Klimawandel und Klimafolgen

Auch in jüngster Zeit haben Feuer in vielen Regionen der Welt große Zerstörungen angerichtet und viele Menschen obdachlos gemacht oder ihnen sogar das Leben gekostet. So starben bei den großen Waldbränden im Februar 2009 in Australien 173 Menschen¹, und im Jahr 2018 gab es in Kalifornien über 7000 Waldbrände auf mehr als 6000 km² mit ebenfalls etlichen Todesofern². Aber auch in Europa haben Waldbrände während heißer und trockener Sommermonate vor allem in mediterranen Ländern immer wieder gewaltige Zerstörungen angerichtet, so z.B. im August 2007 in Griechenland mit 70 Todesopfern und der Zerstörung von 180.000 ha Landfläche und im Juli 2018 in der Nähe von Athen mit fast 100 Todesopfern.³ Auch die Wald- und Torfbrände während der großen Hitzewelle in Russland im Sommer 2010 forderte zahlreiche Opfer und bedrohte die Gesundheit der Menschen bis in die Hauptstadt Moskau hinein⁴. Die Kosten durch Waldbrände sind ebenfalls nicht zu unterschätzen. So haben die Brände, die 1997-98 in den tropischen Wäldern Südostasiens im Anschluss an den bisher stärksten registrierten El-Niño wüteten, Kosten von ca. neun Milliarden US$ verursacht, eine Milliarde davon allein durch gesundheitliche Schäden.⁵

Abb. 1: Satellitenbilder vom 21. Oktober 2007: In gut drei Stunden erreicht das Feuer nördlich von Los Angeles eine große Ausdehnung und die Rauchschwaden ziehen sich bis zu 100 km weit über den Pazifik^4.a

Aktuelle globale Trends

Dennoch stellen Feuer im Gegensatz zur öffentlichen Wahrnehmung im Vergleich zu anderen Naturkatastrophen nur eine geringe Bedrohung für den Menschen dar. So fielen 1901-2014 weltweit 3753  Menschen Bränden zum Opfer, im Vergleich zu 2,5 Mio. durch Erdbeben und 7 Mio. durch Überschwemmungen.¹² Die verbreitete menschliche Vorstellung von Bränden als Katastrophe negiert zudem die fundamentale Bedeutung, die das Feuer für den Erhalt der Biodiversität und die Entwicklung von Ökosystemen besitzt. Feuer spielt in der Evolution des Lebens auf der Erde neben der zerstörerischen durchaus auch eine kreative Rolle.¹³

Gegenwärtig brennen jährlich etwa 30-40 Mio. km² Landfläche, wovon der allergrößte Teil jedoch keinen Einfluss auf den Menschen hat und deshalb auch kaum registriert wird.¹² Flächenmäßig dominieren global mit ca. 70 % mit großem Abstand Feuer in Savannen. Waldbrände haben einen größeren Anteil nur in den äquatorialen Gebieten Asiens mit 62 % sowie in den hohen Breiten Nordamerikas (48 %)  und Nordasiens (36 %).¹⁴

Abb. 2: Globale Feuer 30.4.-9.5.2016. Ein Punkt=mind. 1 Feuer, rot:  geringe, gelb:  hohe Feueranzahl¹⁶

Untersuchungen von Holzkohlesedimenten und Eisbohrkernen legen nahe, dass das Verbrennen von Biomasse im letzten Jahrhundert im globalen Maßstab geringer war als zu jeder anderen Zeit in den letzten 2000 Jahren. Durch die Ausbreitung der Landwirtschaft und Maßnahmen zur Feuerbekämpfung nahmen während der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts die verbrannten Flächen um 7 % ab.  In der zweiten Hälfte wurde dieser Trend umgekehrt, und die verbrannte Fläche nahm um 10 % zu, wobei die Datengrundlage dafür allerdings unsicher ist. Die Gründe werden in Brandrodungen in den Tropen und in einer Abkehr von der Feuerbekämpfung in manchen Industrieländern gesehen.¹² 

