Klimawandel und Klimafolgen

Der Amazonas-Regenwald stellt mit fast 6 Mio km² den größten tropischen Regenwald der Erde dar. Er beherbergt schätzungsweise 20 % der pflanzlichen und tierischen Arten der Erde. Seine großen Flüsse stehen für 18 % der Süßwasserzufuhr in die Ozeane. Die gesamte Biomasse des Amazonasgebietes mit einem Reservoir von 150-200 Pg C ist gegenwärtig eine Kohlenstoffsenke von 0,4 Pg C pro Jahr.¹ Befürchtet wird ein Umkippen des Regenwaldes durch Abholzung und Feuer in eine Quelle von CO2, die den Klimawandel weiter anheizen könnte. In den letzten 30 Jahren sind im brasilianischen Amazonasgebiet bereits 600 000 km2 Waldfläche vernichtet worden. Bei Fortsetzung des gegenwärtigen Trends könnten bis 2050 mehr als die Hälfte des Waldes verschwunden sein.²

Regenwald und Feuer

In der Evolutionsgeschichte des Amazonasgebietes sind Waldbrände eher selten: Naturbelassene Regenwälder sind unter Normalbedingungen feucht genug, um größere Brände zu verhindern, da sie sehr viel Wasser speichern und durch Verdunstung genügend Luftfeuchtigkeit und Niederschlag generieren. Der Amazonas-Regenwald war bisher durch seinen hohen Feuchtigkeitsgehalt und sein dichtes Blätterdach relativ resistent gegenüber Waldbränden. Ein geschlossenes Blätterdach in einem intakten Wald lässt in der Regel keine großen Brände entstehen. Selbst an den heißesten Tagen übersteigen die Temperaturen kaum 28 °C. Dem Feuer fallen dann eher kleinere und niedrigere Bäume zum Opfer. Typische Brände zerstören zwar 40 % der Bäume, aber nur 10 % der Biomasse, da die großen Bäume dem Feuer widerstehen. Die Feuerfront bewegt sich nur 100-150 m pro Tag voran, kann aber über Wochen und Monate aktiv bleiben.³ Während der Trockenzeit kann es jedoch zu größeren Bränden in der bodennahen Vegetation oder von isolierten Bäumen kommen. Aber auch diese Feuer bewegen sich meist langsam und sind eher schwach, sodass sie nachts durch die erhöhte relative Feuchte des Regenwaldes schnell wieder erstickt werden und nur wenig Schaden anrichten.⁴ Das Wiederkehrintervall solcher Brände lag unter natürlichen Bedingungen wahrscheinlich bei 500 bis 1000 Jahren.⁵

Wegen der Seltenheit von natürlichen Waldbränden ist die Mehrheit der Vegetation und der Tierarten im Amazonasgebiet an Feuer nicht angepasst. Daher sind einige Pflanzenarten auch bei Bränden von geringer Intensität ernsthaft gefährdet, z.B. weil ihre Samen und Samenbänke zerstört werden. Besonders sich wiederholende Feuer verschärfen diese Gefahren, so dass einige Arten lokal verschwinden können.⁵

Feuer durch den Menschen

Schon vor der Ankunft der Europäer haben die Ureinwohner Brasiliens seit 4000-5000 Jahren systematisch Feuer eingesetzt, um das Vordringen des Waldes in die Savanne durch Brände zu verhindern, um Wege und die Umgebung der Häuser frei zu halten, Flächen für den Wanderfeldbau zu schaffen und um Tiere zu jagen oder Abfall zu verbrennen.⁵ Die Europäer übernahmen zunächst den Gebrauch des Feuers beim Wanderfeldbau, ohne jedoch die sorgfältige und geplante Nutzung des Feuers durch die indigene Bevölkerung beizubehalten. Brände entstehen heute nicht selten versehentlich und in der Trockenzeit, während die indigene Bevölkerung Brände zumeist zum Beginn der Regenzeit gelegt haben. Dadurch erreichen Brände heute oft größere Ausmaße, ereignen sich häufiger und geraten nicht selten außer Kontrolle. Hinzu kommen die bewusst gelegten Feuer im großen Stil, um landwirtschaftliche Flächen zu schaffen oder Straßen durch den Amazonas-Regenwald anzulegen.

