Wissenschaftler untersuchen anhand von Baumringen, wie sich der steigende Meeresspiegel auf Küstenwälder auswirkt

Sonnenlicht fällt durch die Baumkronen von Kiefern, Stechpalmen, Amberbäumen und Rot-Ahorn, während in der Ferne Vogelrufe widerhallen. Diese Küstenwälder mögen wie andere Wälder im Mittelatlantik wirken, aber eine versteckte Herausforderung lauert. Diese Bäume stehen hoch neben ihren Nachbarn in den Salzwiesen, wo der Wind den scharfen Geruch von schwefelhaltigem Meerwasser herträgt, und sind mehr als nur ein Teil der Landschaft – sie sind lebende Monumente einer sich rasch verändernden Umwelt.

Angesichts des steigenden Meeresspiegels ist die Zukunft dieser Wälder ungewiss. Während sich die angrenzenden Salzwiesen an das eindringende Wasser anpassen können, ist die Zukunft der Bäume, die durch die immer häufigeren Salzwasserüberschwemmungen gefährdet sind, düsterer. Darüber hinaus steigen die Temperaturen und die Niederschlagsmuster verändern sich. Wie lange kann der Wald dem Druck des Klimawandels standhalten? Wann wird er schließlich einer steigenden Flut erliegen?

Steigende Gezeiten

Küstenwälder bedecken tief liegendes Land knapp über dem Meeresspiegel, das neben Gezeitensümpfen liegt. Da diese Wälder tief und in der Nähe von Gezeitenkanälen liegen, können sie mit Salzwasser überflutet werden, was ein paar Mal im Jahr oder nur während der schwersten Stürme passieren kann. Wenn der Meeresspiegel jedoch steigt, verschiebt sich die Grenze zwischen Land und Meer nach oben, was zu häufigeren Überschwemmungen führt.

Gezeitensümpfe bauen dynamisch ihre Höhe auf oder wandern hangaufwärts, wobei sie ihre Position relativ zu Überschwemmungen beibehalten. Wälder dagegen sind weit weniger anpassungsfähig. An den unteren Rändern beginnen einzelne Bäume abzusterben, was den Wald zum Rückzug zwingt, bis ein Friedhof aus toten Bäumen übrig bleibt – ein sogenannter „Geisterwald“.

Hier schlagen salztolerante Sumpfpflanzen wie das Glatte Schlickgras (Spartina alterniflora) Wurzeln und bilden einen grünen Teppich unter den Überresten des einst blühenden Waldes. Diese Veränderung ist für die Gezeitensümpfe von Vorteil, da sie sich trotz Erosion oder anderer Bedrohungen ausbreiten können, geht jedoch auf Kosten des Küstenwaldes.

Die harte Realität dieses Wandels ist in vielen Küstengebieten bereits deutlich zu spüren, wo hektarweise abgestorbene Bäume als Zeichen des vordringenden Salzwassers stehen. Der Rückzug der Küstenwälder kann zu einem Verlust der Artenvielfalt und möglicherweise zur Bindung von Kohlenstoff führen; zumindest bedeutet er den Verlust eines wichtigen Pufferraums zwischen Land und Meer.

Die Hangneigung spielt eine Rolle bei der Bestimmung, wo diese Wälder zurückweichen, aber die Variabilität ist so groß, dass sich Landverwalter fragen: Wo werden die Wälder zurückweichen und wo werden Gezeitensümpfe ihren Platz einnehmen? Eine proaktive Bewirtschaftung ist von größter Bedeutung, denn wenn die Bäume erst einmal zu sterben beginnen, ist es wahrscheinlich zu spät, ihr Schicksal zu ändern.

Um diese Veränderungen vorherzusehen, ist es wichtig, die Feinheiten zu verstehen, die vor dem Absterben der Bäume auftreten. Anzeichen für Stress lassen sich daran erkennen, wie gut die Bäume wachsen, wenn Überschwemmungen zunehmen, die Temperaturen steigen und sich die Niederschlagsmuster ändern. Diese Anzeichen zeigen, welche Bedingungen letztendlich zum Absterben der Bäume führen können, und je nach anderen Eigenschaften des Waldes, wo Küstenwälder anfälliger für einen Rückzug sind.

