Änderung der Verbreitung der Arten

Änderung der Verbreitung der Arten

Die Ökosysteme der Erde sind in ihrer räumlichen Verbreitung an die vorherrschenden klimatischen Bedingungen, insbesondere an Temperatur, Niederschlag (bzw. davon abhängiger Bodenfeuchte) und Strahlungsangebot, angepasst. Die gegenwärtige und künftige globale Erwärmung wird daher auch Veränderungen in der Verbreitung der Arten entweder polwärts oder in die Höhe zur Folge haben. Das Ergebnis ist oft eine veränderte Zusammensetzung in den bisherigen bzw. neuen Verbreitungsgebieten. Die Veränderungen hängen stark von der Mobilität der Arten ab. So reagieren Schmetterlinge sehr schnell auf eine Temperaturerhöhung, Waldbäume dagegen nur sehr langsam.

Ökosysteme in polaren Gebieten sind von solchen Veränderungen als Folgen des Klimawandels vor allem betroffen, da hier der Temperaturanstieg besonders hoch ist bzw. sein wird. So war die Erwärmung in der Arktis in den letzten Jahrzehnten doppelt so stark wie im globalen Mittel, besonders im Winter. Alaska und das westliche Kanada zeigen z.B. in den letzten 50 Jahren einen winterlichen Temperaturanstieg von 3-4 oC. Die Folgen für die physische Natur sind vielfältig und überall deutlich festzustellen. Besonders gravierend ist das Abschmelzen des arktischen Meereises. Aber auch das Eis auf Grönland und der arktischen Gletscher schmilzt unerwartet schnell. Ebenso hat sich die arktische Schneedecke verringert, in den letzten 30 Jahren um 10%. Und der arktische Permafrost erwärmt sich in immer größere Tiefen und taut im Sommer über immer größeren Gebieten auf.1

Nahezu alle Ökosysteme in dieser Region zeigen daher deutliche Veränderungen. U.a. ist im nördlichen Alaska, in Nord-Kanada und Teilen Sibiriens die Strauchvegetation in frühere Tundragebiete vorgedrungen. In Alaska hat sich die Temperatur in den letzten 30 Jahren vor allem im Winter um 0,5 oC pro Jahrzehnt erhöht, d.h. um das Fünffache des globalen Wertes. Eine Folge ist eine deutliche Zunahme der Strauchvegetation in den Tundragebieten. Die Gründe liegen nicht nur in wärmeren und längeren Sommern. Offensichtlich spielen auch winterliche Rückkopplungsprozesse eine wichtige Rolle: Durch die Strauchvegetation wird die Schneedecke besser gehalten, die wiederum die obere Bodenschicht vor allzu starker Auskühlung schützt. In ihr können dadurch Bodenmikroorganismen eine höhere Aktivität entfalten, was wiederum das Nährstoffangebot für die Strauchwurzeln erhöht. Dadurch wird die Strauchvegetation weiter gefördert usw.2

Einfluss des Klimawandels auf die Strauchvegetation der Tundra
Abb. 4:
Die Abbildung zeigt die positive Rückkopplung zwischen einer Zunahme der Strauchvegetation in der Tundra des nördlichen Alaska und Bodenprozessen.3

Auch bei ozeanischen Ökosystemen der höheren Breiten zeigen sich die Folgen der Erwärmung deutlich. Durch den starken Rückgang von Meereis sind zahlreiche vom Eis abhängige Ökosysteme betroffen. Zunächst hat sich seit den 1970er Jahren die Population von Eisalgen erheblich verringert. Das führte zu einer starken Reduzierung von Krill, z.B. um 38-75% pro Jahrzehnt in großen Teilen des südwestlichen Atlantik. Krill ist eine wichtige Nahrungsquelle für Fische Seevögel und Meeressäuger. Auch Pinguine zeigen eine dramatische Reaktion auf die abnehmende Ausdehnung des Meereises. Aus ihren nördlichsten Gebieten sind die vom Meereis abhängigen Adele- und Kaiser-Pinguine seit 1970 nahezu ganz verschwunden. So sind die Kaiser-Pinguine an der westlichen Antarktischen Halbinsel von 300 Brutpaaren auf 9 zurückgegangen. Vom Eis elementar abhängig sind die zahlreichen Arten der Seerobben, die am Eisrand und unter dem Eis jagen und auf dem Eis ihre Jungen zur Welt bringen und aufziehen.4

Der Meereisrückgang ist in der Arktis noch stärker und umfassender als in der Antarktis. Besonders betroffen ist davon der Eisbär. Eisbären sind abhängig von einer intakten Eisdecke, da sie nur von dieser Plattform aus das Nahrungsangebot des Meeres, vor allem die Seerobbe, effektiv nutzen können. Trächtige Weibchen bauen in hohen Schneedecken auf Meereis oder an Land Höhlen für den Nachwuchs. In den südlichen Randgebieten ihres Vorkommens ziehen sich die Eisbären beim Aufbrechen des Eises im Frühjahr auf das Land zurück, um hier mehr oder weniger fastend zu überleben.

