"Warnsignal Klima: Die Polarregionen".

1
Der Klimawandel
Seit Mitte des 20. Jahrhunderts steigt unter Schwankungen die bodennahe Temperatur weltweit an. Die 10 wärmsten
Jahre seit dem Beginn zuverlässiger Messungen Ende des 19. Jahrhunderts liegen allesamt zwischen 1998 und 2013.
Die vier wärmsten Jahre waren 2005 mit 1,05 °C, 2007 mit 1,09 °C, 2010 mit 1,07 °C und 2013 mit 0,99 °C über dem
Mittelwert 1901-2000. Die höchsten Erwärmungsbeträge werden im Breitengürtel zwischen 40° und 90° N (zwischen
Mittelspanien und Nordnorwegen) über den Kontinenten im Winter und Frühjahr beobachtet. Im Durchschnitt liegt
heute die globale bodennahe Lufttemperatur um 0,9 °C höher als der Mittelwert 1901-2000 (13,9 °C) (Tafel 1) (s.
www.warnsignal-klima.de). Nach dem 5. Sachstandsbericht des IPCC ergeben die Untersuchungen des Klimasystems
der Erde, dass über 90% der aufgenommenen Wärme während der Zeit 1971-2010 in die Ozea­ne floss. Es ist sicher,
dass sich zumindest die obere Wasserschicht (0-700 m Wassertiefe) erwärmt hat. In dieser Zeit betrug die Erwärmung
in den oberen 75 m 0,11 °C/Jahrzehnt (Tafel 3). Der globale mittlere Meeresspiegelanstieg (GMSLR) ist von etwa 1,7
mm/Jahr vor vier Jahrzehnten auf jetzt etwa 3 mm/Jahr angestiegen. Der Intergovernmental Panel on Climate Change
(IPCC; Zwischenstaatlicher Ausschuss über Klimaveränderung) (2013) gibt für den Zeitraum 1993-2010 einen beobachteten GMSLR von 3,2 mm/Jahr an. Insgesamt stieg der GMSLR von 1901-2010 um 19 cm an. Regional weicht
der relative Meeresspiegelanstieg vom GMSLR stark ab.
Tafel 1: Entwicklung der global gemitteltene
bodennahen Temperatur über Land im Zeitraum 1864 bis 2012. Die Temperatur ist als
Abweichung vom Mittelwert 1901-2000 dargestellt. Im Zeitraum 1864 bis 2012 betrug die
globale Erhöhung der bodennahen Temperatur etwa 0,9 °C.
Seit den 1950er Jahren nimmt die Temperatur der Meeresoberfläche zu und liegt zurzeit
etwa 0,5 °C über dem langfristigen Mittelwert
von 1901-2000. Die Temperaturerhöhung der
Meere ist geringer als die der Landfläche;
das liegt daran, dass die Wärmekapazität von
Wasser deutlich höher ist und sich die Wärme
überdies innerhalb der oberen Schichten des
Ozeans durch Durchmischungsprozesse verteilt (Daten NCDC, NOAA).
Tafel 2: Veränderungen des globalen mittleren Meeresspiegelanstiegs (GMSLR) während
des Zeitraums 1700-2012 (erstellt unter Verwendung von Pegeldaten sowie paläoklimatologischen und altimetrischen Befunden) und
Vorhersagen für seinen künftigen Anstieg bis
2100 in den Klima-Szenarien RCP 2,6 (blau)
und RCP 8,5 (rot) (IPCC 2013a).
Tafel 3: Veränderung der gespeicherten Wärme (in 1022 Joule) in den oberen Wasserschichten der Ozeane während des Zeitraums
1950-2010 nach unterschiedlichen Schätzungen.
Der weitaus größte Anteil (>90%) der in den
letzten Jahrzehnten vom Klimasystem zusätzlich aufgenommenen Wärme (1971-2010)
floss letztlich in die Ozeane. Es ist sicher, dass
sich zumindest die obere Wasserschicht (0700 m Wassertiefe) erwärmt hat. In der Zeit
1971-2010 betrug die Erwärmung in den oberen 75 m 0,11 °C/Jahrzehnt (IPCC 2013b).
2
Die Polarregionen
Die Erderwärmung erfolgt nicht gleichmäßig. Die Lufttemperatur steigt in den gebirgigen Regionen und vor allem in der Arktis schneller als im globalen Mittel. Tafel 4 zeigt, dass die Erwärmung zwischen 40°N und 90°N höher
ausgefallen ist als in den anderen Regionen. Die schnellere Erwärmung in der Arktis führt zu einer raschen Abnahme
des Meereises vor allem während der Sommermonate. Im September der letzten Jahre hat sich die Ausdehnung
des Meereises im Vergleich zu den 1950er Jahren etwa halbiert (Tafel 5). Ein ähnliches Bild zeigt die Entwicklung
der Schneebedeckung in der Nordhemisphäre (s. Abb. 4.11-4). Aus Tafel 6 ist ersichtlich, dass die Ausdehnung des
Oberflächenschmelzens auf dem grönländischen Eisschild in den letzten Jahren stark zugenommen hat Zurzeit verliert Grönland ca. 300 km³ Eis/Jahr. Das führt zu einem globalen mittleren Meeresspiegelanstieg von 0,8 mm/Jahr.
Tafel 4: Entlang der Breitenkreise gemittelte
Temperaturentwicklung im 50 Jahreszeitraum
1963-2012. Die Abbildung zeigt die Erwärmung
unter der Annahme, dass die Daten einer einzelnen Messstation Beiträge aus einem Umkreis mit
einem Radius von 1.200 km enthalten (Quelle:
NASA/GISS Oberflächentemperatur).
Tafel 5: Entwicklung der sommerlichen Meereisbedeckung in der Arktis.
Die Daten zeigen die starke Abnahme der Meereisausdehnung in den letzten Jahren. Verglichen
mit der Ausdehnung in den 1950er Jahren hat
sich die eisbedeckte Fläche fast halbiert. Der
niedrigste bisher gemessene Wert der Eisausdehnung wurde mit etwa 4 Mio. km² im September
2012 erreicht. Die hier gezeigten Daten für den
Zeitraum 1953-1978 stammen primär aus Schiffund Flugzeugmessungen, die Daten ab 1979 aus
Satellitenmessungen. (Datensatz bis 1978: HadISST, ab 1979: NSIDC Sea-ice-Index).
Tafel 6: Satellitenmessungen des Oberflächenschmelzen in Grönland zwischen 1985 und 2012.