Seit den 1990er Jahren nimmt die Feuerausbreitung global wieder etwas ab, nach einer Untersuchung zwischen 2003 und 2012 etwa um 2 % pro Jahr,¹² nach einer anderen zwischen 1998 und 2015 um 24 %, wovon vor allem Savannen und Grasländer betroffen sind.¹⁵ Als wichtigste Ursache werden der Übergang von nomadischen Kulturen zu einer sesshaften Lebensweise und eine Intensivierung des Ackerbaus angenommen, was zu einer starken Reduktion von Brandrodungen geführt habe. Dabei gibt es allerdings nach DOERR & SANTIN (2016) deutliche regionale Unterschiede. In Europa und Australien liegt nach Satellitenbeobachtungen die Abnahme sogar bei 5 % pro Jahr.¹² In Südostasien, im Nahen Osten und in der borealen Zone in Nordamerika gab es dagegen eine jährliche Zunahme um 3-4 %, während sich in den mittleren Breiten Nordamerikas so gut wie keine Änderung zeigte. Nationale und regionale Feuerstatistiken zeigen allerdings für die USA eine Zunahme der durch Feuer betroffenen Fläche um 5 % pro Jahr für die Zeit von 1991 bis 2015. Die Beobachtungszeiten sind jedoch zu kurz und die Beobachtungsmethoden nicht immer einheitlich, um langfristige Trends zu belegen. Als vorherrschende Ursache für die globalen Veränderungen der Feueraktivität werden direkte menschliche Einflüsse angenommen, die bisher den Einfluss durch den Klimawandel weitgehend überdeckt haben.¹⁵

Feuer in der Erdgeschichte

Feuer existieren auf der Erde seit es Pflanzen an Land gibt, die das Brennmaterial für Feuer stellen und durch ihre Photosynthese den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre über die kritische Grenze von 13% erhöhten so die zweite Voraussetzung für das Entstehen von Feuer schufen. Erste Holzkohlesedimente als Überbleibsel einer niedrig wachsenden Vegetation wurden erst aus der Zeit um 440 Mio. Jahre vh. gefunden. Die weitere Geschichte des Feuers auf der Erde ist durch starke und geringe Aktivität gekennzeichnet, offensichtlich in Abhängigkeit vom Sauerstoffniveau in der Atmosphäre. Größere Mengen an Holzkohle aus der Zeit 345 Mio. Jahre vh. bezeugen eine höhere Sauerstoffkonzentration. Im Perm und Trias vor rund 250 Mio. Jahren sank der Sauerstoffgehalt wieder und mit ihm die Feueraktivität.^4.b

Feuer hat seit seinem ersten Vorkommen in der Erdgeschichte  die weitere Evolution der Vegetation begleitet und beeinflusst. Manche Pflanzen wie der Eukalyptusbaum sind hochgradig an Waldbrände angepasst. Auch andere Pflanzenarten wie die Kiefer oder der nordamerikanische Mammutbaum haben sich durch verschiedene Mechanismen im Laufe der Evolution auf Waldbrände eingestellt.

