringt zum Boden durch und trocknet die Schicht abgestorbener Blätter und Zweige. Gezielt gelegte Feuer breiten sich so leichter aus. Zurück bleiben ein stark ausgelichteter, fragmentierter Wald oder gar freie Flächen. Regelmäßige Feuer, oft illegal verursacht, halten die ehemaligen Waldflächen offen und dringen vom Waldrand her weiter in das Waldesinnere vor. 

Weltweit steigende Temperaturen und Abholzung haben schon heute dazu geführt, dass der Regenwald im Amazonas seine Funktion als ‘grüne Lunge der Erde’ nicht mehr erfüllen kann. Seit einigen Jahren mehren sich die Anzeichen, dass er inzwischen mehr CO₂ freisetzt, als er im Zuge der Photosynthese aus der Atmosphäre bindet. Forschende betrachten einen Anteil von etwa 40 Prozent der Fläche als akut gefährdet, innerhalb der kommenden Jahrzehnte in einen Zustand lichter Wälder oder Savannen überzugehen. In der Folge könnten die betroffenen Flächen etwa 30 Gigatonnen Kohlenstoff freisetzen – ein Mehrfaches aller jährlichen menschgemachten CO₂-Emissionen.

Im Amazonasregenwald spielen verschiedene Faktoren zusammen: einerseits die Abholzung und Brandrodung durch den Menschen, andererseits der Klimawandel. Er verändert die Dynamik von Jahreszeiten und Niederschlägen. Eine Schwelle für unumkehrbare Umwandlung weiter Teile des Regenwaldes sagen Forschende anhand verschiedener Modelle bei einer Erderwärmung zwischen 2°C und 6°C vorher. Ob und in welchem Zustand er erhalten bleibt, hängt maßgeblich davon ab, wie Regierungen, wirtschaftliche Interessengruppen und Verbraucher:innen sich jetzt verhalten. Um das drohende Umkippen in einen weniger produktiven Zustand zu verhindern und um den Amazonasregenwald möglichst zu regenerieren, ist es absolut notwendig, CO₂-Emissionen sehr schnell stark zu reduzieren. Zudem muss die Abholzung eingedämmt werden. 

Einer der Haupttreiber der laufenden Flächenumwandlung ist die Ernährung der Menschen: Regenwald wird geopfert, um Weideflächen für Rinder und Anbauflächen für Soja zu gewinnen. Soja wiederum wird als Futter für Schweine, Geflügel und Rinder verwendet. Das steigende Interesse der Verbraucher:innen für ökologische Aspekte von Ernährungsweisen kann zu einem positiven gesellschaftlichen Kipppunkt führen, von dem an eine schnell wachsende Mehrheit aller Menschen sich für fleischarme oder -lose Ernährung entscheidet. Ihr Konsumverhalten befördert entsprechende Entscheidungen auf der Ebene von Investoren und großen Agrarunternehmen, die für die Zukunft des Amazonasregenwaldes die Weichen stellen können. 

Verstärkte Wiederaufforstung kann dem Wald zudem helfen, sich zu regenerieren. Innerhalb weniger Jahrzehnte können junge Bäume nachwachsen, über deren Blätter Wasser verdunstet, so dass sich der regionale Wasserkreislauf Stück für Stück wieder schließt. Nationale und internationale Politik sollte einen Wandel in Richtung ressourcenschonender Nahrungsmittelproduktion und Ernährungsweisen fördern, lokale Landwirt:innen darin unterstützen, ihren Lebensunterhalt auf nachhaltige Weise zu sichern und Aufforstungsvorhaben vorantreiben. 

Hoch im Norden liegen die borealen Nadelwälder wie ein Gürtel um den Globus. Sie erstrecken sich über weite Teile Kanadas und Alaskas, Russlands und Skandinaviens. Die ausgedehnten Wälder sind Heimat für Elche, Bären und Wölfe oder auch das Waldbison. Holzabbau und Ölförderung haben die borealen Wälder stark geschädigt und Lücken in das Ökosystem gerissen. Große Teile sind durch menschliche Aktivitäten überbeansprucht.