Die rot gefärbte Fläche stellt Gebiete dar, in denen
zumindest an drei Tagen in der Zeit zwischen dem
1. Mai und 30. September Schmelzen zu beobachten war (Quelle: NASA 2012: Greenland: Annual
accumulated days of melt. NASA Scientific Visualization Studio, Goddard Space Flight Center).
3
Tafel 7: Das Nordpolarmeer
nimmt in der Arktis eine
zentrale Stellung ein. Das
12,26 Mio. km² große und bis
5.449 m tiefe Nordpolarmeer
wird auch Arktischer Ozean,
Nördliches Eismeer, Arktik
oder Arktisches Mittelmeer
genannt. Grönland, die größte Insel der Erde ist mit einer
Fläche von ca. 2,2 Mio. km²
mehr als 6 mal so groß wie
Deutschland. Davon sind nur
rund 341.700 km² (15,5%)
eisfrei. Dort kommen hohe
Gebirge vor. Der höchste
Gipfel ist der ca. 3.700 m
hohe Gunnbjørn Fjeld. Die
Anzahl der Forschungsstationen in der Arktis ist recht
groß (Weitere Details in Tafel 6 - Warnsignale aus dem
Polarregionen - Lozán et
al.2006).
Tafel 8: Der etwa 13,2 Mio.
km² große Kontinent Antarktika (2,7 Mio. km² größer
als Europa) und das zirkumpolare Südpolarmeer. Das
höchste Gebirge, das Vinson-Massiv erreicht 5.140 m
Höhe. Während die Staatsgrenzen in der Arktis gut definiert sind, ist die völkerrechtliche Lage in der Antarktis
komplizierter. Zum Antarktisvertrag gehören Anspruchsstaaten, die geographisch
nahe liegen und weit entfernte
Nichtanspruchsstaaten wie
USA, Russland, Deutschland,
die die territorialen Ansprüche der anderen Staaten nicht
anerkennen. Es besteht Einigkeit darüber, dass die Antarktis nur für friedliche Zwecke
genutzt werden soll und dass
die Freiheit zur wissenschaftlichen Forschung gewährleistet wird. Dadurch besitzen
mehrere Länder dort eine
Forschungssta­tion. Insgesamt
gibt es zur Zeit 82 Stationen.
Die Position von 24 davon
sind hier eingezeichnet (s.
Warnsignale aus den Polarregionen, 2007 - Klappentext).
Eine hohe Zahl von Stationen
(36) befindet sich auf der Antarktischen Halbinsel (Quelle:
GEO-Grafik, Rainer Droste).
4
Tafel 9: Für den neuen IPCC-Sachstandsbericht hat man vier »Repräsentative Konzentrationspfade« (Representative
Concentra­tion Pathways - RCPs) entwickelt, die unterschiedlichen Entwicklungen anthropogener Treibhausgasemissionen
in den nächsten Jahrzehnten entsprechen. Die vier Szenarien werden gemäß dem jeweiligen zusätzlichen Strahlungsantrieb
bis zum Jahr 2100 gegenüber den Werten von 1750 definiert (Zunahme in W/m², z.B. entspricht RCP8.5 einem anthropogenen Strahlungsantrieb von 8.5 W/m²) (Siehe Tafel 10). Ergänzende Szenarien bis 2300 werden als »Extended Concentration Pathways (ECPs)« bezeichnet (van Vuuren et al. 2011: The overview paper. Climate Change, Vol 109:5-31 ).
Die angenommene Entwicklung der Weltbevölkerung für die vier Szenarien bis 2100 ausgehend von 6 Mrd. im Jahr
2000 (links) und der berechnete Einsatz an Primärenergie je nach RCP (rechts). Dadurch ergeben sich verschiedene
Treibhausgaskonzen­trationen in der Atmosphäre und Anstöße zu Klimaänderungen (Eigene Grafik D. Kasang nach van
Vuuren et al. 2011):
Treibhausgase im Jahre 2100 (CO2-äquivalent in ppm): 1370 (RCP8,5) • 850 (RCP6,0) • 650 (RCP4,5) • 400 (RCP2,6)
Tafel 10:
Strahlungsantrieb (Radiative Forcing) in
W/m² (direkt
und indirekt)
durch anthropogene Treibhausgase,
Aerosole und
Landnutzung
bezogen auf
1750 (IPCC
2013).
5
6
Herausgeber:
José L. Lozán • Hartmut Graßl • Dirk Notz • Dieter Piepenburg
WARNSIGNAL KLIMA: Die Polarregionen
Wissenschaftliche Fakten
Mit 255 Abbildungen, 20 Tabellen und 10 Tafeln
In Kooperation mit
Wissenschaftliche Auswertungen
7
Adresse der Herausgeber:
Dr. José L. Lozán
Wissenschaftliche Auswertungen
Asbrookdamm 11b • D-22115 Hamburg
[email protected]
Dr. Dirk Notz
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Bundesstrasse 53 • D-20146 Hamburg
Prof. Dr. Hartmut Graßl
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Bundesstrasse 53 • D-20146 Hamburg
Prof. Dr. Dieter Piepenburg
Institut für Polarökologie • Universität
Kiel • Wischhofstrasse 1-3 • Gebäude 12 •
D-24148 Kiel
Veröffentlicht in Kooperation mit
GEO Das Reportage Magazin • Am Baumwall 11 • D-20459 Hamburg
Gedruckt mit Unterstützung von: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit • Beatrice Nolte Stiftung für Natur- und Umweltschutz • Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven • Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg • KlimaCampus, Hamburg • Forschungszentrum Jülich • Deutsche Gesellschaft für
Polarforschung • Eurofins GfA Lab Service, Hamburg.
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die
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Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen
im Sinne der Warenzeichen und MarkenschutzGesetzgebung als frei zu betrachten wären und
daher von jedermann benutzt werden dürften.
(c) Wissenschaftliche Auswertungen, Hamburg
ISBN ISBN:39809668-60 EAN 97839809668-63
Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem Papier
Titelseite: Jutta Krüger (GEO-Magazin)
Titel-Photo: links: Meereis (copyright: Hans Oeter, Bremerhaven), rechts oben: Containerschiff vor
Illulissat, Grönland, 2012 (copyright Clive Tesar),
rechts mitte: Inuit Nunavut (copyright: Hans Oerter,
Bremerhaven), rechts unten: Die Sattelrobbe (copyright: Mario Acquarone, Oslo-Norwegen)
Satz: Dr. J.L.Lozán (InDesign 2.0)
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8
Deutsche Bibliothek - CIP
Warnsignal Klima: Die Polarregionen Wissenschaftliche Fakten
Mit 255 Abbildungen / José L. Lozán ... (Hrsg.)
