Der sinkende Sauerstoffgehalt im Wasser stellt eine ernsthafte Bedrohung für die Natur und die Gesellschaft auf der Erde dar. Im Durchschnitt werden Seen auf der ganzen Welt bis zum Ende dieses Jahrhunderts klimatischen Bedingungen ausgesetzt sein, die ihresgleichen suchen. Die Erwärmung der Arktis führt zu großen Blüten giftiger Algen. Eine NASA-Studie ergab, dass die Tundravegetation bis zum Jahr 2100 höher und grüner werden wird.
Die Erwärmung der Arktis führt zu großen Blüten giftiger Algen, die sich von Schalentieren ernähren. Sie wiederum werden von anderen Meeresbewohnern gefressen – und das Gift kann über die Nahrungskette bis zum Menschen gelangen. Kürzlich entdeckten amerikanische Ozeanographen in der Nähe von Alaska eine großflächige Blüte giftiger Algen – Dinoflagellaten. Ihre Konzentration lag fast 20-mal höher als die Gefahrenschwelle.
Das Klima des Planeten verändert sich aktiv, dies zeigt sich bereits am Rückgang des Eises und der Erwärmung in den Polarzonen der Erde. Die Folgen eines solchen Temperaturanstiegs sind vielfältig: Durch den Eisverlust in der russischen Arktis wächst beispielsweise die Gefahr von Waldbränden in Ostsibirien. Darüber hinaus umfassen die Zonen hoher Breitengrade Arten, die zuvor in gemäßigten oder subpolaren Klimazonen lebten.
Beispielsweise wurde zwischen 2015 und 2017 in den sich erwärmenden Gewässern der Tschuktschensee ein Rückgang der Vielfalt an Bakterien und Protozoen sowie ein Anstieg der Zahl von Zooplanktonarten und Grundfischen verzeichnet. Solche Veränderungen haben unvorhersehbare Folgen, da sie lange Nahrungsketten neu ordnen – von Protozoen über Seevögel bis hin zum Menschen. Im selben Meer ist im Jahr 2021 die Gefahr roter Gezeiten, der sogenannten Massenblüte von Dinophytenalgen, gestiegen. Dieses Phänomen ist zwar keineswegs sicher. In gemäßigten und subpolaren Breiten blühen im Frühling und Sommer Kolonien des Dinoflagellaten Alexandrium catenella. Sie enthalten starke Neurotoxine, die sich in Organismen ansammeln, die sich von diesen Algen ernähren. Das Gift wird über Schalentiere (sie gelten als Hauptüberträger) in die Nahrungskette übertragen und führt zu lähmenden Vergiftungen bei Fischen, Vögeln und sogar bei Menschen, deren Ernährung aus Meeresfrüchten besteht.
Im Jahr 2021 gaben die Autoren des Artikels an, dass die Gefahr großflächiger Algenblüten zunimmt – die Ansammlungsfläche im Tschuktschenschelfgebiet in US-Gewässern erreicht fast 145.000 Quadratmeter. km.
Ein Jahr später beschloss eine Gruppe von Forschern aus den Vereinigten Staaten, die regionale Dynamik dieser Dinoflagellaten im Detail zu untersuchen. Während mehrerer Expeditionen im Juli-September 2022 sammelte das am Schiff befestigte Imaging FlowCytobot-Instrument Bilder von Phytoplanktongemeinschaften. Dann entdeckten Ozeanologen in den nördlichen Regionen des Bering- und Tschuktschenmeeres sowie in der westlichen Beaufortsee die größte Konzentration blühender, hochgiftiger A. catenella. Eine wissenschaftliche Arbeit dazu wurde in der Zeitschrift Limnology and Oceanography Letters veröffentlicht.
Dinophytenalgen blühten sechs Wochen lang in arktischen Gewässern – und insbesondere wird die Dynamik der Meeresgemeinschaften entlang Alaskas im Gegensatz zu anderen Küstengebieten der Vereinigten Staaten nur unzureichend überwacht. Obwohl viele kommerzielle Organisationen in dieser Region tätig sind, einschließlich der Gewinnung von Meeresressourcen.
Die Konzentrationsanalyse ergab, dass es im Untersuchungsgebiet mehr als 17,4 Tausend Zellen giftiger Dinoflagellaten pro Liter Wasser gibt. Es ist wichtig zu beachten, dass eine Konzentration von mehr als tausend Zellen pro Liter als gefährlich gilt. Wie die Autoren des Artikels betonten, wurde eine solch ungewöhnliche Dichte dieser Mikroorganismen noch nirgendwo zuvor nachgewiesen.