Die Auswirkungen des Klimawandels machen sich besonders deutlich an den südlichen Säumen dieser Wälder bemerkbar. Veränderte Windmuster und Feuchtigkeitstransport fördern Trockenheit und in der Folge intensive Waldbrände. Grundsätzlich stellen Waldbrände einen natürlichen Verjüngungsmechanismus dieser Wälder dar. In den vergangenen Jahrzehnten haben die Feuer jedoch an Ausbreitung und Intensität gewonnen und sind derart häufig aufgetreten, dass die abgebrannten Gebiete sich nicht mehr erholen. Nach heftigen Bränden, wie sie beispielsweise im Jahr 2021 auf großen Flächen Sibiriens oder in 2023 in weiten Teilen der kanadischen Wälder auftraten, bleibt die Landschaft nachhaltig verändert. Häufigere, anhaltende Trockenheit und schwere Stürme erschweren es den abgebrannten Wäldern, sich zu erholen. Und die klimatischen Veränderungen begünstigen nicht selten die Ausbreitung von Schadinsekten, für die geschwächte Bäume leichte Beute sind.

Die fehlende Baumbedeckung beeinträchtigt Luftströmungen in Bodennähe und die Verdunstung über die Baumkronen fällt weg. Einerseits bildet sich dadurch mehr Wärme – ein Mechanismus, der Jahrzehnte lang nachwirkt. Gleichzeitig legt das Waldsterben meistens Flächen frei, die mehr Sonnenlicht reflektieren als die dunklen Baumkronen. Die höhere Rückstrahlkraft dieser Flächen, Albedo genannt, sorgt für Abkühlung und wirkt der Erwärmung des Bodens entgegen. Die natürliche Thermoregulation des Waldes gerät völlig aus dem Takt. 

Die verschiedenen Störungen des Ökosystems können sich also gegenseitig verstärken oder auf komplexe Art und Weise miteinander interagieren. Klar ist: Die Regenerationsfähigkeit des Waldes ist deutlich geschwächt, nachwachsende Sämlinge können sich unter den neuen Bedingungen nicht etablieren. So kann es schlagartig zum Wechsel in einen baumfreien Zustand großer Gebiete kommen. Eine Temperaturschwelle für den unumkehrbaren Wandel der südlichen Teile borealer Wälder sagen Forschende anhand verschiedener Modelle zwischen 1,4°C und 4°C globaler Erwärmung vorher. Diese Vorhersagen sind mit großen Unsicherheiten verbunden, weil die verschiedenen Auswirkungen des Klimawandels und anderer menschlicher Einflüsse auf komplexe Art miteinander interagieren, biogeophysikalische Effekte wie Albedo und Verdunstung sich gegenseitig beeinflussen und nicht alle Zusammenhänge erforscht sind.

An den nördlichen Rändern vieler borealer Waldgebiete kommt es unterdessen zu einer Verschiebung der Baumgrenze nach Norden. Bäume und Sträucher breiten sich in die angrenzende arktische Tundra aus – Forschende sprechen von ‘shrubification’ oder Verbuschung der ursprünglich baumfreien Landschaften. Begünstigt wird die Ausbreitung von waldartiger Vegetation durch das stellenweise Tauen der Permafrostböden. Mit Blick auf Artenzusammensetzung und Stabilität der natürlichen Offenlandgebiete birgt die Ausweitung des Waldareals nach Norden ihre eigenen ökologischen Folgen. Den Baumverlust in den südlichen Gebieten der borealen Wälder gleicht sie dabei nicht aus. 

Dass offene Landschaften wie die Tundra vom Klimawandel ähnlich beeinträchtigt sind wie etwa Regenwälder, ist weit weniger bekannt. Forschende sehen aber auch in den Trockengebieten und Graslandschaften der Erde zum Teil deutliche Anzeichen für möglichen abrupten Wandel. 

Niederschlagsarme Trockengebiete machen über zwei Fünftel der Landoberfläche der Erde aus und beheimaten große Teile der Bevölkerung Afrikas, Asiens und auch Nordamerikas. Teilweise sind sie waldbedeckt, andernorts von Graslandschaften geprägt und zum Teil landwirtschaftlich genutzt. Da Niederschlagsmuster sich im Zuge des Klimawandels vielerorts drastisch verändern, drohen sie großflächig an Bodenqualität und Fruchtbarkeit einzubüßen oder gar zu Wüsten zu veröden. 