Wissenschaftliche Auswertungen, Hamburg
2014.ISBN:39809668-60 NE:Lozán, José L. [Hrsg.]
2014.EAN: 9783980966863 NE:Lozán, José L. [Hrsg.]
Vorwort
D
ie Polarregionen üben trotz ihrer abgelegenen Lage einen erheblichen
Einfluss auf das Weltklima aus. Dies hängt
besonders mit den bedeutenden Kopplungsprozessen zwischen der sogenannten Kryosphäre (Eisschilde, Meereis, Schnee und
Permafrost) und der atmosphärischen sowie
ozeanischen Zirkulation zusammen. Die
Polarregionen mit ihren großen Eisschilden
über Grönland und dem antarktischen Kontinent beherbergen mehr als 99% des Eisvolumens der Erde. Selbst geringe Schwankungen im polaren Eisvolumen werden zu
merklichen Veränderungen des Meeresspiegels führen, und ein Abschmelzen aller Eisschilde würde einen globalen Anstieg des
Meeresspiegels um etwa 70 m bewirken.
Der Vergleich zwischen den nördlichen
und südlichen Polarregionen ergibt signifikante Unterschiede. Der nördliche (66° 30‘
N) und südliche (66° 30‘ S) Polarkreis stellen die geographische Grenze der Arktis und
Antarktis dar. Während der größte Teil der
Antarktis durch den Kontinent Antarktika
eingenommen wird, befindet sich im zentralen Bereich der Arktis das mit Eis bedeckte
Nordpolarmeer. Nur die südliche Hälfte der
Arktis wird durch die nördlichen Bereiche
des asiatischen, europäischen und amerikanischen Kontinentes erreicht. Diese Verbindung zum kontinentalen Festland erlaubt in
Gebieten mit relativ günstigen klimatischen
Bedingungen eine Besiedlung mit Pflanzen,
Tieren und sogar Menschen. Dies ist in der
Antarktika nur wenig möglich, da der Kontinent durch einen Ringozean (Südozean)
von den anderen Kontinenten getrennt ist
und die dort herrschenden klimatischen Bedingungen für das Leben erheblich ungünstiger sind.
Die Prognosen der 1980er und 1990er
Jahre für das Klima des 21. Jahrhunderts
haben sich bisher im Wesentlichen bestätigt; sie waren noch sehr vorsichtig. Die
heutigen Befunde zeigen, dass sich das Klima eher schneller ändert als erwartet. Die
während des 20. Jahrhunderts beobachtete
mittlere Erderwärmung von 0,6 °C hat sich
fortgesetzt - wenn auch nicht so schnell wie
in den 1990er Jahren. Die zehn wärmsten
Jahre seit Beginn der Messungen in 1880
fallen in den Zeitraum 1998 bis 2012. Im
Durchschnitt liegt heute die bodennahe
Lufttemperatur über 0,9 °C höher als zum
Beginn des 20. Jahrhunderts. Aufgrund unterschiedlicher Faktoren ist die Erwärmung
in der nördlichen Polarregion (60° bis 90°
N) erheblich stärker (1,6 bis 2,8 °C).
Die Folgen sind vielfältig. Die Gebirgsgletscher nehmen stark ab, das arktische
Meereis schrumpft auf ein Rekordminimum und die Gefahr eines weiträumigen
Abtauens von Permafrostgebieten steigt.
Der Meeresspiegel steigt heute schneller
als im Mittel des 20. Jahrhunderts. Kleine
Inseln und tief liegende Küstenregionen,
vor allem in den Entwicklungsländern, die
nicht in der Lage sind, wirksame Hochwasserschutzmaßnahmen zu treffen, sind
stark bedroht. Die Besiedlungsdichten von
Organismen, die auf, im und unter der polaren Meereisdecke leben, werden drastisch
schrumpfen. Viele dieser Arten, z.B. Eisbären, sind unmittelbar auf das Vorkommen
von Meereis angewiesen und können nirgendwo hin ausweichen. Die größte Gefahr
ist durch den Rückzug der Permafrostgebiete gegeben. Riesige Mengen an Kohlenstoff, die oft während Millionen von Jahren
in diesen Frostböden gebunden waren, werden als Treibhausgase CH4 und CO2 freigesetzt und die Erwärmung der Erde noch
weiter beschleunigen. Wir befinden uns in
den Anfängen eines Klimawandels, der bei
fehlendem Klimaschutz zu Temperaturen
führen kann, wie sie die Erde seit mindestens einer Million Jahre nicht mehr erlebt
hat. Zahlreiche Studien zeigen unmissverständlich, dass der Mensch maßgeblich das
Klima der Erde beeinflusst.
Die Erwärmung stößt sehr langfristige
Prozesse an, die sich über Jahrhunderte und
Jahrtausende auswirken werden. Beispielsweise dauert die Anpassung des Ozeaninneren an die Erwärmung der Oberfläche
und Atmosphäre sehr lange. Die thermische
9
Ausdehnung des Meereswassers wird sich
als Meeresspiegelanstieg über Jahrhunderte fortsetzen, selbst wenn die Treib­
hausgaskonzentrationen nicht mehr steigen
sollten
Die vorliegende Veröffentlichung ist zum
Teil auf der Grundlage des im Jahr 2006 erschienenen Buches »Warnsignale aus den
Polarregionen« konzipiert. Etwa die Hälfte
der 52 Kapitel ist völlig neu und von anderen Autoren verfasst worden. Bei den restlichen Kapiteln handelt es sich um aktualisierte Texte. Rund 100 Wissenschaftler aus
führenden Institutionen in Deutschland und
benachbarten Ländern beteiligten sich an
dem aktuellen Buch, das in fünf große Abschnitte eingeteilt ist. In Abschnitt 1 werden
die Polarregionen geographisch und geologisch beschrieben. Großen Wert wird dabei
auf die Geschichte der ersten Expeditionen in
die Polarregionen, ihre heutige wirtschaftliche Bedeutung sowie die dort lebenden
indigenen Völker gelegt. Das Eis und die
Meeresströmungen in und um die Polarregionen stehen im Mittelpunkt von Abschnitt 2. Der folgende Abschnitt 3 befasst
sich mit der Flora und Fauna der Arktis und
Antarktis sowie ihren heutigen und zukünftigen Gefährdungen. Auf die große Rolle der
Polarregionen für das Weltklima wird in Abschnitt 4 eingegangen. Im letzten Abschnitt
5 werden schließlich die Forschungsaktivitäten dargelegt und vor allem die Störungen
der Umwelt in den Polarregionen sowie der
Schutz der dortigen Umwelt und sowie die
Gesundheitsgefährdungen der dort lebenden
Menschen beleuchtet.