Laut Wissenschaftlern ist der Grad der Toxizität hoch. Ein möglicher Grund ist, dass A. catenella-Zellen mehr Toxine ansammeln, wenn sie bei niedrigen Temperaturen gezüchtet werden. Aber wenn wir über die möglichen Folgen einer solchen giftigen Blüte sprechen, sind sie nicht ganz klar.
Es besteht die Möglichkeit, dass der Tod von 25 Walrossen und zwei Grauwalen auf der nördlichen Seward-Halbinsel in Alaska mit hohen Konzentrationen von Dinoflagellaten verbunden ist. Offenbar durchquerten die Algengemeinschaften die Beringstraße und erschöpften innerhalb von sechs Wochen den Vorrat an im Wasser gelöstem anorganischem Stickstoff, also Nährstoffen. Es ist auch möglich, dass A. catenella in der russischen Arktis blüht, diese Gebiete wurden jedoch nicht in die Studie einbezogen. Die aufgezeichnete Blüte lagerte neue Zysten auf dem Grund der Tschuktschensee ab, was das Vorhandensein dieser Algen in der nächsten Saison sicherstellen wird, fügten Ozeanologen hinzu. In jedem Fall könnte die Ausbreitung günstiger Bedingungen für das Wachstum giftiger Dinoflagellaten die Ernährungssicherheit gefährden, indem Meeresfrüchte vergiftet und die Erntezeit der Meeresressourcen verschoben wird.
Sinkende Sauerstoffwerte im Wasser stellen eine kritische Bedrohung für die Natur und die Gesellschaft auf der Erde dar, sagte ein internationales Wissenschaftlerteam in einem Artikel in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution.
Laut Wissenschaftlern erwies sich der Sauerstoffgehalt im Wasser als eine der sogenannten planetarischen Grenzen – globale Umweltindikatoren, die die Fähigkeit der Erde bestimmen, die Existenz der Menschheit zu unterstützen.
„Der beobachtete Sauerstoffmangel in Süßwasser- und Meeresökosystemen stellt einen weiteren Prozess dar, der für die ökologischen und sozialen Systeme der Erde von entscheidender Bedeutung ist. Der schnelle und ständige Sauerstoffmangel in den Gewässern der Erde deutet darauf hin, dass sich der Sauerstoffgehalt einem kritischen Schwellenwert nähert“, heißt es in dem Artikel.
Seit 1980 haben die Seen und Stauseen der Erde fünf bzw. 18 Prozent ihres Sauerstoffs verloren, fügte die University of California in Santa Cruz in einer Pressemitteilung hinzu. Die Meere wiederum haben seit 1960 zwei Prozent ihres Sauerstoffs verloren. Das enorme Volumen des Weltozeans verleiht einem so kleinen Verlust in absoluten Zahlen ein großes Ausmaß, heißt es in der Pressemitteilung.
Eine neue Studie von Wissenschaftlern des südkoreanischen Zentrums für Klimaphysik am Institute of Basic Sciences zeigt, dass Seen auf der ganzen Welt bis zum Ende des Jahrhunderts aufgrund des vom Menschen verursachten Klimawandels einer beispiellosen Erwärmung ausgesetzt sein werden. Tropische Seen werden als erste von diesen beispiellosen Bedingungen betroffen sein, die sich sowohl auf die Oberflächen- als auch auf die Untergrundschichten auswirken und eine ernsthafte Bedrohung für die Artenvielfalt und die Ökosysteme darstellen.
Die Seen, die für ihre reiche Artenvielfalt und wichtige ökologische Funktionen bekannt sind, sind mit einem alarmierenden Trend konfrontiert: rapide steigenden Temperaturen. Eine kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlichte Studie eines Teams aus Limnologen und Klimamodellierern warnt davor, dass Seen auf der ganzen Welt, wenn die vom Menschen verursachte Erwärmung in ihrem derzeitigen Tempo anhält, bis Ende des Jahres eine weit verbreitete und beispiellose Erwärmung sowohl an der Oberfläche als auch in den Oberflächenbereichen erleben könnten in diesem Jahrhundert, weit über alles, was zuvor beobachtet wurde.