Baumringe zeigen ganz konkrete Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs

A Studieerschienen in Grenzen in Wäldern und globalem Wandelhat sich mithilfe der Dendrochronologie, der Analyse von Baumwachstumsringen, eingehend mit diesem Thema befasst, um die Zusammenhänge zwischen Überschwemmungen, Klimavariablen und standortspezifischen Bedingungen zu erforschen.

Die Dendrochronologie ermöglicht es uns, die Bedingungen zu verstehen, unter denen Bäume gedeihen oder leiden, wobei schmalere Wachstumsringe Stressperioden anzeigen. Traditionell wurden einfache Korrelationen verwendet, um diese Zusammenhänge zu untersuchen, aber die Forscher verwendeten eine andere Technik: die gradientenverstärkte lineare Regression.

Dieser Ansatz des maschinellen Lernens kann Komplexitäten aufdecken, die Korrelationen möglicherweise übersehen, wie etwa nichtlineare Wachstumsmuster über ein Spektrum von Umweltbedingungen hinweg. Sie wendeten diese Methode an vier Standorten an, mit drei Baumarten, die in den Küstenwäldern von New Jersey und Delaware häufig vorkommen: Sumpfkiefer, Pechkiefer und Amerikanische Stechpalme.

Die Forscher vermuteten, dass der steigende Meeresspiegel zu einem verringerten Wachstum bei allen Arten führen würde. Die Ergebnisse waren jedoch weitaus differenzierter. Die Auswirkungen des steigenden Meeresspiegels auf das Baumwachstum variierten je nach Temperatur, Niederschlag und Standort. An einem Standort stellten sie fest, dass Amerikanische Stechpalmen besser wuchsen, wenn der Wasserstand im Winter höher war. Loblolly-Kiefern schienen anfällig für den Wasserstand im Herbst zu sein.

Sie beobachteten auch häufige nichtlineare Wachstumsreaktionen, was ein komplexeres Bild davon zeichnete, wie diese Wälder auf steigende Meeresspiegel und Klimawandel reagieren. Das Team analysierte auch, ob die Ergebnisse der Gradientenverstärkung darauf hindeuteten, dass es den Bäumen bei vorhergesagten Temperatur-, Niederschlags- und Wasserstandsänderungen besser oder schlechter gehen würde. Die Ergebnisse zeigten nur wenige konsistente Muster und unterstrichen den Einfluss art- und standortspezifischer Faktoren auf die allgemeine Anfälligkeit.

Lernen, Küstenwälder zu bewirtschaften

Bevor Bäume den Punkt erreichen, von dem es kein Zurück mehr gibt, sind die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf ihr Wachstum alles andere als einfach. In manchen Fällen könnte der Klimawandel sogar die Widerstandsfähigkeit gegen vermehrte Überschwemmungen erhöhen. So könnte die Sumpfkiefer, die in den untersuchten Gebieten am nördlichsten verbreitet ist, von wärmeren Wintern profitieren und so möglicherweise einige der durch Überschwemmungen verursachten Belastungen abmildern.

Auch bei der Amerikanischen Stechpalme zeigten sich an den beiden Standorten deutlich unterschiedliche Ergebnisse, möglicherweise aufgrund unterschiedlicher Feuchtigkeitsverfügbarkeit. Diese und andere Faktoren tragen wahrscheinlich zur Variabilität bei, wie und wann bestimmte Küstenwälder als Reaktion auf den Anstieg des Meeresspiegels zurückgehen werden.

Insgesamt sind die Auswirkungen des Klimawandels und der zunehmenden Häufigkeit von Überschwemmungen auf die Küstenwälder komplex und oft nicht linear, was die Notwendigkeit differenzierter Strategien zur Waldbewirtschaftung unterstreicht.

In Zukunft könnten ähnliche dendrochronologische Studien als wertvolle Instrumente zur Beurteilung der Anfälligkeit der Küstenwälder gegenüber dem Klimawandel und dem Anstieg des Meeresspiegels dienen. Die Erkenntnisse des Teams sollen als Grundlage für Landmanagementbemühungen dienen und dabei helfen, angesichts des zunehmenden Drucks durch den Klimawandel und den Anstieg des Meeresspiegels ein Gleichgewicht zwischen der Erhaltung der Küstenwälder und der Gezeitensümpfe zu finden.