Laut einer von Rutgers durchgeführten Studie könnte sich ein Teil des Amazonas-Tieflandregenwaldes – Gebiete, die für die Aufnahme von Kohlendioxid und die Abfederung des Klimawandels von entscheidender Bedeutung sind – im Laufe der Zeit in trockene, grasbewachsene Savannen verwandeln.
Der Bericht, veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenbeschrieb ein neues Verständnis darüber, wie abwechselnde Überschwemmungen in der Regenzeit und Dürre in der Trockenzeit, sogenannte Doppelstress, die Waldbildung einschränken und kurzlebige Grasarten begünstigen können.
„Da Vorhersagen über das zukünftige Klima auf ein trockeneres Klima in den Tropen hinweisen, hilft uns das Wissen, wo und wie die heutigen Wälder zu Savannen werden, vorherzusagen, wie sich der Kohlenstoffkreislauf ändern und die Erwärmung verschärfen könnte“, sagte Caio Mattos, einer der Hauptautoren, der die Forschung durchführte ein Doktorand in der Abteilung für Erd- und Planetenwissenschaften der Rutgers School of Arts and Sciences.
„Wir haben gezeigt, dass mehrere Gebiete des Amazonas-Regenwaldes, die bisher als geschützt galten, Gefahr laufen, sich in einen savannenähnlichen Zustand zu verwandeln.“
Nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) trägt die Amazonasregion zur Stabilisierung des globalen Klimas bei, indem sie über und unter der Erde etwa 123 Milliarden Tonnen Kohlenstoff speichert. Der Verlust von Bäumen durch einen Prozess, den die Studie als „Savannisierung“ bezeichnet, bedeutet, dass die Fähigkeit des Amazonas, Kohlenstoff zu speichern, beeinträchtigt sein könnte.
Die Ergebnisse helfen zu erklären, warum Wälder und Savannen heute unter demselben Klima nebeneinander existieren können, wobei Wälder dauerhaft überschwemmte Gebiete besetzen, wie die ausgedehnten Sumpfwälder im Inneren Amazoniens, oder dauerhaft Dürregebiete, wie die Wälder in gut entwässerten Hochlandgebieten.
Dies impliziert, dass in einem prognostizierten künftigen Klima, das trockener sein wird, einige der dauerhaft überschwemmten Amazonas-Tieflandregionen eine Trockenperiode „spüren“ werden, wodurch die Wälder im Herzen des Amazonas Doppelstress- oder Savannenbedingungen ausgesetzt werden.
„Diese Studie zeigt die Leistungsfähigkeit der Hydrologie bei der Erklärung der Struktur und Funktion von Vegetationsökosystemen“, sagte Ying Fan Reinfelder, Professorin am Department of Earth and Planetary Sciences der Rutgers School of Arts and Sciences und Mitautorin der Studie . „Wir argumentieren, dass die Forschung zum globalen Wandel von einem stärkeren Fokus auf hydrologische Veränderungen profitieren kann.“
Diese Ergebnisse, sagte Reinfelder, stehen im Gegensatz zu den Schlussfolgerungen der meisten Studien zur Zukunft des Amazonas, die zu dem Schluss kamen, dass diese Umwandlung von Wald in Savanne wahrscheinlich auf ein Gebiet des Amazonas beschränkt sein wird – seinen trockeneren südlichen Teil.
Ein Wald ist definiert als eine von Bäumen dominierte Landfläche, die sich durch ein dichtes Blätterdach auszeichnet. Eine Savanne ist ein gemischtes Wald-Grasland-System mit Bäumen, die ausreichend weit voneinander entfernt sind, damit das Sonnenlicht das Graswachstum fördern kann.
Ozeane und Wälder stellen die beiden größten natürlichen Kohlenstoffsenken oder -absorber auf der Erde dar. Bäume entziehen der Luft während der Photosynthese Kohlenstoff. Savannen sind zwar lebenswichtige Quellen der Artenvielfalt, speichern aber weit weniger Kohlenstoff pro Hektar.
Wissenschaftler wissen seit Jahrzehnten, dass die Ränder des Amazonas durch Abholzung bedroht sind, die durch Bevölkerungsdruck und Klimawandel verursacht wird. Die Studie ergab Einblicke in einen Mechanismus, der sich wahrscheinlich auf das Innere des Amazonasgebiets auswirkt.
„Wir haben herausgefunden, dass Überschwemmungen der Schlüssel sind“, sagte Mattos, jetzt Postdoktorand an der Princeton University. „In einigen Teilen der Landschaft schwankt das Grundwasser zwischen zu flach – Baumwurzeln ertrinken – und zu tief – den Wurzeln wird das Wasser entzogen. Dieser doppelte Stress wird nur von Savannenpflanzenarten toleriert. Wälder gedeihen nur, wenn sie in stabilen Hochebenen liegen, also.“ nie überschwemmt, oder in stabilem Tiefland, wo es immer überschwemmt ist.
Um zu ihren Erkenntnissen zu gelangen, griffen die Wissenschaftler auf die Wissenschaft der Hydrologie zurück, die Untersuchung der Eigenschaften des Erdwassers an Land. Um die Wasserkreisläufe der Amazonasregion in der Gegenwart zu simulieren, verwendeten sie ein komplexes Computermodell, im Wesentlichen eine Reihe von Gleichungen, die verschiedene hydrologische Bedingungen darstellen – darunter Flusshöhen, Bodenfeuchtigkeitsniveaus und Verdunstungsraten.
Anschließend ließen sie das Computermodell anhand von Klimaprojektionen für den Zeitraum 2090–2100 laufen und nutzten dabei Daten von Wissenschaftlern des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimaänderungen der Vereinten Nationen (das Hadley-Center-Modell), um die Gebiete zu kartieren, die von permanenten Überschwemmungen zu doppelten Belastungen führen könnten.
Ein Vergleich zwischen aktuellen Darstellungen und zukünftigen Simulationen hydrologischer Belastungen zeigte Auswirkungen auf mehrere ökologisch kritische Bereiche. Überschwemmungswälder im Landesinneren des Amazonasgebiets, beispielsweise im Bundesstaat Amazonas und entlang der Flüsse Madeira und Upper Negro – die als einige der biologisch reichsten Auenwälder der Welt gelten – werden wahrscheinlich betroffen sein.
Auch große Torfgebiete in Peru, einem weiteren Gebiet, das effizient Kohlenstoff absorbiert, können verändert werden, was zur Zersetzung und damit zur Freisetzung von Kohlendioxid in die Atmosphäre führt, was die Erwärmung beschleunigt.
Mehr Informationen:
Caio RC Mattos et al., Doppelter Stress durch Staunässe und Dürre treibt das Zusammenleben von Wald und Savanne voran, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2301255120