Abb. 1: Brandrodung von Siedlern, die das Vordringen von Grasvegetation in den Regenwald begünstigt.¹⁶

Heute wird vor allem im Rahmen der Expansion des Agrobusiness in der Übergangszone zwischen Regenwald und Cerrado (der brasilianischen Savanne), die etwa 400 000 km2 umfasst, Feuer eingesetzt, wobei die vorhandene Vegetation durch ausgedehnte Viehweiden und Sojafelder ersetzt wird. Neben Südostasien ist das Amazonasgebiet dem Druck von wirtschaftlichen Aktivitäten wie Sojaanbau, Viehweide, Holzgewinnung, kleinbäuerlichem Anbau und  Straßenbau besonders stark ausgesetzt, die den Regenwald von den Rändern her, teilweise aber auch in den Kernzonen zerstören. Diese Aktivitäten begünstigen die Entstehung und Ausbreitung von Feuer, das wiederum nicht selten auch als Instrument zur Waldbeseitigung eingesetzt wird. Der Kahlschlag oder das selektive Herausschlagen großer Bäume geht der Anlage von Bränden häufig voraus. Das Feuer wird dann wiederholt genutzt, um das erneute Wachstum von Holzpflanzen zu verhindern.

Dabei dringt das Gras der Savanne in den geschlossenen Laubwald vor und es kommt zu einer vom Feuer ausgehenden positiven Rückkopplung zwischen Bränden und Grasinvasion, die die Grenze zwischen Regenwald und Savanne immer weiter in den Regenwald vorschiebt. Das Laubdach des Waldes wird durch Kahlschlag und Brände gelichtet, wodurch mehr Strahlung auf den Boden gelangt mit der Folge eines trockeneren Mikroklimas. Der Niederschlag wird weniger stark von der geringeren Pflanzenmasse aufgenommen und fließt stärker am Boden ab, was zudem noch durch das Verbrennen des Bodenbewuchses begünstigt wird. In der Folge wird die Verdunstung herabgesetzt und damit auch die vor Ort entstehenden Niederschläge.⁶

Abb. 2: Wechselwirkungen zwischen Feuer, Grasinvasion und Dürren im Amazonasgebiet¹⁷

An die so entstandene hellere und trockenere Umgebung sind die Gräser der Savanne besser angepasst als die Pflanzen des Regenwaldes. Bäume werden außerdem eher nachhaltig durch Feuer zerstört als Gräser, da sie anders als Gräser nur selten aus Wurzeln keimen und für das Wachstum länger brauchen. Ein weiterer wichtiger Unterschied ist die Verbreitung der Samen, die bei den meisten tropischen Bäumen durch Vögel, Insekten und andere Tiere erfolgt, die nach einem Brand das Gebiet weitgehend meiden. Bei vielen Grasarten werden dagegen die Pollen durch Wind übertragen, was durch die Zerstörung des Kronendaches durch Feuer erleichtert wird. Auch mit dem geringeren Nährstoffgehalt in den Böden nach starken Bränden kommen Gräser besser zurecht als überlebende Bäume und Sämlinge.⁶

Feuer und Dürren

Neben den direkten menschlichen Eingriffen in den Regenwald sind auch extreme Wetterbedingungen für das Ausbrechen und die Ausbreitung von Feuern im Amazonasregenwald von Bedeutung. So haben Dürren die Bedingungen für weitverbreitete und zerstörerische Feuer zusätzlich verstärkt. In den 2000er Jahren waren insgesamt 85 000 km2 von Dürren betroffen, hauptsächlich während der trockenen und warmen Jahre 2005, 2007 und 2010.⁷ 2005 und 2010 wurden jeweils als „Jahrhundertdürren“ eingestuft, wurden aber dann noch deutlich von der Dürre 2015/16 übertroffen.^8;9

Dürren erhöhen die Entflammbarkeit durch abnehmende Feuchtigkeit des brennbaren Materials infolge geringerer Luftfeuchtigkeit. Sie reduzieren die Bodenfeuchtigkeit, wodurch Laubabwurf, der Abfall von Zweigen und das Baumsterben begünstigt werden. Dadurch kommt es zur Ansammlung von Brennstoff und mehr direktes Sonnenlicht erreicht den Waldboden, was zu weiterer Austrocknung führt. Die Dürren von 2005 und 2010 betrafen 47 % bzw. 60 % des Amazonaswaldes. Das Unterholz war um 13 % und 20 % trockener als in normalen Jahren, und das brennbare Material erhöhte sich um 4-10 %. Die Folge war eine um das Zwei- bis Dreifache erhöhte Feuerintensität.⁷

Abb. 3: Simulierte Feuerintensität¹⁸ in kW/m für ein Nicht-Dürrejahr in den 2000er Jahren und für das Dürrejahr 2010.⁷