Dieses Werk dient der Erfüllung der
Pflicht der Wissenschaftler, die Öffentlichkeit
fundiert, kritisch und allgemeinverständlich
über gesellschaftlich und wissenschaftlich
relevante Themen zu informieren. Wie oben
dargestellt, laufen die Veränderungen in der
Arktis oft schneller ab als anderenorts auf
der Erde, und sie haben gravierende Folgen
für lokale Pflanzen und Tiere, aber auch für
die ganze Erde. Das Buch aktualisiert zum
Teil das 2004 im Auftrag des Arktischen Rates durchgeführte Arctic Climate Impact Assessment, dessen Ergebnisse auf 1.500 Seiten
veröffentlicht worden sind (ACIA 2004).
Die im Buch zusammengestellten Fakten stellen eine wissenschaftliche Grundlage nicht nur für die politischen Entscheidungsträger dar, die für die Festlegung der
nationalen und internationalen Rahmenbedingungen zum Klimaschutz verantwortlich
sind, sondern auch für so genannte »Multiplikatoren«, wie zum Beispiel Vertreter der
Wirtschaft und der Medien sowie Lehrer, die
eine besondere Verantwortung in unserer Gesellschaft tragen. Dieses Buch ist also mehr
als eine dringende Warnung.
Für die Lieferung der Beiträge drücken
wir den Autoren unseren Dank aus. Für die
kritische Durchsicht der Manuskripte und
konstruktive Verbesserungsvorschläge sind
wir den Gutachtern zu Dank verpflichtet.
Durch Druckkostenzuschüsse unterstützten das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit,
die Beatrice Nolte Stiftung für Natur- und
Umweltschutz, das Max-Planck-Institut für
Meteorologie, KlimaCampus Hamburg, das
Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, das
Forschungszentrum Jülich und die Deutsche
Gesellschaft für Polarforschung unsere Bemühungen, dieses Werk einer breiten Öffentlichkeit zugänglich zu machen.
Die Herausgeber
10
Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Liste der Autoren und Gutachter
9
1
Land, Leute und Bodenschätze
11
1.1 1.2
1.3
1.4 1.5 1.6
1.7 1.8 Die Arktis und ihre Grenzen: Eine physisch-geographische Einführung
(Jörg-Friedhelm Venzke)
Geologische Entwicklung und tektonischer Bau der Antarktis (Georg Kleinschmidt)
Geschichte der antarktischen Entdeckungen (Cornelia Lüdecke)
Abriss der Geschichte der Entdeckung der Arktis (Reinhard Krause)
Die indigenen Völker im Norden: Frühere und gegenwärtige Entwicklungen
(Ludger Müller-Wille & Dietbert Thannheiser)
Die mittelalterliche Besiedlung Westgrönlands durch die Wikinger Ein fehlgeschlagenes Experiment? (Jörg-Friedhelm Venzke)
Permafrost – Ein weit verbreitetes Klimaphänomen der Arktis und Subarktis
(Lutz Schirrmeister & Hans-Wolfgang Hubberten)
Die Geologie der Arktis, ihre Bodenschätze und ihr rechtlicher Status (Karsten Piepjohn)
2
Meeresströmung, Stürme und Eis
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8
Struktur, Dynamik und Bedeutung des antarktischen Wasserringes
(Eberhard Fahrbach, Gerd Rohardt, Volker Strasss & Hartmut H. Hellmer)
72
Wassermassenänderungen im Arktischen Ozean (Ursula Schauer)
80
Änderungen in der Nordatlantischen Tiefenwasserbildung
und ihre Auswirkungen auf das Europäische Klima (Dagmar Kieke)
86
Roaring Forties und Riesenwellen – Gefahren im Südpolarmeer
(Gerhard Schmager, Birger Tinz & Peter Hupfer)
93
Polare Mesozyklonen: Die Hurrikane der Polargebiete (Günther Heinemann)
102
Die Wechselwirkung zwischen antarktischen Schelfeisgebieten und dem Ozean
und der Beitrag zur ozeanischen Wassermassenbildung (Klaus Grosfeld,
Malte Thoma, Jürgen Determann, Hartmut Hellmer & Ralph Timmermann)
107
Die Massenbilanzen des antarktischen und grönländischen Inlandeises und
der Charakter ihrer Veränderungen (Christoph Mayer & Hans Oerter)
115
Veränderung der Dicke und Ausdehnung des Polarmeereises (Dirk Notz)121
3
Flora, Fauna und Ökosysteme
3.1
3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11
Flora und Vegetation des terrestrischen Bereichs
(Fred J. A. Daniëls, Dietbert Thannheiser & Christoph Wüthrich)
128
Ökophysiologie und Wachstum arktischer Pflanzen im Klimawandel
(Reiner Zimmermann, Manfred Küppers & Kurt Loris)
136
Das Meereis als Lebensraum (Iris Werner)
140
Einfluss von Fischerei und Klima auf die Bestände des antarktischen Krill
(Volker Siegel)
145
Klimabedingte ökologische Veränderungen in den Bodenfaunen polarer
Schelfmeere (Dieter Piepenburg & Julian Gutt)
152
Die Fische des Nord – und Südpolarmeeres
(Karl-Hermann Kock & Christian von Dorrien)
160
Vogelwelt der Polarregionen und ihre Gefährdung (Hans-Ulrich Peter) 169
Robben und Robbenschlag in der Antarktis
(Joachim Plötz, Horst Bornemann & Lars Kindermann)
177
Arktische Robben und Eisbären – Auswirkungen von Klimaerwärmung
und Ressourcennutzung (Marie-Anne Blanchet, Mario Aquarone & Ursula Siebert)
183
Warnsignale Walfang (Petra Deimer-Schütte)
192
Marine Biodiversität in den Polarregionen nach der Volkszählung
der Meere (Angelika Brandt)200
11
18
29
36
43
48
53
62
71
128
11
4
Das Weltklima und die Polarregionen
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11
4.12
4.13
4.14
Wechselwirkungen zwischen arktischem Meereis und der atmosphärischen Zirkulation
(Klaus Dethloff, Dörthe Handorf, Annette Rinke, Wolfgang Dorn & Ralf Jaiser)
Niederschläge in den Polarregionen und ihre Erfassung
(Andreas Becker & Bruno Rudolf)
Atmosphärische Messungen an der AWIPEV Station Spitzbergen (Roland Neuber,
Marion Maturilli, Peter von der Gathen, Andreas Herber, Markus Rex,
Christoph Ritter, Justus Notholt, Mathias Palm & Nicholas Deutscher)
Das Polarlicht (Kristian Schlegel)
Erwärmung der Polarregionen in den letzten 50 Jahren: Ursachen und Folgen
(Dirk Notz)
Verhalltes Warnsignal: Die Erwärmung des Nordpolargebietes während der ersten
Hälfte des 20. Jahrhunderts (Birger Tinz & Peter Hupfer)
Die Rolle ozeanischer Wärmetransporte für das Klima der Arktis im letzten