Wahrscheinlich hätte eine Welt ohne Feuer andere Vegetationszonen, als wir sie heute vorfinden. Vegetationsmodelle zeigen, dass sich die Bedeckung mit dichtem Wald auf den Vegetationsflächen der Erde unter rein klimatischen Bedingungen vor allem auf Kosten der Savanne von 27 % auf 56 %  erhöhen würde.^4.c Den Anstoß zur Ausweitung der Savanne hat wahrscheinlich eine fallende CO₂-Konzentration der Atmosphäre vor ca. 8 Mio. Jahren gegeben. Die Gräser der Savanne reagierten darauf mit der Entwicklung der C4-Photosynthese, die eine effektivere CO₂-Verwertung und weniger Wasserverlust ermöglicht. Dies verschaffte ihnen in Konkurrenz mit Bäumen, die weiterhin eine C3-Phototsynthese betrieben, einen Vorteil. Ein geringerer CO₂-Gehalt bedeutete außerdem ein kühleres und trockeneres Klima, das die Wachstumsbedingungen für Bäume verschlechterte. C4-Gräser wurden dagegen durch trockenere Bedingungen begünstigt und drangen in die Randgebiete der Wälder vor. Das förderte die Entstehung von Bränden, die die schnell nachwachsenden Gräser sich weiter ausbreiten ließen, was wiederum das lokale Klima trockener machte, wodurch neue Feuer leichter ausbrachen usw. Durch diese Feuer-Gras-Rückkopplung konnte sich die tropische Savanne über weite Gebiete ausdehnen, die aufgrund der klimatischen Bedingungen eigentlich mit Wald bedeckt sein sollten (BEERLING & OSBORNE 2006).^4.d

Feuer, Klima, Mensch

Nicht zufällig lernte der sich im Umfeld der Savannen entwickelnde Mensch schon früh, mit dem Feuer umzugehen. Ein kontrollierter Umgang mit dem Feuer bei der Jagd, bei der Zubereitung von Speisen und zur Erzeugung von Wärme begann vor etwa 400 000 Jahren. Später kam die Waldrodung zur Gewinnung von Ackerland dazu, und auch der Einstieg in das Industriezeitalter gelang mit der technischen Nutzung des Feuers. Trotz des großen Nutzens des Feuers, bleibt seine Beherrschung unvollkommen, ablesbar nicht zuletzt an den immer wieder auftretenden verheerenden Waldbränden der Gegenwart.

Weltweit werden wesentlich größere Flächen in tropischen Savannen abgebrannt als in den Wäldern der Erde.⁶ So war gegen Ende des 20. Jahrhunderts eine Fläche von 608 Millionen ha (Mha) pro Jahr durch Feuer betroffen, wovon 86 % auf tropische Savannen entfielen. Waldbrände erstreckten sich zu Beginn des 20. Jahrhunderts auf ca. 70 Mha/Jahr, und zwar hauptsächlich in borealen und gemäßigten Waldgebieten. Als Folge einer erfolgreichen Brandbekämpfung ging diese Zahl bis in die 1960er Jahre auf 15 Mha/Jahr zurück. Waldbrände in tropischen Wäldern nahmen jedoch als Folge der Entwaldung für landwirtschaftliche Zwecke auf 54 Mha/Jahr in den 1990er Jahren zu.

Bei allen menschlichen Einflüssen sind Wetter und Klima die entscheidenden Rahmenbedingungen für Waldbrände. Dürren, Hitzeperioden und Gewitter begünstigen eindeutig die Entstehung von Bränden.⁵ Bei hohen Temperaturen, Trockenheit und starken Winden entstehen Brände leichter und breiten sich stärker aus. Temperatur, Niederschlag, Bodenfeuchtigkeit und Windstärke sind entscheidende Wetter-Parameter, die das Vorkommen von Waldbränden bestimmen. Allerdings muss auch genügend brennbares Material zur Verfügung stehen, das in feuchteren Perioden gewachsen ist. Regionen, in denen es zu Klimaschwankungen zwischen trockeneren und feuchteren Phasen kommt, sind daher besonders von großen Waldbränden betroffen. Die meisten Feuer pro Jahr gibt es daher in den wechselfeuchten Tropen, z.B. nördlich und südlich des Amazonas-Regenwaldes oder nördlich und südlich der tropischen Wälder im Kongo. Regionen mit einem starken ENSO-Einfluss zeigen ebenfalls die Abhängigkeit von wechselnden Klimaverhältnissen. So gibt es während La-Niña-Phasen mehr Waldbrände in den südlichen USA und im argentinischen Patagonien, während in den tropischen Regenwäldern die Waldbrandgefahr während El-Niño-Phasen deutlich steigt.