Als wichtigste Ursachen für Dürren im Amazonasgebiet werden Schwankungen der Oberflächentemperatur der benachbarten Ozeane Pazifik und Atlantik angenommen.¹⁰ So wurde eine ganze Reihe von Dürren entweder auf die Erwärmung im östlichen Pazifik durch das El-Niño-Phänomen oder auf eine Erwärmung im tropischen Atlantik zurückgeführt, so die Dürren von 1912, 1926, 1983 und 1997/98 und auch die stärkste Dürre seit über 100 Jahren, nämlich die extreme Dürre von 2015/16. Andere Dürren der jüngeren Zeit, z.B. die von 1963 und 2005, hatten dagegen nichts mit einem El Niño zu tun. Und die extreme Dürre von 2010 stand sowohl unter dem Einfluss eines El-Niño-Ereignisses wie einer starken Erwärmung des tropischen Nordatlantiks.¹¹ Während eines El Niños verschiebt sich der absteigende Ast der Walker-Zirkulation von der Westküste Südamerikas nach Osten, so dass trockene absteigende Luftmassen über dem östlichen Amazonasgebiet und Nordostbrasilien vorherrschen. Dadurch werden die Konvektion warmer und feuchter Luftmassen unterdrückt und lokal entstehende Niederschläge eingeschränkt. Bei höheren Atlantik-Temperaturen können die Passatwinde abgeschwächt werden und dadurch nach Auffassung einiger Autoren weniger feuchte Luftmassen ins Amazonasbecken gelangen, woran aber auch eine Verschiebung der Innertropischen Konvergenzzone (ITC) beteiligt sein kann.¹¹

Der Klimawandel

Ob an diesen Prozessen bereits der Klimawandel beteiligt ist, ist unsicher. Die El-Niño-Ereignisse im Pazifik scheinen in den letzten Jahrzehnten stärker geworden zu sein, vor allem belegt durch die intensiven Ereignisse 1982, 1997/98 und 2015/16. Ob das auf den anthropogenen Klimawandel oder auf natürliche Klimaschwankungen zurückzuführen ist, darüber besteht in der Forschung keine Einigkeit. Auch der zukünftige Einfluss der globalen Erwärmung auf das ENSO-Phänomen bleibt unsicher.¹² Bei der starken Erwärmung im tropischen Atlantik wird dagegen von einigen Autoren schon gegenwärtig der Klimawandels als Ursache angenommen.¹³ Andere sehen aber auch hier lediglich eine natürliche Klimaschwankung.¹¹

Anders sind die Prozesse vor Ort einzuschätzen. Die Niederschläge haben sich regional zwar etwas unterschiedlich entwickelt, zeigen insgesamt aber keine gravierenden Veränderungen. Nach den im letzten Bericht des Weltklimarats veröffentlichten Projektionen von 10 Regionalmodellen werden sich nach dem A1B-Szenario die regionalen Unterschiede verstärken, und zwar mit einer deutlichen Abnahme bis zu ca. 40 % im südöstlichen Amazonasgebiet in der Trockenzeit (Juni-August) und leichten Zunahmen im Nordwesten vor allem in der feuchten Jahreszeit.¹⁴ Hintergrund ist eine relativ starke Erwärmung des östlichen Pazifik durch den Klimawandel. Noch deutlicher macht sich der Klimawandel bei den Temperaturen bemerkbar.  Seit 1980 hat sich das Amazonasbecken um 0,5 °C erwärmt.⁹ Nach dem Szenario RCP8.5 wird bis zum Ende des 21. Jahrhunderts eine Temperaturzunahme bis zu 6 °C und mehr erwartet, nach RCP4.5 um ca. 2,5 °C und nur nach dem nicht sehr wahrscheinlichen Szenario RCP2.6 bleibt die Erwärmung unter 2 °C.¹⁵ Höhere Temperaturen zeigen sich in den Modellrechnungen besonders im südöstlichen Amazonasgebiet, wo auch die Niederschläge abnehmen werden.¹⁵ Eine größere Erwärmung bedeutet vor allem eine höhere Verdunstung mit einer verstärkten Bodenaustrocknung und damit ein günstigeres Feuerwetter.

Das Feuerregime im Amazonasbecken könnte sich nach Modellberechnungen⁷ bei dem Szenario RCP8.5 in der zweiten Hälfte des 21. Jh.s dramatisch verändern. Die projizierten Dürren könnten um die Jahrhundert-Mitte die Waldbrände im Amazonas-Gebiet um 50 % und am Ende des 21. Jahrhunderts um 90 % intensiver und verheerender machen als gegenwärtige Feuer in normalen Jahren. Es ist damit zu rechnen, dass während einzelner Dürreereignisse 200 bis 500 km2 von Waldbränden betroffen sein werden und die durch Feuer verursachten Kohlenstoffemissionen sich verdoppeln könnten. Dabei wird die um 5-7 °C erhöhte Lufttemperatur  die wichtigste Ursache für Veränderungen des Feuerregimes im Amazonas sein. Durch die dadurch bewirkte Zunahme der Verdunstung und Trockenheit besonders im zentralen und östlichen Amazonas-Gebiet werden die Bedingungen für Waldbrände erheblich erhöht. Aber auch die für das östliche Amazonasgebiet vorhergesagten Niederschlagsdefizite stellen einen wichtigen Einflussfaktor dar.