Eisaufbruchs und Körpergewicht von Eisbären
Abb. 5:
Der Zusammenhang zwischen der Vorverlegung des Eisaufbruchs in der westlichen Hudson-Bay und dem abnehmendem Körpergewicht von erwachsenen weiblichen Eisbären.5

In der Arktis sind aufgrund der Eis-Albedo-Rückkopplung die Temperaturen besonders stark angestiegen, in der Hudson Bay z.B., einem wichtigen Lebensraum von Eisbären, im Frühling um 2-3 oC in den letzten 50 Jahren. Das dadurch bedingte frühere Aufbrechen des Eises um 7-8 Tage pro Jahrzehnt, d.h. in den letzten 30 Jahren um ca. drei Wochen, zwingt die Bären, früher an Land zu gehen, und zu einer längeren Fastenzeit. Die Folge ist ein Verlust des Körpergewichts. So wurden in der Westlichen Hudson Bay von 1980 bis 2004 bei erwachsenen weiblichen Tieren Gewichtsverluste um durchschnittlich 60 kg (von 295 auf 235 kg) festgestellt. Auch die Anzahl der Eisbären hat sich hier zwischen 1987 und 2004 deutlich von 1194 auf 935, d.h. um 22%, reduziert. Bei einem Forschreiten dieser Entwicklung wären die Bären in 20-30 Jahren nicht mehr in der Lage, Nachwuchs aufzuziehen, da bei ca. 190 kg die Untergrenze für eine erfolgreiche Reproduktion liegt.6 Eine andere Gefahr droht von frühen und starken Regenfällen, die die Höhlen junger Eisbärfamilien zerstören.

 Eisbär auf schwindendem Eis
Abb. 6: Eisbär auf schwindendem Eis7

In den mittleren Breiten zeigen vor allem Vögel und Schmetterlinge eine Migration nach Norden. In Großbritannien wurde bei 12 Vogelarten eine Ausbreitung nach Norden um 19 km in 20 Jahren beobachtet. Bei zahlreichen Schmetterlingsarten wurde in ganz Europa eine Ausdehnung der Verbreitungsgrenze nach Norden zwischen 35 und 240 km festgestellt. Einige Arten haben auch ihren Lebensraum insgesamt verlegt. So kam der Braune Feuerfalter (Heodes tityrus) in den 1920er Jahren hauptsächlich in Katalanien vor. Gegenwärtig findet man ihn nur noch nördlich der Pyrynäen, und 2006 erreichte er die Ostseeregion. In den USA hat der Sachem-Skipper-Schmetterling sein Verbreitungsgebiet in nur 35 Jahren über 600 km von Kalifornien nach Washington verlegt.8

Aber auch Pflanzen der mittleren breiten zeigen bereits deutliche Verschiebungen ihrer Verbreitungsgrenzen, wobei es zu Einwanderungen exotischer Arten kommt. So wurde der mediterran-westatlantische Meerfenchel seit dem Jahr 2000 zum erstenmal auf Helgoland nachgewiesen. Die Lorbeerkirsche, die eigentlich aus dem Balkan und den Küstenregionen am Schwarzen und Kaspischen Meer stammt und in Mitteleuropa nur kultiviert vorkommt, wird seit 15 Jahren zunehmnd auch verwildert beobachtet. Ähnliches trifft für die aus Südostasien stammende Hanfpalme zu, die seit dem 19. jahrhundert importiert wurde, aber auf Gartenstandorte beschränkt blieb. Auch sie ist an nichtkultivierten Standorten heimisch geworden wie in Wäldern der Südalpen und zunehmend in der gesamten Schweiz. Eine problematische Zuwanderung stellt die Beifußblättrige Ambrosia (auch Traubenkraut genannt) dar, da sie hohallergine Pollen produziert. Sie stammt aus nordamerika, breitete sich in den 1990er Jahren massiv in süs- und Südosteuropa aus und ist seit einigen Jahren auch in Deutschland, in Süddeutschland sogar in Massenbeständen, nachgewiesen worden.9 Auch wenn die Einfuhr exotischer Arten dem bewussten Import und globalem Handel zugeschrieben werden muss, ist die eigenständige Ausbreitung in der Regel durch die wärmeren Klimaverhältnisse bedingt.

