Die globale Erwärmung verändert die Vegetationsstruktur der Wälder im hohen Norden. Dieser Trend wird sich laut NASA-Forschern mindestens bis zum Ende dieses Jahrhunderts fortsetzen. Die Veränderung der Waldstruktur könnte mehr Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre absorbieren oder das Auftauen des Permafrosts verstärken, was zur Freisetzung von uraltem Kohlenstoff führen würde. Millionen von Datenpunkten der Missionen Ice, Cloud and Land Elevation Satellite 2 (ICESat-2) und Landsat flossen in diese neueste Forschung ein, die zur Verbesserung von Computermodellen zur Klimavorhersage verwendet werden soll.
Die Tundralandschaften werden höher und grüner. Mit der Klimaerwärmung verändert sich die Vegetation der Wälder im hohen Norden, es wachsen mehr Bäume und Sträucher. Diese Veränderungen in der Vegetationsstruktur borealer Wälder und der Tundra werden sich laut einer kürzlich veröffentlichten Studie von NASA-Wissenschaftlern noch mindestens die nächsten 80 Jahre fortsetzen.
Boreale Wälder wachsen im Allgemeinen zwischen dem 50. und 60. nördlichen Breitengrad und bedecken große Teile Alaskas, Kanadas, Skandinaviens und Russlands. Das Biom ist die Heimat immergrüner Pflanzen wie Kiefern, Fichten und Tannen. Weiter nördlich haben der Permafrost und die kurze Vegetationsperiode des Tundrabioms es historisch schwierig gemacht, große Bäume oder dichte Wälder zu unterstützen. Die Vegetation in diesen Regionen besteht stattdessen aus Sträuchern, Moosen und Gräsern.
Die Grenze zwischen den beiden Biomen ist schwer zu erkennen. Frühere Studien haben gezeigt, dass das Pflanzenwachstum in hohen Breiten zunimmt und sich nach Norden in Gebiete ausbreitet, die früher spärlich mit Sträuchern und Gräsern der Tundra bedeckt waren. Die neue von der NASA geleitete Studie stellt nun eine zunehmende Präsenz von Bäumen und Sträuchern in diesen Tundraregionen und angrenzenden Übergangswäldern fest, wo boreale Regionen und Tundra aufeinandertreffen. Dies wird voraussichtlich mindestens bis zum Ende des Jahrhunderts so bleiben.
„Die Ergebnisse dieser Studie ergänzen eine wachsende Zahl von Arbeiten, die eine Veränderung der Vegetationsmuster im borealen Waldbiom feststellen“, sagte Paul Montesano, Hauptautor der Studie und Wissenschaftler am NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. „Wir haben Satellitendaten verwendet, um das zunehmende Vegetationswachstum in diesem Biom seit 1984 zu verfolgen, und wir haben festgestellt, dass es dem ähnelt, was Computermodelle für die kommenden Jahrzehnte vorhersagen. Dies zeichnet ein Bild anhaltender Veränderungen für die nächsten etwa 80 Jahre, die in Übergangswäldern besonders ausgeprägt sind.“
Wissenschaftler fanden Vorhersagen für „positive mittlere Höhenänderungen“ in allen Tundralandschaften und Übergangswäldern (zwischen borealer Zone und Tundra), die in dieser Studie untersucht wurden. Dies lässt darauf schließen, dass Bäume und Sträucher in Gebieten, in denen sie derzeit spärlich sind, sowohl größer als auch zahlreicher sein werden.
„Die mit der Verschiebung einhergehende Zunahme der Vegetation kann möglicherweise einen Teil der Auswirkungen der steigenden CO2-Emissionen ausgleichen, indem sie durch Photosynthese mehr CO2 absorbiert“, sagte Studien-Co-Autor Chris Neigh, NASA-Projektwissenschaftler für Landsat 8 und 9 am Goddard-Staudamm. Der durch diesen Prozess absorbierte Kohlenstoff würde dann in Bäumen, Sträuchern und im Boden gespeichert.
Die Veränderung der Waldstruktur kann auch zum Auftauen von Permafrostgebieten führen, da die dunklere Vegetation mehr Sonnenlicht absorbiert. Dies könnte CO2 und Methan freisetzen, das seit Tausenden von Jahren im Boden gespeichert ist.
In ihrem im Naturkommunikation Erde & Umwelt Im Mai beschrieben NASA-Wissenschaftler die Mischung aus Satellitendaten, maschinellem Lernen, Klimavariablen und Klimamodellen, die sie verwendeten, um zu modellieren und vorherzusagen, wie die Waldstruktur in den kommenden Jahren aussehen wird. Konkret analysierten sie fast 20 Millionen Datenpunkte von NASAs ICESat-2. Anschließend glichen sie diese Datenpunkte mit Zehntausenden von Aufnahmen nordamerikanischer borealer Wälder zwischen 1984 und 2020 von Landsat ab, einer gemeinsamen Mission der NASA und des US Geological Survey. Um Modelle mit derart großen Datenmengen zu erstellen, sind fortgeschrittene Rechenkapazitäten erforderlich, die als „Big Data“-Projekte bezeichnet werden.
Die ICESat-2-Mission verwendet ein Laserinstrument namens Lidar, um die Höhe von Oberflächenmerkmalen der Erde (wie Eisschichten oder Bäumen) vom Weltraum aus zu messen. In der Studie untersuchten die Autoren diese Messungen der Vegetationshöhe im hohen Norden, um zu verstehen, wie die aktuelle boreale Waldstruktur aussieht. Anschließend modellierten die Wissenschaftler mehrere zukünftige Klimaszenarien – unter Berücksichtigung unterschiedlicher Szenarien für Temperatur und Niederschlag – um zu zeigen, wie die Waldstruktur als Reaktion darauf aussehen könnte.
„Unser Klima verändert sich und während es sich verändert, beeinflusst es fast alles in der Natur“, sagte Melanie Frost, Fernerkundungswissenschaftlerin bei NASA Goddard. „Es ist wichtig für Wissenschaftler, zu verstehen, wie sich die Dinge verändern und dieses Wissen zu nutzen, um unsere Klimamodelle zu verbessern.“
Mehr Informationen:
Paul M. Montesano et al., Eine Verschiebung der Übergangswälder in der nordamerikanischen borealen Zone wird bis 2100 andauern, Kommunikation Erde & Umwelt (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01454-z