Rita Adrian ist Hauptautorin der Arbeitsgruppe II (Auswirkungen, Anpassung, Verwundbarkeit) des heute veröffentlichten Sechsten Sachstandsberichts des IPCC. Sie hat zum Kapitel „Terrestrial and Freshwater Ecosystems and their Services“ beigetragen. Sie ist Professorin für Limnologie an der Freien Universität Berlin und leitete bis Ende 2021 die Abteilung Ökosystemforschung am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB). Sie untersucht die langfristige Entwicklung von Seen und untersucht deren Einfluss Umweltveränderungen an Gewässern. Ihr Motto für dieses Interview: Zahlen sprechen lassen! Anlässlich des sechsten IPCC-Berichts also sechs Zahlen, die die aktuellen und prognostizierten Auswirkungen des Klimawandels auf Süßwasserökosysteme veranschaulichen. Wir nehmen es mit der 3, der 4, der 18, der 10, der 20 und der 60 auf.
Frau Adrian, jetzt ist er fertig, Ihr Beitrag zum IPCC-Bericht. Was geht dir durch den Kopf?
Dieser IPCC-Bericht wurde von 270 Autoren aus 67 verschiedenen Ländern erstellt und repräsentiert den „Goldstandard“ der wissenschaftlichen Erkenntnisse zu den Auswirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme und Gesellschaften. Die IPCC-Berichte sind eine einzigartige Zusammenarbeit zwischen Forschern, die den Bericht schreiben, und Regierungen, die den Bericht in Auftrag geben und ihn als Grundlage für politische Entscheidungen verwenden. Unser Bericht wird die Grundlage für Diskussionen bei den COP27-Verhandlungen im November in Ägypten sein. Trotz des enormen Aufwands ist man als Wissenschaftler sehr zufrieden. Wir haben sehr gute Beweise für die Auswirkungen des Klimawandels auf Binnengewässer. Die Datenbasis aus langjähriger Forschung, aus experimentellen Studien, Fernerkundung und Modellierung wird immer besser. Wir können also recht gut in die Zukunft sehen. Forscherinnen und Forscher sind zunehmend in internationalen Netzwerken aktiv, um die Auswirkungen des Klimawandels lokal und vor allem global zu erforschen.
In meiner Rolle als Bürger würde ich mir jetzt natürlich wünschen, dass klare Ziele gesetzt werden, wie wir Emissionen reduzieren und Ökosysteme widerstandsfähiger gegen den Klimawandel machen.
Wir haben vereinbart, heute über Zahlen zu sprechen. Sie haben mir sechs verschiedene gegeben, die beispielhaft für Süßwasser im Klimawandel sind. Beginnen wir mit der 3.
Die 3 steht für die Binnengewässer selbst, Ökosysteme, die in der Politik oft als dritter Lebensraum neben Land und Meer untergehen. Der Sechste Sachstandsbericht des Weltklimarats misst den Binnengewässern und ihrer Ökologie sowie der Ressource Süßwasser große Bedeutung bei. Das ist notwendig! Der Klimawandel wirkt sich auf Seen und Flüsse sowie auf die Menschen und Tiere aus, die von ihnen abhängig sind. Binnengewässer haben sich bereits stark erwärmt, sie verlieren Sauerstoff, die Eisdecke schwindet. Höhere Wassertemperaturen verstärken die Algenblüte mit negativen Auswirkungen auf die Trinkwasserversorgung und den Erholungswert. Immer mehr Flüsse und Kleingewässer trocknen zeitweise aus mit negativen Folgen für die Biodiversität. Der globale Erwärmungstrend wird auch von extremen Dürren und Überschwemmungen begleitet. Viele Regionen sind von Wasserknappheit und sinkenden Grundwasserspiegeln betroffen.
Wenn wir an den Klimawandel denken, fällt uns als Erstes die Erwärmung ein – fangen wir damit an. Was wäre, wenn wir in die Zukunft des Klimawandels blicken – und das tun Forscher anhand mathematischer Modellszenarien. Wie wird die Erwärmung des Süßwassers aussehen?
Legt man das höchste Klimaszenario zugrunde, werden Wassertemperaturen, wie sie in den letzten heißen Sommern in Europa beobachtet wurden, immer „normaler“. Modellszenarien zufolge erwärmen sich Seen schätzungsweise um 0,9 °C pro 1 °C Anstieg der Lufttemperatur. Ein Forscherteam unter Beteiligung des IGB hat dazu im vergangenen Jahr eine Studie veröffentlicht. Sie projizierten auch zukünftige Trends unter verschiedenen Szenarien. Unter einem Niedrigemissionsszenario wird erwartet, dass sich die durchschnittliche Seeerwärmung in Zukunft bei +1,5 °C über dem vorindustriellen Niveau stabilisiert. In einer Hochemissionswelt könnten diese Veränderungen zu einem Anstieg um +4,0 °C führen.
4 °C, das klingt dramatisch im Vergleich zu steigenden Lufttemperaturen. Was sind die Konsequenzen?