Jahrtausend (Johann Jungclaus)
Polareiskerne - Archive globaler Klima- und Umweltveränderungen
(Hubertus Fischer)
Die polaren Meeressedimente als Archiv des Weltklimas
(Dierk Hebbeln & Christoph Vogt)
Der katabatische Wind über den polaren Eisschilden (Günther Heinemann)
Meeresspiegelanstieg - Eisschilde, Gletscher und thermische Ausdehnung:
Eine kurze Übersicht (José L. Lozán)
Anmerkungen über Veränderungen in den Eisströmen der
Eisschilde (Torsten Albrecht & José L. Lozán)
Permafrostbeeinflusste Böden (Kryosole) im Klimawandel (Lars Kutzbach, Sebastian Zubrzycki, Christian Knoblauch, Claudia Fiencke & Eva-Maria Pfeiffer)
Methanhydrate in arktischen Sedimenten – Einfluss auf Klima und Stabilität der Kontinentalränder (Gerhard Bohrmann, Tina Treude & Klaus Wallmann)
5 Forschung, Gefährdung und Schutz
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 Über die deutschen Forschungsaktivitäten in den Polarregionen
(Hartwig Gernandt & Jörn Thiede) Rückgang des Ozons in der Stratosphäre der Polarregionen
(Jens-Uwe Grooß, Martin Riese, Reinhold Spang & Rolf Müller)
Ausbreitung von Schadstoffen in die Polarregionen (Ralf Ebinghaus,
Christian Temme & Zhiyong Xie)
Anreicherung und Effekte von organischen Schadstoffen in der polaren
Umwelt (Roland Kallenborn)
Tourismus und seine Auswirkungen (Michaela Mayer)
Globale Gefahren durch intensive Nutzung der Taiga-Wälder
(Jörg-Friedhelm Venzke & Marco Langer)
Die Nutzung von Öl- und Gasvorkommen in einer nahezu eisfreien Arktis
(Manfred A. Lange)
Antarktis im Spannungsfeld zwischen Forschung, Tourismus und Umweltschutz
(Wiebke Schwarzbach, Fritz Hertel, Jacqueline Hilbert & Heike Herata)
Meeresschutzgebiete in der Antarktis: Lassen sich Schutz- und Fischerei-Interessen
verbinden? (Stefan Hain)
Gebietsstreitigkeiten in der Arktis – Ist eine friedliche Beilegung mittels
Abgrenzung erreichbar? (Alexander Proelß)
Umweltschutz in einer Arktis im Wandel (Martin Sommerkorn)
6 Sachregister
12
206
206
213
220
226
230
236
243
248
254
260
265
271
275
285
290
290
302
310
319
327
335
340
347
354
360
365
370
Liste der Autoren und Gutachter
Torsten ALBRECHT, Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung (PIK)
Mario AQUARIONE, Institute for Arctic and Marine Biology, University of Tromsø, Norway
Andreas BECKER, Global Precipitation Climatology Centre, c/o Deutscher Wetterdienst, Offenbach.
Marie-Anne BLANCHET, Norwegian Polar Institute, FRAM Centre, Tromsø, Norway
Gerhard BOHRMANN, Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, MARUM, Universität Bremen.
Horst BORNEMANN, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Angelika BRANDT, Biozentrum Grindel, Universität Hamburg.
Fred J. A. DANIËLS, Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen, Universität Münster.
Petra DEIMER-SCHÜTTE, Gesellschaft zum Schutz der Meeressäugetiere e.V., Hamburg
Jürgen DETERMANN, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Klaus DETHLOFF, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Nicholas DEUTSCHER, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Wolfgang DORN, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Ralf EBINGHAUS, Helmholtz-Zentrum Geesthacht.
Eberhard FAHRBACH, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Claudia FIENCKE, Institut für Bodenkunde, Universität Hamburg.
Hubertus FISCHER, Physics Institute & Oeschger Centre for Climate Change Research - University of Bern
Hartwig GERNANDT, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Hartmut GRASSL, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg.
Jens-Uwe GROOSS, Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre, Forschungszentrum Jülich.
Klaus GROSFELD, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Julian GUTT, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Stefan HAIN, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Dörthe HANDORF, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Andreas HERBER, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Dierk HEBBELN, Geowissenschaften, MARUM - Zentrum für Marine Wissenschaften, Universität Bremen.
Günther HEINEMANN, FB Raum- und Umweltwissenschaften, Umweltmeteorologie, Universität Trier.
Hartmut H. HELLMER, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Heike HERATA, Umweltbundesamt (UBA), Dessau-Roßlau.
Fritz HERTEL, Umweltbundesamt (UBA), Dessau-Roßlau.
Jacqueline HILBERT, Umweltbundesamt (UBA), Dessau-Roßlau.
Hans-Wolfgang HUBBERTEN, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Peter HUPFER, Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin.
Ralf JAISER, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Johann JUNGCLAUS, Max-Planck-Institut für Meteorologie, KlimaCampus, Universität Hamburg
Roland KALLENBORN, Biotechnologie u. Ernährungswissenschaften, Norwegische Universität für Biowissenschaften.
Dagmar KIEKE, Institut für Umweltphysik - Abteilung Ozeanographie, Universität Bremen
Lars KINDERMANN, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Georg KLEINSCHMIDT, Geologisch-Paläontologisches Institut, J.W. Goethe-Universität, Frankfurt a.M.
Christian KNOBLAUCH, Institut für Bodenkunde, Universität Hamburg.
Karl-Hermann KOCK, Thünen-Institut für Seefischerei, Hamburg.
Reinhard A. KRAUSE, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Manfred KÜPPERS, Botanisches Institut und Botanischer Garten, Universität Hohenheim.
Lars KUTZBACH, Institut für Bodenkunde, Universität Hamburg.
Manfred A. LANGE, The Cyprus Institute, Energy, Environment and Water Research Center (Zypern).
Marco LANGER, Institut für Geographie, Universität Bremen.
Kurt LORIS, Universität Hohenheim, Institut für Botanik
José L. LOZÁN, Biozentrum Grindel, Universität Hamburg.