Da sich bei einem hohen Klimaszenario mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre befindet, könnte die CO2-Düngung eine wichtige, aber weitgehend unbekannte Rolle bei diesen Prozessen spielen. Theoretisch können die Bäume durch mehr CO2 mehr Biomasse produzieren und dichtere, Schatten spendende Kronen ausbilden, wodurch die Feuchtigkeit im Unterholz besser gespeichert werden kann. Mehr Biomasse stellt in Dürrejahren aber auch mehr trockenes Brennmaterial zur Verfügung. Die komplexe Reaktion der tropischen Wälder auf ein erhöhtes Kohlendioxidangebot in der Zukunft bleibt nach heutigem Kenntnisstand weitgehend unsicher.⁷

Anmerkungen
1. Brienen R.J.W, et al. (2015): Long-term decline of the Amazon carbon sink. Nature 519, 344–348
2. IPCC (2014): Climate Change 2014, Working Group II: Impacts, Adaptation and Vulnerability, Box 4-3
3. Cochrane, M.A., C.P. Barber (2009): Climate change, human land use and future fires in the Amazon. Global Change Biology 15, 601–612
4. Brando, P.M., J.K. Balch, D.C. Nepstad, D.C. Morton, F.E. Putz et al. (2014): Abrupt increases in Amazonian tree mortality due to drought-fire interactions. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111(17), 6347–52
5. Pivello, V.R. 2011. The use of fire in the cerrado and Amazonian rainforests of Brazil: past and present. Fire Ecology 7(1): 24-39. doi: 10.4996/fireecology.0701024
6. Balch, J.K., D.C. Nepstad, and L.M. Curran (2009): Pattern and process: fire-initiated grass invasion at Amazon transitional forest edges, in: M.A. Cochrane (editor): Tropical fire ecology: climate change, land use and ecosystem dynamics, 481-502, Springer Praxis Books, Heidelberg
7. De Faria, B.L., P.M Brando, M.N. Macedo, P.K. Panday, B.S. Soares-Filho and M. T. Coe (2017): Current and future patterns of fire-induced forest degradation in Amazonia, Environ. Res. Lett. 12 (2017) 095005, https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa69ce; Lizenz: CC BY
8. Marengo, J. A., Fisch, G. F., Alves, L. M., Sousa, N. V., Fu, R., and Zhuang, Y. (2017): Meteorological context of the onset and end of the rainy season in Central Amazonia during the GoAmazon2014/5, Atmos. Chem. Phys., 17, 7671-7681, https://doi.org/10.5194/acp-17-7671-2017
9. Jiménez-Muñoz, J. C. et al. (2016): Record-breaking warming and extreme drought in the Amazon rainforest during the course of El Niño 2015–2016. Sci. Rep. 6, 33130; doi: 10.1038/srep33130
10. Erfanian, A., G. Wang & L. Fomenko (2017): Unprecedented drought over tropical South America in 2016: significantly under-predicted by tropical SST, Scientific Reports 7: 5811 | DOI:10.1038/s41598-017-05373-2
11. Marengo, J.A., & J.C. Espinoza (2016): Extreme seasonal droughts and floods in Amazonia: causes, trends and impacts. International Journal of Climatology 36(3), 1033–1050
12.  IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 14.4
13.  Gloor, M., J. Barichivich, G. Ziv, R. Brienen, J. Schöngart, P. Peylin, B. Barcante Ladvocat Cintra, T. Feldpausch, O. Phillips, and J. Baker (2015): Recent Amazon climate as background for possible ongoing and future changes of Amazon humid forests, Global Biogeochemical Cycles, 29, doi:10.1002/2014GB005080
14. IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, Figure 14.21
15. IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, Annex I: Atlas of Global and Regional Climate Projections Supplementary Material RCP8.5, Figure AI.SM8.5.52
16. Lindsey, R. (2004): From Forest to Field: How Fire is Transforming the Amazon, https://earthobservatory.nasa.gov/Features/AmazonFire/; NASA public domain, Foto Genehmigung Compton Tucker, NASA GSFC
17. IPCC (2014): Climate Change 2014, Working Group II: Impacts, Adaptation and Vulnerability, Figure 4-8; Reproduktion erlaubt ohne Veränderung am Original.
18. Die Feuerintensität ist bezogen auf die Energie an der Feuerfront und abgeleitet aus der Berechnung der Streufeuchte und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Feuerfront. Vgl. Forest Encyclopedia Network und Waldbrandgefahrenindex WBI des DWD.