Die Wassertemperatur ist der Haupttreiber für fast alle Prozesse in Gewässern. Es beeinflusst die thermische Struktur, die Durchmischung der Wassersäule von Seen, die Nährstoffdynamik, die Wachstumsraten von Organismen und die Eisbedeckung. Mit der Erwärmung vermischen sich Seen seltener, was sich negativ auf die Sauerstofferneuerung in den tieferen Wasserschichten auswirkt.
Der Sauerstoffgehalt im Wasser nimmt also ab?
Ja, der globale durchschnittliche Verlust in den oberen Warmwasserschichten betrug 4 Prozent, was auf die verringerte Löslichkeit von Sauerstoff bei höheren Temperaturen zurückzuführen ist. Im tiefen Wasser hat der Verlust in den letzten 4 Jahrzehnten bereits 18 Prozent erreicht. Der Sauerstoffverlust in Tiefengewässern folgt einem physikalischen Prinzip und hängt mit steigenden Wassertemperaturen an der Oberfläche und einer längeren Warmzeit im Jahresverlauf zusammen: Erwärmt sich das Oberflächenwasser bei stabilen Tiefenwassertemperaturen, wird der Dichteunterschied zwischen diesen Schichten, bekannt als thermische Schichtung, nimmt zu. Je stärker und länger diese Schichtung ist, desto unwahrscheinlicher ist eine Vermischung. Dadurch gelangt weniger Sauerstoff in die tieferen Wasserschichten.
Welche Auswirkungen hat der reduzierte Sauerstoffgehalt?
Dies ist besonders problematisch für die kälteliebenden Fischarten, die in kaltem Tiefenwasser leben. Diese Arten können sich nur bedingt nach oben bewegen – da es ihnen dort zu warm ist. Sie sind einem doppelten Stress ausgesetzt: durch Hitze und Sauerstoffmangel. Bei höheren Temperaturen steigen die Stoffwechselkosten – was sich negativ auf Wachstum und Reproduktion auswirkt – mit Verlusten an Biodiversität und Fischerei.
Dies ist ein großes Problem für Länder, in denen Fisch eine wesentliche Nahrungsquelle für die Menschen ist – wie in Teilen Afrikas. Hier werden unter zukünftigen Klimaszenarien große Verluste projiziert. Zusätzlich zu den Verlusten für die Fischerei verlieren wir auch einen großen Teil endemischer Fischarten – Arten, die nur in diesen Seen vorkommen. In unseren Breiten verschiebt sich die südliche Verbreitungsgrenze kälteliebender Fischarten nach Norden. Dies betrifft zum Beispiel Coregonus, Salmoniden, Stint.
Auch die Verfügbarkeit von Sauerstoff beeinflusst die Wasserqualität: Unter sauerstofffreien Bedingungen düngen eutrophe nährstoffreiche Seen von innen aus dem Sediment. Dies fördert die Entwicklung von Algenblüten mit negativen Auswirkungen auf die Trinkwasserversorgung und den Erholungswert für die Bevölkerung. Dies ist ein klassisches Beispiel für eine positive Rückkopplungsschleife, die durch Erwärmung und zunehmende Länge der Seeschichtung ausgelöst wird. Nachhaltige Landwirtschaft mit reduzierten Nährstoffeinträgen in die Gewässer ist eine Option zur Anpassung.
Sie haben auf das thermische Schichtungsverhalten angespielt. Inwieweit spielt das eine Rolle bei der Algenentwicklung und der Wasserqualität?
Ja, es ist wie immer komplexer, als es auf den ersten Blick scheint. Im Durchschnitt hat die Algenbiomasse in Seen weltweit in den letzten Jahrzehnten zugenommen – aufgrund des positiven direkten Effekts höherer Temperaturen auf das Algenwachstum und des indirekten Effekts der internen Düngung als Folge der Verlängerung der thermischen Schichtung im Sommer, wie bereits erwähnt. In tiefen, nährstoffarmen Seen nimmt die Algenbiomasse jedoch tendenziell ab.
Die Änderung der Temperaturschichtung wirkt sich auf die Nährstoffverfügbarkeit innerhalb der Säule aus?
Exakt. Und die Wirkung davon lässt sich in einer Aussage zusammenfassen: Grün wird grüner und Blau wird blauer. Das Phänomen „grüner werdende Seen“ spiegelt die eingangs erwähnte Wirkungskette für nährstoffreiche Seen wider: höhere Temperaturen – längere thermische Schichtung – Sauerstoffverlust in der Tiefe – innere Düngung aus Sedimenten – Zunahme der Algenbiomasse, die das Wasser bildet grün erscheinen. Anders ist dies in tiefen, nährstoffarmen „blauen Seen“. Das Tiefenwasser ist oft die einzige Nährstoffquelle, wenn die Nährstoffe in den oberen Wasserschichten aufgebraucht sind. Inzwischen sind die lichtdurchfluteten oberen Wasserschichten durch Ausdehnung der thermischen Schichtung für längere Zeit von diesem Nährstoffdepot getrennt. Im Durchschnitt nimmt die Algenbiomasse ab – Seen werden „blauer“. Dies kann mit Verlusten für die Binnenfischerei einhergehen.