Cornelia LÜDECKE, Arbeitskreis Geschichte der Polarforschung, München.
Marion MATURILLI, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Christoph MAYER, Bayerische Akademie der Wissenschaft, München.
Michaela MAYER, INASEA Bremen.
Rolf MÜLLER, Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre, Forschungszentrum Jülich.
Ludger MÜLLER-WILLE, Departement of Geography, McGill University, Montréal (Kanada).
Roland NEUBER, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Justus NOTHOLT, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Dirk NOTZ, Max-Planck-Institut für Meteorologie, KlimaCampus, Universität Hamburg
Hans OERTER, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
13
Mathias PALM, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Hans-Ulrich PETER, Institut für Ökologie, Universität Jena.
Eva-Maria PFEIFFER, Institut für Bodenkunde, Universität Hamburg.
Dieter PIEPENBURG, Institut für Polarökologie, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel.
Karsten PIEPJOHN, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover.
Joachim PLÖTZ, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Alexander PROELSS, Fachbereich Rechtswissenschaft, Universität Trier.
Markus REX, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Martin RIESE, Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre, Forschungszentrum Jülich.
Annette RINKE, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Christoph RITTER, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Gerd ROHARDT, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Bruno RUDOLF, Global Precipitation Climatology Centre, c/o Deutscher Wetterdienst, Offenbach.
Ursula SCHAUER, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Lutz SCHIRRMEISTER, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Kristian SCHLEGEL, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Katlenburg-Lindau.
Gerhard SCHMAGER, ex-Marineamt, Abteilung Geoinformationswesen, Rostock.
Wiebke SCHWARZBACH, Umweltbundesamt (UBA), Dassau-Roßlau.
Ursula SIEBERT, Institut für Terrestrische und Aquatische Wilftierforschung (ITAW), Stiftung T.Hochschule Hannover
Volker SIEGEL, Thünen-Institut für Seefischerei, Hamburg.
Martin SOMMERKORN, WWF Global Arctic Programme, Oslo-Norwegen.
Reinhold SPANG, Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre, Forschungszentrum Jülich.
Volker STRASS, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Christian TEMME, Eurofins GfA Lab Service, Hamburg.
Dietbert THANNHEISER, Institut für Geographie, Universität Hamburg.
Jörn THIEDE, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Malte THOMA, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Ralph TIMMERMANN, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven.
Birger TINZ, Geschäftsfeld Seeschifffahrt, Deutscher Wetterdienst, Hamburg.
Tina TREUDE, GEOMAR, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung, Kiel.
Jörg-Friedhelm VENZKE, Institut für Geographie, Universität Bremen.
Christoph VOGT, Fachbereich Geowissenschaften. Universität Bremen.
Peter VON DER GATHEN, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Potsdam.
Christian VON DORRIEN, Thünen-Institut für Seefischerei, Rostock.
Klaus WALLMANN, GEOMAR, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung, Kiel.
Iris WERNER, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel.
Christoph WÜTHRICH, Geographisches Institut, Universität Basel (Schweiz).
Zhiyong XIE, Helmholtz-Zentrum Geesthacht.
Reiner ZIMMERMANN, Botanisches Institut und Botanischer Garten, Universität Hohenheim.
Sebastian ZUBRZYCKI, Institut für Bodenkunde, Universität Hamburg.
Gutachter
Prof. Dr. Hartmut Grassl, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg.
Prof. Dr. Peter Hupfer, Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin.
Dr. Ludwig Karbe, Institut für Hydrobiologie und Fischereiwissenschaft, Universität Hamburg.
Dr. Armin Köhl, Institut für Meereskung, KlimaCampus, Universität Hamburg
Prof. Dr. Doris König, Bucerius Law School, Hochschule für Rechtswissenschaft, Hamburg.
Prof. Dr. Lars Kutzbach, Institut für Bodenkunde, Universität Hamburg.
Prof. Dr. Manfred A. Lange, Institut für Geophysik, Westf. Wilhelms-Universität Münster.
Dr. José L. Lozán, Universität Hamburg, Wissenschaftliche Auswertungen, Hamburg.
Dr. Dirk Notz, Max-Planck-Institut für Meteorologie, KlimaCampus, Universität Hamburg
Prof. Dr.Dieter Piepenburg, Institut für Polarökologie, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel.
Dr. Hein von Westernhagen, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.
14
1
LAND, LEUTE UND BODESCHÄTZE
Die Vorstellung über die Polarregionen ist die einsamer und eisbedeckter Gebiete, die durch extreme Kälte,
dauernde Dunkelheit während des Winters (Polarnacht) und dauernde Helligkeit während des Sommers
(Polartag) charakterisiert sind. Diese Regionen, vor allem die Arktis, sind jedoch wesentlich vielfältiger und
komplexer strukturiert und schon lange nicht mehr unberührt durch den Menschen. Die Ausdehnung der
asiatischen, europäischen und amerikanischen Kontinente bis in die Arktis hinein erleichterte deren Besiedlung durch Pflanzen, Tiere und Menschen. Zurzeit leben dort rund 4 Mio. Menschen, von denen ca. 50%
im russischen Teil ansässig sind. Antarktika, der südpolare Kontinent, wurde vor allem aufgrund der großen
Entfernung von Europa viel später entdeckt. Nicht nur, weil eine Verbindung zu den großen Kontinenten
fehlt, sondern auch infolge der herrschenden extremen klimatischen Bedingungen lebte und lebt dort kein
Mensch ständig, und nur wenige Pflanzen- und Tierarten haben es geschafft, sich auf Antarktika zu etablieren. Auch geographisch sind beide Polarregionen sehr unterschiedlich. Während der Kontinent Antarktika
(ca. 12 Mio. km²) von einem großen Ringozean (ca. 38 Mio. km²) umgeben ist, befindet sich in der Mitte
der Arktis das Nordpolarmeer oder der Arktische Ozean (14 Mio. km²), das von ausgedehnten Landgebieten
(ca. 8 Mio. km²) umrandet wird. Politisch werden die Gebietsansprüche in der Arktis durch die Grenzen
und Wirtschaftszonen der Anrainerstaaten geregelt. Die Lage in Antarktika und dem umgebenden Südozean
stellt sich aufgrund der unterschiedlichen Interessen von Anspruchsstaaten und Nichtanspruchsstaaten des
Antarktis-Vertragssystems komplizierter dar. Eine Regelung der Ansprüche ist wichtig, denn Antarktis und
Arktis gelten als Regionen mit einem großen Rohstoffpotenzial für die Zukunft.
