Landschaftsentwicklung vor dem Hintergrund globaler

Landschaftsentwicklung vor dem Hintergrund globaler Veränderungen
und deren regionaler Ausprägung/ Auswirkung
Hypothese: 20. und 21. Jahrhundert Schlüsselphase der Menschheitsentwicklung
demographische Daten:
Bevölkerung
(Mrd.)
1800
1
1930
2
1975
4
1987
5
1999
6
2080 ... 2100
10
2200 ... 2300 11 ... 12 (stabil)
Wie sieht eine Welt aus, in der doppelt so viele Menschen leben wie heute?
Ð
??? Fortschreibung heutiger Zustände mit dem Faktor 2 ???
Ð
Wieviel Menschen erträgt die Erde?
Ð
Lösung: Senkung unserer Ansprüche an den Lebensraum
Ð
Konsequenz: Senkung der Umweltbelastungen
Klimaänderungen - natürlich oder anthropogen?
Trotz unterschiedlicher Prognosen der globalen Temperaturentwickung, die durch verschiedene GCMs (General
Circulation Models) vorhergesagt werden, kann man von folgenden Tatsachen ausgehen:
⇒
⇒
⇒
Es wird eine globale Erwärmung geben.
Die arktischen Regionen sind von der Erwärmung am stärksten betroffen.
Größtenteils werden sich diese Erwärmungen dort in den Wintermonaten bemerkbar machen.
Landschaftsökologie
Landschaftsentwicklung und Global Change
Globale Erwärmung - Ursachen und Wirkungen
Waldrodungen, Stadtklima, Partikel in der Troposhäre, Emission von Spurengasen (CO2)
Ð
(1900 - 2 Mrd. Menschen - 1Gt SKE
2000 - 6 Mrd. Menschen - 12-14 Dt SKE)
Ð
75% Verbrennung(Kohle, Erdöl, -gas), 20% Waldrodungen, 5% Holznutzung in Entwicklungsländern
Ð
Verstärkung des natürlichen Treibhauseffektes
(natürlich: überwiegend infolge Wasserdampf, anthropogen: überwiegend CO2)
Globale Erwärmung - erste Anzeichen und weitere Vorboten
Hitzewellen und Perioden
ungewöhnlich warmer
Witterung
Anstieg des Meeresspiegels
und Überflutung von Küsten
Abschmelzen/ Rückzug von
Gletschern
Ausbreitung von
Krankheiten
früherer Frühlingsbeginn
Änderung des Verbreitungsgebietes von Tieren und
Pflanzen, Rückgang von
Populationen
Ausbleichung von
Korallenriffs
Starkregen, starke
Schneefälle, Überflutungen
Dürren und Brände
Erwärmung der Polargebiete
Landschaftsökologie
Landschaftsentwicklung und Global Change
Exkurs: Kohlenstoffkreislauf
Gesamtvorrat der Erde: 26*1015t (99,95% anorganisch / 0,05% organisch)
• Atmosphäre:
gasförmiges CO2
• Gewässer:
gelöstes CO2, CO32-, HCO3-
• 2/3 fossile Lagerstätten
(Torf, Kohle, Erdöl, -gas)
• 1/3 organische Abfälle
(Tier- und Pflanzenreste, Humus)
• Biomasse
• Karbonatgesteine
Kohlenstoffspeicher
Teilkreislauf B: Atmosphäre - Hydrosphäre
Kohlenstoffkreislauf
CO2 + H2O → H2CO3
(kaltes Wasser für CO2 sehr aufnahmefähig!)
⇓
anorganische Kalksedimentbildung
Teilkreislauf A: Atmosphäre - Biosphäre (terrestrisch & marin)
Dissimilation
Assimilation
heterotrophe A.
autotrophe A.
Photosynthese
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6H2O
Chemosynthese
Atmung
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 → 6CO2 + 12H2O
Gärung
Landschaftsökologie
Landschaftsentwicklung und Global Change
Exkurs: Kohlenstoffkreislauf
Zunahme des atmosphärischen CO2 im Verlauf von 20 Jahren
(gemessen 1958 - 1979 auf Mauna Loa):
Schwankung im Jahresgang entsprechen der Photosyntheseaktivitäten der
Pflanzen
mögliche Reaktionen des Kohlenstoffkreislaufes auf eine globale Erwärmung:
⇒ Verringerung der CO2-Aufnahmefähigkeit in den sich erwärmenden Ozeanen → weniger CO2 aus der
Atmosphäre ins Meerwasser
⇒ erwärmte und stabiler geschichtete Meeresoberfläche → Verlangsamung der vertikalen Zirkulation des
Meerwassers und des CO2-Transports in die Tiefe
⇒ Veränderung der Lebensbedingungen der Meeresorganismen im Oberflächenwasser → geringer CUmsatzmengen
⇒ beschleunigte Zersetzung toter Biomasse in Böden → vermehrte CO2-Freisetzung in die Atmosphäre
⇒ Absterben von Wäldern → Abgabe ihres Kohlenstoffs an die Atmosphäre
⇒ vermehrte C-Aufnahme aus der Atmosphäre infolge verstärkter Photosynthese bei gleichzeitiger
Verstärkung der Atmung → mehr CO2 gelangt in die Atmosphäre
Landschaftsökologie
Landschaftsentwicklung und Global Change
Landschaftsentwicklung vor dem Hintergrund globaler Veränderungen
und deren regionaler Ausprägung/ Auswirkung - Beispiel: Alaska
Landschaftseinheit
North Slope (Barrow)
