Der globale Klimawandel hat die Brandgefahr bereits verschärft und wird wahrscheinlich noch mehr Veränderungen anheizen, da sich beschleunigende Rückkopplungsschleifen katastrophale Folgen sowohl für die Biodiversität als auch für die menschliche Bevölkerung haben. Die genaue Vorhersage der Risiken und Auswirkungen von Busch- und Waldbränden weltweit ist jedoch noch in Arbeit.
In einer neuen Studie hat ein Team von Yale-Wissenschaftlern und Kollegen aus Südafrika, Gabun und den Vereinigten Staaten mehr als 1.000 vorgeschriebene Feuer in Grassavannen gelegt, einem Ökosystem, in dem mehr als 80 % der weltweiten Feueraktivität stattfindet. Anhand der Ergebnisse der experimentellen Brände testeten sie ein Modell, das Klimawissenschaftlern helfen wird, genauer vorherzusagen, wann und wo Änderungen der erwarteten Häufigkeit und Intensität von Bränden wahrscheinlich auftreten werden und wie sie sich auf den globalen Klimawandel auswirken werden.
Sie berichten die Ergebnisse am 20. Juni im Journal Proceedings of the National Academy of Science.
„Gebiete wie der amerikanische Westen und afrikanische Savannen können plötzlich von einem nicht brennbaren Zustand in einen Zustand wechseln, in dem alles brennt, oder umgekehrt“, sagte Seniorautorin Carla Staver, außerordentliche Professorin für Ökologie und Evolutionsbiologie in Yale. „Die Vorhersage, wann diese Schwelle überschritten wird, ist entscheidend für das Verständnis der Auswirkungen, die Brände jetzt haben und in Zukunft haben werden.“
Das Yale-Team unter der Leitung von Anabelle Cardoso, einer ehemaligen Postdoktorandin in Stavers Labor, die jetzt an der University at Buffalo ist, legte Brände im Krüger-Nationalpark in Südafrika und in anderen Savannen in Afrika und den Vereinigten Staaten. Anschließend maßen sie Variablen wie grasbewachsene Brennstoffbiomasse, Feuchtigkeitsgehalt, Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit sowie saisonale Variablen wie Niederschlag.
Ihre Ergebnisse, so berichten sie, weisen darauf hin, dass die Ausbreitung von Bränden analog zur Übertragung von Infektionskrankheiten ist und auf die gleiche Weise modelliert werden kann, wie Beamte des öffentlichen Gesundheitswesens Krankheitsausbrüche vorhersagen. Wie Infektionskrankheiten benötigen Brände eine „Zündquelle“ (jemand, der sich zuerst mit der Krankheit infiziert), ein Minimum an Brennstoff zum Verbrennen (genügend Menschen in der Bevölkerung, die anfällig für eine Infektion sind) und günstige Umweltbedingungen, um sich schnell auszubreiten (a Krankheit, die sehr ansteckend ist, und eine anfällige Bevölkerung, die nicht versucht, die Übertragung zu minimieren).
„Und wie eine zuvor infizierte Person gewinnt ein verbranntes Gebiet ‚Immunität‘ gegen zukünftige Brände, bis eine ausreichende Menge an Brennstoff nachwächst“, sagte Staver. „Der Klimawandel beeinträchtigt diese Immunität, weil einige Orte mehr brennen und andere aufhören zu brennen. In beiden Fällen werden die Biodiversität und die Funktion des Ökosystems beeinträchtigt.“
Brände gedeihen, wenn die Feuchtigkeit niedrig, die Temperaturen hoch und die Luftfeuchtigkeit mäßig bis niedrig ist. All diese Bedingungen können durch den Klimawandel verschärft werden, sagen die Autoren. Wenn die Umgebungsbedingungen in Bezug auf verfügbaren Brennstoff und Trockenheit einen bestimmten Schwellenwert erreichen, können die Risiken intensiver Brände und gefährlicher Brände schnell zunehmen.
„Schwellenwerte sind wie Schalter. Sobald sie umgelegt sind, ändert sich alles schnell. Es ist nicht allmählich“, sagte Cardoso. „Das Brandrisiko geht nicht in kleinen Schritten von ‚niedrig‘ zu ‚gefährlich‘. Vielmehr kann es ohne Warnzeichen von ‚niedrig‘ zu ‚alles brennt‘ gehen.“
Bildnachweis: Yale University
Landverwalter mit Erfahrung im Umgang mit Bränden verstehen diese Brandschwellen intuitiv und wissen, wie schnell sich Brandbedingungen von sicher zu gefährlich ändern können. Viele Modelle, die von Wissenschaftlern verwendet werden, um die aktuellen und zukünftigen globalen Auswirkungen von Bränden vorherzusagen, berücksichtigen diese Schwellenwerte und die Menge an Kohlenstoff, die während dieser Brandereignisse freigesetzt wird, jedoch nicht vollständig, was es schwierig machen könnte, zukünftige Brandrisiken genau vorherzusagen, so die Autoren sagen.
Interessanterweise haben die Auswirkungen des globalen Wandels – insbesondere der Dürre – und eine Zunahme der Viehweide die Menge an Brennstoff, die für Brände in einigen afrikanischen Savannen verfügbar ist, tatsächlich reduziert. Andere Gebiete der Welt, einschließlich des amerikanischen Westens, sind jedoch einem weitaus größeren Risiko von katastrophalen Bränden ausgesetzt, da die Brennstoffe stärker austrocknen.
„Der Schalter kann in beide Richtungen funktionieren“, sagte Staver.
Quantifizierung der Umweltgrenzen für die Ausbreitung von Bränden in grasbewachsenen Ökosystemen, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2110364119.