2
MEERESSTRÖMUNG, STÜRME UND EIS
Die Meeresströmungen transportieren überschüssige Wärme aus den niederen Breiten in die Polarregionen
und sorgen damit für ein relativ milderes Klima auf der Erde. Die ozeanographischen Bedingungen in den
Polarre­gionen sind jedoch sehr unterschiedlich. Im Süden sind die Meeresströmungen charakterisiert durch
einen Wasserring um den antarktischen Kontinent, Antarktika, der die drei großen Ozeanen zu einem Südlichen Ozean (Südpolarmeer) vereinigt (Kap. 2.1 - Fahrbach et al.) und einen regen Austausch zwischen
diesen unterschiedlichen Wassermassen ermög­licht. Das Nordpolarmeer ist dagegen von Landmassen und
Nebenmeeren umgeben und stellt so ein relativ isoliertes Gebiet mit geringem Wasseraustausch mit den großen Ozeanen dar. Nur der Wasserwechsel durch die Framstraße mit dem Atlantik ist von einer nennenswerten
Größe (Kap. 2.2 - Schauer). Die größte Menge Eis der Welt befindet sich in den Eisschilden Antarktikas
und Grönlands (Kap. 2.7 - Mayer & Oerter); sie speichern große Wassermengen und können schon durch
geringe Schwankungen den Meeresspiegel beeinflussen. Sie bestimmen ebenfalls aufgrund ihrer großen Fläche (12,1 Mio. und 1,7 Mio. km²) und Höhe bis 4.000 m maßgeblich die globale atmosphärische Zirkulation,
weil sie das Gefälle des Luftdrucks zwischen den Polen und den Tropen aufrecht erhalten. Veränderungen
der Eisschilde sind aufgrund ihrer Größe nur schwer zu quantifizieren. Die Variabilität in der Ausdehnung
und Dicke der Meereisdecke ist dagegen etwas leichter feststellbar; sie reagiert wegen ihrer Dicke von nur
wenigen Metern auf Veränderungen der Luft- und Wassertemperatur sehr rasch und stellt daher einen Schlüsselindikator der Klimaveräderung dar (Kap. 2.8 - Notz). Eine weitere Bedeutung der Polarregionen liegt
in der Wechselwirkung mit den Meeresströmungen, die zur Bildung vom Tiefenwasser führt. Gelangt wärmeres Wasser in die kalten Gebiete höherer Breiten, kühlt sich das Wasser durch starke Wärmeabgabe an die
Atmosphäre so weit ab, dass es dichter als dasjenige in tieferen Schichten werden kann und daher absinkt.
Diese Konvektion ist umso tiefreichender, je stärker die Abkühlung ist. Maximale Konvektion findet man
besonders im hohen Nordatlantik und in der Antarktis. Die Bildung neuen Tiefenwassers treibt die globale
Tiefenzirkulation an. Es entsteht ein riesiger ozeanischer Kreislauf in der Art eines »Förderbandes« (»oceanic
conveyor belt«, s. unetere Abbildung), dessen Umlaufperiode bis zu ca.1.000 Jahre beträgt. Störungen der
Anregung dieses Förderbandes führen je nach ihrer Stärke und Dauer zu nachhaltigen Klimaschwankungen
in großen Gebieten. Ferner wirkt die marine Zirkulation nicht nur thermisch auf das Klima, sondern auch
als Teil großer biogeochemischer Kreisläufe, insbesondere des Kohlenstoffs auf die Naturverhältnisse. Besonders das Südpolarmeer zeichnet sich durch aussergewöhnliche meteorologische und ozeanographische
Bedingungen aus. Dabei handelt es sich vor allem um starke Winde und hohen Seegang (Kap. 2.5 - Heinemann). Die Windverhältnisse haben die Fahrensleute mit dem Ausdruck »stürmische Westwinde« belegt, der
für beiden Polar­regionen gilt, im Süden aber eine ganz besondere Bedeutung hat. Denn die Starkwinde zwischen 40 und 60 °S heißen seemännisch »brüllende Vierziger« und »wütende Fünfziger« während südlich
von 60 °S »kreischende Sechziger« (Kap. 2.4 - Schmager et al.) herrschen. Viele Schiffe sind in der Vergangenheit verloren gegangen. Auch heute, trotz moderner Wetterberichte und leistungsfähiger Navigationssysteme, sind solche Verluste noch zu beklagen.
15
3
FLORA, FAUNA UND ÖKOSYSTEM
Die nord- und südpolaren Regionen beherbergen – trotz der extremen klimatischen Bedingungen, die ihre
Ökologie tiefgreifend prägen – eine zum Teil erstaunlich reiche Fauna und Flora. Die Produktivität der Lebensgemeinschaften kann so hoch sein, dass ihre Nutzung als natürliche Ressource für den Menschen von
erheblicher Bedeutung ist, vor allem für die indigene Bevölkerung der Arktis. In diesem Teil des Buches wird
die Ökologie wichtiger Lebensräume und -gemeinschaften der Polargebiete beschrieben. Ein Schwerpunkt
liegt dabei auf der Darstellung der eindrucksvollen Anpassungen der Organismen an die extremen Bedingungen, die es ihnen erlaubt, die Arktis oder Antarktis zu besiedeln. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Darstellung der Auswirkungen natürlicher und anthropogener Einflüsse, vor allem der ökologischen Effekte des
Klimawandels, der sich in der arktischen Region besonders rasch vollzieht und drastische Umweltveränderungen zur Folge hat. Dazu gehören u.a. fortschreitende Erwärmung, rapider Rückgang von Permafrost und
Meereis, gravierende Verschiebungen in den Verbreitungsmustern der Pflanzen und Tiere sowie bedeutende
Veränderungen des Produktionsregimes und der Struktur der Nahrungsnetze. Kap. 3.1 - Daniels et al. und
3.2 - Zimmermann et al. beschreiben die landlebende Flora der arktischen Polarregion. Die weiteren Kapitel
beschäftigen sich mit dem Leben in den polaren Meeren. Das Meereis als spezifisch polarer – und durch
die Ozeanerwärmung besonders gefährdeter – Lebensraum steht im Zentrum vom Kap. 3.3 - Werner; das
Benthos, die Lebensgemeinschaft des Meeresbodens, ist Thema eines weiteren Beitrags (Kap. 3.5 - Piepenburg & Gutt). Dem Krill, einem Schlüsselorganismus des Südozeans, ist Kap. 3.4 - Siegel gewidmet. Die
oberen Glieder der polaren Nahrungsnetze – Fische (Kap. 3.6 - Koch & von Dorrien), Vögel (Kap. 3.7
- Peter), Robben und Eisbär (Kap. 3.8 - Plötz et al. und 3.9 - Blanchet et al.) sowie Wale (Kap. 3.10
- Deimer-Schütte) – werden hinsichtlich ihrer Biologie, Nutzung und Gefährdung jeweils gesondert behandelt. Abgerundet wird dieser Abschnitt des Buches mit einer Betrachtung der Biodiversität in arktischen
und antarktischen Meeren (Kap. 3.11 - Brandt). Zwei Artikel über die möglichen ökologischen Folgen der
»Ozeanversauerung« sind im Band Warnsignal Klima: Die Meere enthalten. Die Funktion der marinen Lebensgemeinschaften im globalen Kohlenstoffkreislauf, der wegen seines Einflusses auf den atmosphärischen
CO2-Gehalt von Bedeutung ist, wurde im Kap. 3.4 vom Band Warnsignale aus den Polarregionen (2006)
beleuchtet .