Für die letzten 2000 Jahren lässt sich die Abhängigkeit von Feuerereignissen (auf Wald- und Savannenflächen) von klimatischen und anthropogenen Ursachen durch die Untersuchung von Holzkohlesedimenten gut verfolgen.⁷ Bis 1750 ist eine leichte Abnahme von durch Feuer betroffenen Flächen festzustellen, dann bis 1870 eine starke Zunahme, danach wieder eine deutliche Abnahme bis gegen Ende des 20. Jahrhunderts – und in den letzten Jahrzehnten wieder eine Zunahme. Die Abnahme der ersten Phase ist am deutlichsten ausgeprägt in den nördlichen Außertropen. In den letzten drei Jahrzehnten ist eine Zunahme von Bränden in den Tropen und den westlichen USA belegt. Die Abnahme von Feuerereignissen bis 1750 folgt einem graduellen Abkühlungstrend bis hin zur „Kleinen Eiszeit“. Die Zunahme der Bevölkerung und die Änderung der Landnutzung hatten dagegen einen geringeren Einfluss. Die Zunahme der Brände nach 1750 ist dagegen hauptsächlich anthropogen bedingt. Mit der Industrialisierung und der dadurch steigenden Bevölkerung nahm die Umwandlung von Wald- in Ackerland durch Brandrodung rapide zu. Außerdem stieg die Temperatur wieder an, und ein langsam steigender CO₂-Gehalt der Atmosphäre begünstigte das Wachstum von Biomasse durch den Kohlendioxid-Düngungseffekt. Die scharfe Abnahme der Brände nach ca.1870 geschah allerdings trotz einer weiter wachsenden Bevölkerung und einer Zunahme der globalen Temperatur. Die Ursache liegt in einer weitgehend abgeschlossenen Umwandlung von Wald in weniger brennbare Ackerland- und Weideflächen, in der damit verbundenen Fragmentierung der Landschaft sowie in der aktiven Bekämpfung von Waldbränden. Dafür spricht, dass es in den hohen nördlichen Breiten, die von diesen Veränderungen weniger betroffen waren, keine Abnahme der Waldbrände nach 1870 gab. Hier wirkte sich eher der Einfluss der globalen Erwärmung aus.

Im Gegenzug nehmen natürlich auch Feuer Einfluss auf die Vorgänge in unserem Erdsystem, sowohl am Boden als auch in der Atmosphäre. Nach einem Brand sind die Zusammensetzung und das Vorkommen der Pflanzen am Boden verändert und damit auch Energieflüsse und der Wasserkreislauf. Denn verschiedene Pflanzen haben unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf ihren Energie- und Wasserhaushalt.⁸ Feuer beeinflussen mit ihren Emissionen (z.B. Ruß) außerdem die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre. Dadurch werden Strahlungsprozesse und die Wolkenbildung verändert: Mehr Aerosolpartikel bedeutet z.B. mehr Streuung der einfallenden Strahlung. Da Aerosolpartikel außerdem auch Kondensationskeime für Wolkentropfen sind, bilden sich bei höherer Konzentration in der Luft mehr Wolkentropfen, die aber dafür kleiner sind als gewöhnlich und nicht so schnell abregnen.⁹

Waldbrände und Klimawandel

Temperatur, Niederschlag, Bodenfeuchtigkeit (stellvertreten für die Feuchte der Pflanzen) und Windstärke sind entscheidende Wetter-Parameter, die das Vorkommen von Waldbränden bestimmen. Sie werden in vielen Regionen durch den Klimawandel so verändert, dass sich die Gefahr von Waldbränden erhöht.¹⁰ Dieser Prozess hat möglicherweise schon eingesetzt, was jedoch schwierig nachzuweisen ist. Die gegenwärtige Zunahme katastrophaler Waldbrände hat verschiedene Ursachen. Direkte menschliche Eingriffe wie Brandstiftung, Brandrodung, unkontrolliertes Verbrennen von Biomasse etc. spielen eine zentrale Rolle. In jedem Fall muss für die nächsten Jahrzehnte aber auch damit gerechnet werden, dass sich durch die globale Erwärmung die Wahrscheinlichkeit von Waldbränden in vielen Regionen der Erde erhöhen wird, so etwa in borealen Wäldern um 50 % bei einer Verdopplung der betroffenen Gebiete.