In den tropischen und subtropischen Gebieten der Erde bilden Savannen häufig den natürlichen Übergang zwischen Regenwald und Wüste: Graslandschaften mit vereinzelten Bäumen und einer ausgeprägten Regen- und Trockenzeit. Gräser und krautige Pflanzen dominieren die Vegetation, regelmäßige natürliche Brände sorgen für Verjüngung und limitieren den Baumbestand. Dieses natürliche Regime ändert sich mit großflächiger Beweidung von Savannenflächen sowie mit dem gewollten Feuerschutz, der damit einhergeht. Fassen Bäume und Sträucher erst einmal Fuß, verhindern sie, dass Feuer sich wie bisher in den weiten Grasflächen ausbreitet. Sie begünstigen somit ihre eigene Vermehrung. Dieser sich selbst verstärkende Effekt kann dazu führen, dass die Landschaft einen Wandel durchmacht, der nicht ohne weiteres umkehrbar ist: Ab einem gewissen Baumbestand könnte die natürliche Feuerdynamik unwiederbringlich durchbrochen werden und der Wald Überhand nehmen. In bestimmten Regionen Afrikas können zunehmende Regenfälle, die der Klimawandel mit sich bringt, die Ausbreitung von Wäldern in die Savanne zusätzlich begünstigen. 

Auch wenn ‘mehr Wald’ auf den ersten Blick wie etwas Gutes klingen mag, entsteht durch das Vordringen von Gehölzen in die Savanne ein ‘Wald an der falschen Stelle'. Denn ein eigenes artenreiches und produktives Ökosystem geht verloren. Die Savanne ist legendärer Lebensraum von Pflanzenfressern wie Zebra, Giraffe, Elefant und Nashorn, Jägern wie Löwe und Leopard sowie aasfressenden Hyänen und Geiern. Deren Lebensraum ist durch menschliche Landnutzung bereits massiv beschnitten und gerät mit dem Klimawandel unter immer stärkeren Druck. Wandeln sich Savannen stellenweise oder großflächig in bewaldete Flächen, sind die Folgen bisher weitgehend unabsehbar. Die Bodenqualität und -struktur, der Wasser- und Kohlenstoffhaushalt und die Artenzusammensetzung der ursprünglichen Landschaft würden sich weitreichend verändern. Es lohnt sich deshalb zum Beispiel, bei Aufforstungsprojekten, die Klimaschutz versprechen, genau hinzusehen. In der Vergangenheit wurde mit Pflanzungen von fremden Baumarten in ungeeignete Umgebung bereits wertvoller Lebensraum zerstört. 

Sie sind nicht nur wunderschön anzusehen, sondern auch unverzichtbarer Bestandteil der maritimen Flora und Fauna: Korallenriffe. Genau genommen betrachten wir hier Steinkorallen der warmen Küstengewässer, die in tropischen und subtropischen Regionen der Erde vorkommen. Die eher an Quallen erinnernden Nesseltiere bilden Kalkskelette, aus denen über Jahrtausende die berühmten Riffe anwachsen. Korallenriffe im Indopazifik, entlang der Ostküste Australiens sowie vor Zentralamerika stellen die Nahrungsgrundlage für Millionen von Menschen bereit. Zudem schützen sie Küsten vor Hochwasser. Und nicht zuletzt sind sie touristische Attraktionen, die den Lebensunterhalt für Menschen in vielen Regionen sichern kann, wenn sie behutsam bewirtschaftet und vermarktet wird. 