Gebirgsregionen zeigen im Allgemeinen deutliche Abstufungen in den physischen Bedingungen, an welche die Ökosysteme angepasst sind. Besonders die Temperaturverhältnisse haben sich in den letzten Jahrzehnten in die Höhe verschoben, und mit ihnen der Lebensraum mancher Arten. So haben in Costa Rica Tiefland-Vögel begonnen, in den Bergwäldern zu brüten. In Frankreich wurde beobachtet, dass der Rote-Apollo-Schmetterling auf Plateaus unterhalb ca. 850 m in den letzten 40 Jahren verschwunden ist und nur noch ab 900 m Höhe vorkommt.

 
Höhenmigration zwischen den 1990er Jahren und 2003 in den Gipfelregionen der Berninagruppe
Abb. 7: Höhenmigration von Gefäßpflanzen zwischen den 1990er Jahre und 2003 in den Gipfelregionen der Berninagruppe (Schweizer Alpen)10

Besonders hochalpine Pflanzen sind stark von den Temperaturbedingungen abhängig, die hier in den letzten Jahrzehnten etwa doppelt so stark wie im globalen Durchschnitt gestiegen sind. Wie in den höheren Breiten wird auch in Hochgebirgen eine deutliche Verschiebung der Vegetationsgrenzen (hier in die Höhe) erwartet, die vielfach schon beobachtet wurde, so z.B. um 60-80 m in den letzten 70 Jahren im südlichen Ural oder um 150-165 m im 20. Jahrhundert in Skandinavien.11 Im selben Zeitraum stieg die Jahresdurchschnittstemperatur im Ural um 2 °C an. Eine Untersuchung über die Migration der Arten auf Gipfeln der Schweizer Bernina-Gruppe hat eine beschleunigte Aufwärtswanderung seit Mitte der 1980er Jahre festgestellt, mit dem Resultat eines höheren Artenreichtums in den Gipfelregionen.12 Bei einer weiteren Erwärmung wird allerdings damit gerechnet, dass die Artenzunahme sich in ihr Gegenteil verkehrt, da Kälte liebende Arten ihren Lebensraum verlieren werden. Erste Anzeichen dafür sind bereits in Montana im Nordwesten der USA beobachtet worden.13

Anmerkungen:
1. Impacts of a Warming Arctic: Arctic Climate Impact Assessment
2. Sturm M., Schimel .J, Mechaelson G.,Welker J.M., Oberbauer S.F., et al. (2005): Winter biological processes could help convert Arctic tundra to shrubland. BioScience 55,17-26
3. Verändert nach Sturm M., Schimel .J, Mechaelson G.,Welker J.M., Oberbauer S.F., et al. (2005): Winter biological processes could help convert Arctic tundra to shrubland. BioScience 55,17-26
4. Parmesan, C. 2006: Ecological and Evolutionary Responses to Recent Climate Change. Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics (37), 637-69
5. Verändert nach Stirling, I., and Parkinson, C.L. 2006. Possible Effects of Climate Warming on Selected Populations of Polar Bears (Ursus maritimus) in the Canadian Arctic. Arctic 59: 261-275
6. Stirling, I., and Parkinson, C.L. 2006. Possible Effects of Climate Warming on Selected Populations of Polar Bears (Ursus maritimus) in the Canadian Arctic. Arctic 59: 261-275
7. Quelle: Wikimedia
8. Parmesan, C. 2006: Ecological and Evolutionary Responses to Recent Climate Change. Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics (37), 637-69
8. Lübbert, J., S. Berger und G.R. Walther: Klimatisch bedingt treten neue Pflanzenarten auf; in: Lozán u.a. (Hrsg.): Warnsignal Klima. Gesundheitsrisiken. Gefahren für Pflanzen, Tiere und Menschen, Hamburg 2008, S. 82-85
10. Daten nach Walther, Gian-Reto; Beißner, Sascha; Burga, Conradin A. (2005): Trends in the upward shift of alpine plants, Journal of Vegetation Science 16, 541-548
11. IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group II, Impacts, Adaptation and Vulnerability, 12.4.3; Pauli H., Gottfried M., Reiter K., Klettner C., Grabherr G. (2007) Signals of range expansions and contractions of vascular plants in the high Alps: observations (1994-2004) at the GLORIA master site Schrankogel, Tyrol, Austria, Global Change Biolog 13, 147-156
12. Walther, Gian-Reto; Beißner, Sascha; Burga, Conradin A. (2005): Trends in the upward shift of alpine plants, Journal of Vegetation Science 16, 541-548
13. Pauli H., Gottfried M., Reiter K., Klettner C., Grabherr G. (2007) Signals of range expansions and contractions of vascular plants in the high Alps: observations (1994-2004) at the GLORIA master site Schrankogel, Tyrol, Austria, Global Change Biolog 13, 147-156

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