Nach Berechnungen mit Klimamodellen werden zum Ende des 21. Jahrhunderts die Great Plains der USA, Brasilien, Südeuropa, Mittelasien und Südafrika die Regionen mit der stärksten Zunahme der Waldbrandgefahr durch den Klimawandel sein, wobei Südeuropa mit der stärksten relativen Zunahme rechnen muss.¹⁰ Damit einhergehend verlängert sich in vielen Regionen die Feuersaison, d.h. die Periode, in der die Wetterbedingungen und der Zustand des brennbaren Materials günstig für die Entstehung von Bränden sind. In Südeuropa z.B. wird künftig mit Waldbränden von Juni bis November zu rechnen sein, im Südwesten der USA sogar das ganze Jahr über. Die Hauptursachen liegen in der Zunahme von Temperatur und der Abnahme von Niederschlägen, die zu größerer Trockenheit führen. Eine verstärkende Rolle spielt das gehäufte Auftreten von Extremereignissen wie Hitzewellen und Dürren.

Wie sich Waldbrände in umgekehrter Weise auf das Klima auswirken, ist noch nicht eindeutig erforscht. Man geht davon aus, dass die von Feuern emittierten Treibhausgase die globale Erwärmung noch verstärken.⁸ Über längere Zeiträume könnten boreale Vegetationsbrände jedoch auch eine abkühlende Wirkung haben:¹¹ Weil Brände die Vegetationsdichte verringern, ist im Winter der schneebedeckte Boden weniger abgeschirmt und die Oberflächenalbedo somit höher als vorher. Dies führt zu einer Abkühlung, die in der borealen Zone stärker ist als die Erwärmung durch die Treibhausgase.

Anmerkungen:
1. Wikipedia: Black_Saturday_bushfires Black Saturday bushfires
2. Wikipedia: 2018 California wildfires
3. Wikipedia: Waldbrände in Griechenland 2007;  Waldbrände in Attika 2018
4. Wikipedia: Wald- und Torfbrände in Russland 2010
4.a. Quelle: NASA: http://www.nasa.gov/vision/earth/lookingatearth/socal_wildfires_oct07.html, Lizenz: Public Domain
4.b. Pausas, J.G. & J.E. Keeley (2012): A Burning Story: The Role of Fire in the History of Life, Bio Science 59, 593–601
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6. Mouillot, F. & Field, C. B. (2005): Fire history and the global carbon budget: a 1° x 1° fire history reconstruction for the 20th century. Global Change Biology 11, 398–420
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9. Bowman, D. M. J. S., Balch, J. K., Artaxo, P., Bond, W. J., Carlson, J. M., Cochrane, M. A., D'Antonio, C. M., DeFries, R. S., Doyle, J. C., Harrison, S. P., Johnston, F. H., Keeley, J. E., Krawchuk, M. A., Kull, C. A., Marson, J. B., Moritz, M. A., Prentice, I. C., Roos, C. I., Scott, A. C., Swetnam, T. W., van der Werf, G. R., Pyne, S. J. (2009): Fire in the Earth System, Science 324,481, DOI: 10.1126/science.1163886
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13. Pausas, J.G. & J.E. Keeley (2012): A Burning Story: The Role of Fire in the History of Life, Bio Science 59, 593–601
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15. Andela, N., et al. (2017): A human-driven decline in global burned area, Science 356, 1356–1362
16. Quelle: NASA Global Fire Maps,Lizenz: public domain