Wegen der bunten Vielfalt an Arten, die sie beherbergen, werden Korallenriffe oft die tropischen Regenwälder der Meere genannt. Sie bieten Kinderstube und Speisekammer für tausende von Tier- und Pflanzenarten. Das blühende Leben in den Korallenriffen steht dabei im krassen Kontrast zur Nährstoffarmut der Gewässer, in denen sie gedeihen. Erst nach und nach lüftet die Wissenschaft das Geheimnis, wie Korallen in diesen Gewässern leben und den Grundstock eines außergewöhnlich artenreichen Lebensraums etablieren können. Etwa ein Viertel aller Meeresbewohner sind zumindest für einen Teil ihres Lebenszyklus auf dieses Habitat angewiesen. Eben in der einzigartigen Vielfalt der Interaktionen mit verschiedensten Organismen scheint der Schlüssel zum Erfolg der Korallen zu liegen. Winzige Algen produzieren mittels Photosynthese energiehaltige Kohlenhydrate, die sie im Austausch gegen Schutz und Nährstoffe mit den Korallen teilen. Bakterien, die auf den Korallen leben, versorgen ihre Gastgeber mit lebenswichtigen Stickstoffverbindungen. Weichtiere wie Schnecken und Seeigel halten die Riffe frei von Algenbewuchs, so dass die symbiontischen Mikroalgen genug Sonnenlicht für die Photosynthese bekommen. Fische ernähren sich von den Weichtieren und stellen selbst die Nahrung für größere Jäger wie Haie dar. 

Doch das Gleichgewicht, in dem all diese verschiedenen Organismen miteinander leben, ist anfällig für Störungen. Menschgemachte CO₂-Emissionen beeinträchtigen gleich zwei wichtige Faktoren der Stabilität von und in Korallen-basierten Ökosystemen: Der Treibhauseffekt erwärmt die Ozeane; und durch die Aufnahme von CO₂ aus der Luft wird das Meerwasser immer saurer.
Warmwasserkorallen gedeihen nur in einem Temperaturbereich von etwa 20 bis 29 Grad Celsius. Wird es auch nur etwas zu warm, zerbricht die Symbiose mit den Kohlenstoff-liefernden Mikroalgen. Dauert der Zustand an, gehen die Korallen an Nährstoffmangel zugrunde. Mit den symbiotischen Algen verlieren die Riffe ihre Farbe, weshalb diese Reaktion auf Wärme als ‘Korallenbleiche’ bezeichnet wird. Der steigende Säuregehalt verändert die Chemie des Meerwassers. Er erschwert den Nesseltieren den Aufbau ihres Kalkskeletts – man denke nur an den kalklösenden Effekt von Essigreiniger. 

Ein Riff braucht viele Jahre, um sich vollständig von einer Bleiche zu erholen. In den letzten Jahrzehnten folgten die Hitzeereignisse aber in immer kürzeren Abständen aufeinander. Und der Säuregehalt des Meerwassers steigt weltweit stetig an. Neben der Erwärmung und Versauerung des Meerwassers beeinträchtigen eine Vielzahl von lokalen und regionalen Faktoren das Überleben und die Regeneration von Korallenriffen. Überfischung reißt Lücken in die fein austarierte Nahrungskette. Küstennahe Bauaktivitäten oder Erosion nach Entwaldung schwemmen Sedimente in die Riffe, die den Energie- und Nährstoffhaushalt der Korallen stören. Chemische Verschmutzung und Plastikmüll kommen hinzu und können einzelne Organismen, Bestände von Arten oder Teile des Ökosystems stark schädigen. Zusammengenommen können diese Einflüsse dazu führen, dass das gesamte Ökosystem aus der Balance gerät. 

Forschende beobachten, dass Korallenriffe im lokalen bis regionalen Maßstab unwiederbringlich absterben. Es braucht ein Mindestmaß an Ausdehnung sowie an Artenreichtum, damit ein Riff – oder ein Abschnitt davon – sich von einer Krise erholen kann. An vielen Orten sind diese Grenzen unterschritten. Erholt sich ein Riff über zehn Jahre lang nicht, bewerten Forschende das Ökosystem als kollabiert. Im Laufe der vergangenen 50 bis 150 Jahre sind etwa die Hälfte aller weltweiten Warmwasserkorallenriffe verloren gegangen. Etwa 44 Prozent der verbliebenen Korallen mussten nach wissenschaftlicher Einschätzung bereits 2005 unter suboptimalen Umgebungsbedingungen bestehen. Ob die Erwärmung und Versauerung der Ozeane zu einem weltweiten Kipppunkt für Warmwasserkorallen führen werden, ist unklar. Verschiedene Korallenarten und die regionalen Ökosysteme unterscheiden sich in ihrer Empfindlichkeit. Forschende sagen auf Basis der bisherigen Beobachtungen und computergestützter Berechnungen einen großflächigen Verlust von Riffen schon bei einer globalen Erwärmung von 1,5°C vorher. Bei einer Erderwärmung von 2°C rechnen sie mit dem quasi vollständigen Kollaps der Ökosysteme, deren Basis die Warmwasserkorallen bilden. Angesichts der beobachteten Bleichen der vergangenen Jahrzehnte ist zu befürchten, dass einzelne Riffregionen ihren Kipppunkt bereits überschritten haben. 