Wir haben jetzt hauptsächlich über den Sommer gesprochen; was passiert im winter
Seen frieren heute im globalen Durchschnitt zwei bis drei Wochen später zu und tauen ein bis drei Wochen früher auf. Modellszenarien zufolge erwärmen sich Seen pro 1 °C Anstieg der Lufttemperatur schätzungsweise um 0,9 °C und verlieren 10 Tage Eisbedeckung. Zudem haben Seen zunehmend keine durchgehende Eisbedeckung mehr, sondern frieren und tauen mehrmals im Winter auf. Diese intermittierende Eisbedeckung ist eine Beobachtung, die wir auch am Müggelsee in Berlin gemacht haben. Die geografische Zone, in der Seen jetzt eine intermittierende Eisdecke bilden, verschiebt sich weiter nach Norden. Das bedeutet zum Beispiel, dass in Südschweden heute Eisverhältnisse herrschen, wie wir sie hier im Raum Berlin vor einigen Jahrzehnten hatten.
Warum ist die Eisdecke wichtig? Heißt es nicht, dass der See still und starr ruht?
Obwohl der Winter allgemein als eine Zeit relativer Stille angesehen wird, sind die Ökosystemfunktionen während dieser Jahreszeit dynamisch. Darüber hinaus gibt es immer mehr Hinweise darauf, dass die Bedingungen im Winter die Voraussetzungen für die Bedingungen im Sommer schaffen und sich beispielsweise Temperaturänderungen in tiefen Seen über mehrere Jahre in tiefen Seen ausbreiten. Die Eisbedeckung verändert einen See grundlegend, indem sie ihn von der umgebenden Landschaft und Atmosphäre isoliert. Die Dicke und die optischen Eigenschaften von Eis und Schnee regulieren die Menge der in den See einfallenden Sonnenstrahlung und schützen ihn gleichzeitig vor Wind. Folglich ist die Eisbedeckung ein wichtiger Faktor, der die Wassermischung in Seen reguliert und vertikale thermische und chemische Gradienten strukturiert.
Wie verändern sich die Lebensbedingungen für Wasserorganismen im Allgemeinen?
Ja, nicht nur die schlechtere Wasserqualität und sinkende Sauerstoffverhältnisse setzen den Lebewesen im Gewässer zu. Es ist auch die Veränderung des thermischen Lebensraums. Stellen Sie sich das so vor: Die meisten Lebewesen im Wasser sind wechselwarm (poikilothermisch) – das heißt, sie passen ihre Temperatur der Umgebungstemperatur des Wassers an. Jede Art hat ihren eigenen Temperaturbereich, an den ihre Körperfunktionen wie Stoffwechsel und Fortpflanzung angepasst sind. Dieser Temperaturbereich bestimmt maßgeblich, in welcher Tiefe und zu welcher Jahreszeit Arten in Seen vorkommen. Innerhalb des großen Gewässers gibt es also unterschiedliche – warme und kalte – thermische Lebensräume. In einer kürzlich durchgeführten Studie haben wir quantifiziert, dass die thermischen Habitate zwischen 1978–1995 und 1996–2013 in 139 Seen für weniger anpassungsfähige Arten, z. B. Arten, die auf eine Tiefe und eine Jahreszeit beschränkt sind, mit einem Erwärmungstrend von weltweit um fast 20 Prozent reduziert wurden etwa 1 ° C. Für wärmeliebende Arten kann dies eine Zunahme des thermischen Lebensraums in der gleichen Größenordnung bedeuten. Wir werden kälteliebende Arten verlieren – wie rote Forelle und Lake Cisco. Hitzetolerante Arten wie Brassen, Rotaugen oder Zander könnten davon profitieren.
Veränderte Lebensräume in Gewässern, aber werden Lebensräume ganz verschwinden?
Ja leider! Im neuen IPCC-Bericht dokumentieren wir, dass Hitzeextreme, die Erwärmungstrends überlagern, die enorme Fragmentierung von Flüssen verstärken, die bereits durch Dammbildung oder Wasserentnahme verursacht wurde. Etwa 60 Prozent der weltweiten Wasserläufe versiegen vorübergehend. Wenn Gewässerabschnitte vorübergehend austrocknen, stellt dies vor allem für wandernde Fischarten eine unüberwindbare Hürde dar. Außerdem werden Ufersedimente freigelegt und mit Luftsauerstoff versorgt. Dies führt zu einem verstärkten mikrobiellen Abbau von organischem Material unter Freisetzung von Treibhausgasen. Dies ist nur einer der Mechanismen, die Seen und austrocknende Flüsse zu Quellen von Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre machen – und so die globale Erwärmung in einer positiven Rückkopplungsschleife verstärken.
Die IPCC-Berichte sind eine Erfolgsgeschichte. Wissenschaftliche Strenge und Genauigkeit sind die Markenzeichen für die IPCC-Zulassung, die zuvor von Hunderten von Forschern, Experten und Regierungsbeamten bewertet wurde. Hier können wir Wissenschaftler unsere Erkenntnisse und Risikobewertungen in eine Form bringen, die als Grundlage für die Politikumsetzung genutzt werden kann.