Das große marine Förderband mit kalter Tiefenströmung und warmer
Oberflächenströmung und Tiefenwasserbildung im NordAtlantik und in der
Antarktis (Nach Rahmstorf).
16
4
DAS WELTKLIMA UND DIE POLARREGIONEN
Infolge der Neigung des Erdachse gegenüber der Erdbahnebene (gegenwärtig etwa 23,5°) besitzen die Polargebiete besondere Wetter- und Klimabedingungen, die primär die großen Eisschilde und die vielfältigen
anderen Eisarten hervorrufen und erhalten. Der Wechsel von Polartag und -nacht, die niedrigen Temperaturen, die relativ geringen Niederschläge und die häufigen Stürme machen die Polargebiete zu unwirtlichen
Gegenden, deren Erforschung äußerst mühselig und sehr gefährlich war und ist. Heute können die Klimasysteme der Arktis und Antarktis in den Grundzügen als erforscht gelten. Man weiß schon viel über die
Klimageschichte, über die Rolle des Ozeans, die Energie- und Massenbilanzen der großen Gletscher, die
Wetterprozesse im Laufe der Jahreszeiten und vieles andere mehr. Beobachtete Klimavariationen zeigten
die Klimaempfindlichkeit der Zonen des »ewigen Eises« klar. Heute ist die Frage brennend, welchen gravierenden Änderungen die Polarregionen unterliegen werden, wenn der globale Klimawandel weiter voranschreitet. Die Klimamodelle sagen eine starke Erwärmung von Arktis und Antarktis voraus, wobei die südliche Kryosphäre voraussichtlich viel länger stabil bleibt als die nördliche. Wird sich das Klima Europas
sogar abkühlen, wenn im Nordatlantik die Vertikalkonvektion infolge Eisschmelze geringer wird? Welche
Rückwirkungen hat ein ganz oder partiell eisfreies Nordpolarmeer auf das Weltklima? Das sind Fragen, mit
der sich die Wissenschaftler heute intensiv befassen. Auf das Thema »Neue Seewege« geht Kap. 4.7 im Band
Warnsignal Klima: Die Meere ein.
5
FORSCHUNG, GEFÄHRDUNG UND SCHUTZ
Die Polarregionen sind durch extreme Bedingungen und ihre seit Jahrmillionen vom Eis geprägten Landschaften schwer zugänglich. Nicht zuletzt aufgrund dieser Umweltbedingungen begann ihre umfassende Erforschung erst im 20. Jahrhundert. Eine wissenschaftliche Zusammenarbeit in der Antarktis fing während des
Internationalen Geophysikalischen Jahres (IGY) 1957/58 an. Sie wird bis heute von dem 1958 gegründeten
nicht-staatlichen Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR) gefördert und international koordiniert.
Zwölf Staaten, die während des IGY in der Antarktis Forschungsstationen eingerichtet hatten, unterzeichneten
1959 den Antarktisvertrag, der die friedliche Nutzung und die internationale wissenschaftliche Kooperation
langfristig festschrieb. Bis heute traten weitere 36 Staaten diesem Vertragswerk bei. Sein Konsultativstatus
fordert einerseits »conducting substantial research activities« und gewährt andererseits Mitsprache bei der Verabschiedung von Empfehlungen, Entscheidungen und Beschlüssen.
Eine internationale Zusammenarbeit zur Erforschung der Arktis war während des »Kalten Krieges« aussichtslos. Die USA und die UdSSR standen sich in dieser Region mit ihrem Nukleararsenal direkt gegenüber.
Erst durch die politischen Veränderungen in der Sowjetunion eröffneten sich erste Perspektiven. 1990 wurde als
nicht-staatliche Organisation das International Arctic Science Committee (IASC) gegründet, das – ähnlich wie
SCAR für die Antarktis – Forschungsprogramme anregt und die internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit koordiniert. 1990 unterzeichneten die acht Anrainerstaaten der Arktis gemeinsam mit Vertretern der Urbevölkerung die Arctic Environmental Protection Strategy (AEPS) und etablierten 1996 mit der Ottawa Declaration den Arctic Council als höchstes zwischenstaatliches arktisches Forum. Neben den Anrainerstaaten beteiligen
sich weitere elf Nationen aus Asien, Nordamerika und Europa als Mitglieder im IASC an der Arktisforschung.
Die Forschung in der Arktis und Antarktis ist logistisch sehr aufwändig und verfolgt weitgesteckte Ziele in
allen Bereichen der Naturwissenschaften. Ein Schwerpunkt dabei sind die negativen, Pflanzen, Tiere und Menschen gefährdenden Entwicklungen, deren Ursachen teilweise in den anthropogenen globalen Veränderungen
liegen. In diesem Zusammenhang ist der Ozonrückgang in der Stratosphäre über der Antarktis und der Arktis
eines der stärksten Signale. Der Schadstofftransport aus mittleren Breiten durch die atmosphärische Zirkulation
und Meereströmungen stellt eine besondere Gefahr in der Arktis dar. So zählt die Muttermilch der Inuit zu den
höchstbelasteten der Welt. Veränderungen im Hormonhaushalt von Eisbären sind so groß, dass es zu Störungen
bei der Fortpflanzung dieser Tiere kommt. Und schließlich muss die Erwärmung erwähnt werden, die in der
Arktis, erheblich schneller voranschreitet als im globalen Mittel. Als Folge davon ist ein starker Rückgang des
Meereises zu beobachten. Pflanzen und Tiere verlieren dadurch ihre Lebensräume. Zudem tauen Permafrostböden auf, wodurch Infrastrukturelemente wie Straßen, Gebäude, Öl- und Gasleitungen gefährdet werden.
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