Wenig erforscht ist andererseits die Fähigkeit verschiedener Korallenarten, sich an wärmere Temperaturen anzupassen. Zudem leiden Korallenriffe an vielen Stellen stark unter dem Druck lokaler Faktoren wie Verschmutzung oder Überfischung. Gerade darin liegt auch eine gute Nachricht: Lokale Maßnahmen zum Schutz der Riffe politisch und gesellschaftlich durchzusetzen ist wesentlich leichter, als internationale Verständigung über weltweite Klimaziele zu erreichen. Und es gibt hervorragende Beispiele dafür, wie Korallenriffe vor dem Untergang gerettet wurden – zugunsten der vielen Tier- und Pflanzenarten wie auch der Menschen, die von und mit ihnen leben.

Neben Korallenriffen gibt es weitere Meeres- und Küstenökosysteme, von denen Forschende vermuten, dass sie im Zuge des Klimawandels in einen alternativen Zustand übergehen und damit dauerhaft an Vielfalt und Funktion einbüßen könnten. Dazu gehören Seetangwälder, die in ruhigen, seichten und klaren Küstengebieten aller Ozeane gedeihen können. Auch ihnen setzen die Erwärmung und Versauerung der Meere zu. Meeresstürme, die an Intensität zunehmen und in vielen Regionen häufiger auftreten, können einen Tangwald zudem schwächen oder gar zerstören. Vielerorts gerät außerdem die Nahrungskette aus dem Gleichgewicht. Erwärmt sich das Wasser, gedeihen Seeigel besser und fressen die Tangwälder radikal ab. Wo zudem Fressfeinde der Seeigel, wie Seeotter oder Seesterne, unter den Druck der Erderwärmung geraten oder von Menschen gejagt werden, kann sich der Seetang oft nicht von so einer ‘Fressattacke’ erholen. 

Seegraswiesen und Mangrovenwälder leiden ähnlich unter den Veränderungen in Temperatur, Strömungen und Chemie des Meerwassers wie Korallen und Seetang. Seegraswiesen können sich unter Wasser über weite Flächen ausbreiten. Sie stabilisieren den Meeresboden in Küstennähe, speichern große Mengen Kohlenstoff und produzieren Sauerstoff. Und sie bieten einer auf den ersten Blick vielleicht unerwarteten Vielfalt an Tieren Schutz und Nahrung. Seepferdchen haben hier neben Muscheln, Schnecken und Garnelen ihre Heimat. Seekühe, Meeresschildkröten, Rochen, Wale und Haie finden reichlich Nahrung. 

Mangrovenwälder finden sich an vielen Küsten in den Tropen und Subtropen. Salztolerante Baumarten gedeihen in den Brackwassern an Flussmündungen und Buchten und bilden einen speziellen Lebensraum im Grenzbereich zwischen Land und Meer. Der ist beliebt als Brut- und Aufzuchtort vieler Vögel, Reptilien, Fisch- und Insektenarten. Mit ihrem Wurzelwerk im Schlick des Gezeitenbereiches schützen Mangroven die Küsten zudem vor Sturmfluten ebenso wie vor Erosion. 

Menschliche Eingriffe in natürliche Küstenstrukturen, Landnutzung und Wasserverschmutzung tragen neben dem Klimawandel zum Rückgang dieser Ökosysteme bei. Forschende erkennen auf regionaler Ebene Anzeichen für selbsterhaltenden oder abrupten Wandel. Und mit jedem Tangwald, jeder Seegraswiese, jedem Mangrovenwald, der verschwindet, geht ein wichtiger Teil der weltweiten Biosphäre zugrunde. Die Erde verliert wieder eine Kohlenstoffsenke, unzählige Pflanzen- und Tierarten verlieren ihr Habitat, wichtiger Küstenschutz für die Anrainerregionen fehlt.