Die Vegetation reguliert den Energieaustausch in der Arktis

Die globale Erwärmung verändert die Arktis durch Auftauen des Permafrosts, Gletscherschmelze, Dürren, Brände und Veränderungen der Vegetation. Diese Entwicklungen sind stark mit dem Energieaustausch zwischen Land und Atmosphäre verbunden. Forschende der Universität Zürich haben nun gezeigt, dass verschiedene Pflanzengemeinschaften in der Tundra eine Schlüsselrolle bei diesem Energieaustausch spielen, aber in Klimamodellen nicht berücksichtigt werden.

Die Hitzewellen, die diesen Sommer über Europa hinwegfegten, haben vielen Menschen vor Augen geführt, wie wichtig Pflanzen sind, um die Umwelt abzukühlen. Doch wie wirken sich die verschiedenen Vegetationsarten der Arktis auf den Energieaustausch zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre aus? Eine hochaktuelle Frage, denn die Region hat eine große Bedeutung für das Klima. Die Arktis erwärmt sich mehr als doppelt so schnell wie der globale Durchschnitt, was regional zum Auftauen von Permafrost und schmelzenden Gletschern führt. Global schlägt sich diese Erwärmung in Folgen fernab der Arktis nieder, beispielsweise in Kälteschäden in Ökosystemen in Ostasien.

Ähnlicher Wärmeflussunterschied wie zwischen Gletschern und Grasland

Ein internationales Team unter der Leitung von zwei Forschenden des Instituts für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich (UZH) hat nun den Energiehaushalt der Landoberfläche in der Arktis genauer unter die Lupe genommen. Ihrer Studie zufolge ist die vielfältige Vegetation der Arktis, die in Klimamodellen vernachlässigt wird, einer der Schlüsselfaktoren für den Energieaustausch zwischen der Landoberfläche der Erde und der Atmosphäre. „Bemerkenswerterweise ist im Sommer der Unterschied im Wärmestrom zwischen zwei Vegetationstypen – etwa einer Landschaft, die von Flechten und Moosen dominiert wird, und einer mit Sträuchern – etwa gleich groß wie zwischen der Oberfläche von Gletschern und grünen Graslandschaften“, sagt Postdoc Jacqueline Oehri, Erstautor der Studie.

Vegetationstypen verknüpft mit Daten von 64 Messstationen

Die arktische Vegetation ist sehr vielfältig und reicht von Trockenrasen und Feuchtgebieten über Buschland, das von Zwergsträuchern dominiert wird, bis hin zu Ödland mit Moosen und Flechten. Diese Vegetationsvielfalt verknüpften die Forscher mit allen verfügbaren Energieaustauschdaten, die von 64 Messstationen in der Arktis zwischen 1994 und 2021 gesammelt wurden. Ihr Fokus lag auf den Sommermonaten zwischen Juni und August, in denen die Sonneneinstrahlung und damit die Energieaufnahme besonders hoch ist. Je nach Vegetationstyp wird entweder die Oberfläche oder die Luft unterschiedlich stark erwärmt. Zudem erwärmen sich die Böden mit zunehmender Strauchdichte früher nach dem Winter. „Die dunklen Zweige der Sträucher tauchen früh unter dem Schnee auf, nehmen das Sonnenlicht auf und geben es an die Oberfläche ab, lange bevor der Schnee schmilzt“, erklärt Oehri.

Abkühlende Vegetation kann Permafrost in der Tundra erhalten

«Unsere Erkenntnisse zu den Energieflüssen in der Arktis sind äusserst relevant, da der Erhalt des Permafrosts stark vom Wärmeeintrag in den Boden abhängt», sagt UZH-Professorin Gabriela Schaepman-Strub. Die Daten der Studie ermöglichen es, die Auswirkungen verschiedener Pflanzengemeinschaften und deren Verbreitung in Klimavorhersagen einzubeziehen. So können Forscher mit verbesserten Klimamodellen berechnen, ob und inwieweit die Tundra-Vegetation in der Arktis eine Rolle bei der Abkühlung der Landoberfläche spielt.

Präzisionsmodelle erfordern zusätzliche Messstationen

„Wir wissen jetzt, welche Pflanzengemeinschaften durch Energieaustausch besonders stark kühlen oder erwärmen. Dadurch können wir bestimmen, wie sich Veränderungen in Pflanzengemeinschaften, die in vielen Regionen der Arktis auftreten, auf den Permafrost und das Klima auswirken“, sagt Schaepman -Strub. Dies erfordert insbesondere Verbesserungen bei der Datenerhebung.

Obwohl sich die Arktis rasant verändert und großen Einfluss auf die Klimadynamik des gesamten Planeten hat, gibt es in dieser Region nur wenige zuverlässige Messstationen. Die Studienautoren fordern nicht nur, dass bestehende Stationen in Betrieb bleiben, sondern glauben auch, dass neue Stationen in jenen arktischen Landschaftstypen benötigt werden, die aufgrund unvollständiger Daten nur teilweise analysiert werden konnten.