West Coast (Nome)
Interior Alaska (Fairbanks)
Südzentralalaska (Anchorage)
Südostalaska (Juneau)
T1
-25°C
-14 °C
-23°C
-10°C
-5°C
T7
4°C
10°C
17°C
15°C
13°C
NJ (mm)
120
400
360
390
2000-5000
Mount McKinley (6194 m)
⇓
räumliche Gliederung durch
Brooks Range (Norden)
Alaska Range
Boden & Bios
• Dauerfrostboden (frozen ground)
• Küstenregenwald - Borealer Nadelwald (Taiga) Tundra
⇓
Geologischer Bau
• aktiver Kontinentalrand
(Subduktionszone/ junge Orogene)
• „Flickenaufbau“
Klima geprägt durch
• orographische Gliederung
• Lage an drei Meeren (Golf v. Alaska, Beringmeer, Beaufortsee)
• Überlagerung von drei Formenwandelkategorien:
polar-äquatorial / maritim-kontinental / hypsometrisch
Grizzly
Landschaftsökologie
Landschaftsentwicklung und Global Change
Alaska - alëutischen „Alyeska“ (großes Land)
Wonder Lake (Toteissee, Denali NP west)
Periglazialformen
borealer Nadelwald
East Fork Toklat Glacier
Landschaftsökologie
Landschaftsentwicklung und Global Change
Interior Alaska - Alaska Range (Denali National Park)
Denali National Park
Denali NP and Preserve [Alaska]
(Landsat Image) 1:250,000 U.S.G.S. 1984
Landschaftsökologie
Landschaftsentwicklung und Global Change
Anzeichen globaler Erwärmung:
Erwärmung der Polargebiete
Beispiel: Interior Alaska
Auftauen der Permafrosttafel:
Toolik Lake (Brooks Range)
oberflächennnahes Auftauen des Permafrostes
führt zum Absinken der Permafrostoberfläche um
0,5-1m in Teilen von Interior Alaska; Erwärmung
der Permafrostoberfläche um 0.8K seit 1960
Vorboten globaler Erwärmung:
Vorzeitiger Frühlingsbeginn
Beispiel: Alaska
früheres Auftauen von Flüssen: basierend auf
einer 82jährigen Klimareihe wird festegestellt,
daß 4 von 5 Terminen, an denen der Tanana
River frühzeitig auftaute in den 90er Jahren
liegen
Tanana River
beginnende Überfrierung Oktober/ November
Zunahme der Eismächtigkeit auf bis 110 cm im
Winterhalbjahr,
Eisaufbruch abhängig von verschiedenen
Faktoren (Lufttemperatur, Eisdicke,
blaue Kurve: Datum des jährliche Eisaufbruches;
Schneebdeckung, Wind, Wassertemperatur,
rote Kurve: geglättete Kurve
schwarze Linie: Datum des mittleren Eisaufbruchs (05.05.) Wassertiefe unter dem Eis);
Landschaftsökologie
Landschaftsentwicklung und Global Change
Landschaftsentwicklung vor dem Hintergrund globaler Veränderungen
und deren regionaler Ausprägung/ Auswirkung - Beispiel: Alaska
Auswirkungen auf Organismen
und Populationen
Î Photosynthese und
Respiration von Moosen und
Flechten
Î Demographische Prozesse
und Populationsdynamik
Î Phänologie und
Reproduktionsraten
Î Brutvogelpopulationen und
deren Migration
Î Caribou- und
Rentierpopulationen
Auswirkungen auf Ökosystemstruktur und ökologische
Komplexität
Î Artenzusammensetzung
Î Biodiversität
Î Lage der arktischen
Baumgrenze
Î Globales Methan Budget
Î Rückkopplungen der
Vegetation zu historischen
und aktuellen
Klimaänderungen
Î Großräumige
Vegetationsstruktur
Î Künstliche Radionukleide
Auswirkungen auf Ökosystemfunktion und Rückkopplungen zur
Atmosphäre
Î Nährstoffkreisläufe,
Mineralisierung und Produktivität
Î Puffervermögen arktischen
Pflanzen
Î Kohlenstoffbindung
Î Primärproduktion zonaler
arktischer Ökosysteme
Î Globaler CO2-Haushalt in
Abhängigkeit von Borealen
Nadelwäldern
Landschaftsökologie
Landschaftsentwicklung und Global Change
Dendrochronologie - Jahresringanalysen
earlywood:
dünne Zellwände, große Zelldurchmesser,
hell
latewood:
dicke Zellwände, kleine Zelldurchmesser,
dunkel
⇒ Rückschlüsse auf Wachstumsbedingungen und deren Veränderungen (Wachstumsgeschindigkeit,
Vitalitätszustand)
⇒ Korrelation zu gemessenen/ beobachteten Standortbedingungen (Feuchte, Temperatur,
Nährstoffversorgung ...)
⇒ Ableitung von Aussagen zu möglichen Ursachen von Veränderungen
⇒ Prognose zukünftiger Entwicklungen des Baumwachstums selbst sowie zur Lage der Waldgrenze
(Tundra - Taiga - Ökoton) - Baumwachstum im wesentlichen durch klimatische Bedingungen dominiert,
nicht durch Konkurrenz zwischen Individuen
⇒ Nutzung der Ökotone als „ökosystemare Frühwarnstationen“ (Eine Grenze ist immer ein Gebiet, das als
erstes auf Veränderungen reagiert.)
Landschaftsökologie
Landschaftsentwicklung und Global Change