Für die Studie wurden Seetemperaturdaten verwendet, die mit einem modernen Computerklimamodell (Community Earth System Model, Version 2) simuliert wurden und den Zeitraum von 1850 bis 2100 n. Chr. abdecken. Dies ist das erste Modell seiner Art, das die Dynamik und Thermodynamik von Seesystemen im Zusammenhang mit der Atmosphäre widerspiegelt. Während der Studie nutzten die Wissenschaftler eine Reihe von 100 Simulationen von der Vergangenheit bis zur Zukunft, die auf einem der schnellsten Computer Südkoreas durchgeführt wurden. Jede Simulation liefert ein etwas anderes Bild der natürlichen Klimavariabilität und berücksichtigt gleichzeitig die vom Menschen verursachten Auswirkungen der Erwärmung, die mit steigenden Treibhausgaskonzentrationen einhergehen. Mithilfe dieses integrierten Modellierungsansatzes konnten die Wissenschaftler die Bandbreite natürlicher Temperaturschwankungen im See von denen unterscheiden, die durch menschliches Eingreifen verursacht wurden. Dadurch konnte das Team erstmals abschätzen, wann die Temperatur im See für längere Zeit die natürlichen Grenzen überschreiten würde.
Im Durchschnitt werden Seen auf der ganzen Welt bis zum Ende dieses Jahrhunderts klimatischen Bedingungen ausgesetzt sein, die ihresgleichen suchen. Der Zeitpunkt dieses Ereignisses variiert jedoch weltweit. Tropische Seen, die reich an Artenvielfalt sind, werden als erste mit beispiellosen Bedingungen konfrontiert sein, wenn die globale Erwärmung auf etwa 2,4 Grad über dem vorindustriellen Niveau ansteigt.
Während sich die Oberflächenerwärmung auf Arten auswirkt, die in flachen Seeschichten leben, könnten einige Organismen auf der Suche nach geeigneteren thermischen Lebensräumen vertikal wandern. Daher ist es auch wichtig zu berücksichtigen, wie die Erwärmung in unterirdische Schichten eindringt. Die Studie ergab das synchrone Auftreten beispielloser Bedingungen im Untergrund tropischer Seen, die durch die schnelle Übertragung von Erwärmungssignalen nach unten während häufiger Seevermischungsereignisse verursacht werden. Im Gegensatz dazu schützen Seen in hohen Breiten die unterirdischen Schichten durch Schichtung teilweise vor der Oberflächenerwärmung, wodurch der Klimawandel in der Tiefe verzögert und manchmal sogar verhindert wird.
Die globale Klimaerwärmung verändert die Struktur der Waldvegetation im Hohen Norden. Laut NASA-Forschern wird dieser Trend mindestens bis zum Ende dieses Jahrhunderts anhalten. Eine veränderte Waldstruktur könnte mehr Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre absorbieren oder das Auftauen von Permafrost verstärken und so alten Kohlenstoff freisetzen. Millionen von Datenpunkten der Missionen Ice, Cloud, and land Elevation Satellite 2 (ICESat-2) und Landsat trugen zu dieser neuesten Forschung bei, die zur Verfeinerung computergestützter Klimavorhersagemodelle verwendet wird.
Tundralandschaften werden höher und grüner. Mit der Erwärmung des Klimas verändert sich die Vegetation der Wälder im hohen Norden und es erscheinen mehr Bäume und Sträucher. Diese Veränderungen in der Vegetationsstruktur der borealen Wälder und der Tundra werden laut einer kürzlich veröffentlichten Studie von NASA-Wissenschaftlern mindestens die nächsten 80 Jahre anhalten.
Landschaft am Ort des Murphy Dome Fire in der Nähe von Fairbanks, Alaska, während des Arctic Boreal Forest Vulnerability Experiment (ABoVE) im August 2022. NASA/Katie Jepson
Boreale Wälder wachsen typischerweise zwischen dem 50. und 60. Grad nördlicher Breite und bedecken weite Teile Alaskas, Kanadas, Skandinaviens und Russlands. Das Biom beherbergt immergrüne Pflanzen wie Kiefer, Fichte und Tanne. Weiter nördlich haben Permafrost und die kurze Vegetationsperiode des Tundra-Bioms es in der Vergangenheit schwierig gemacht, große Bäume oder dichte Wälder zu ernähren. Die Vegetation in diesen Regionen bestand stattdessen aus Sträuchern, Moosen und Gräsern.
Die Grenze zwischen den beiden Biomen ist schwer zu unterscheiden. Frühere Studien haben gezeigt, dass das Pflanzenwachstum in hohen Breiten zunimmt und sich nach Norden in Gebiete verlagert, die zuvor nur spärlich mit Tundra-Sträuchern und Gräsern bedeckt waren. Nun stellt eine neue von der NASA durchgeführte Studie fest, dass in diesen Tundraregionen und den angrenzenden Übergangswäldern, wo Boreal und Tundra aufeinander treffen, vermehrt Bäume und Sträucher vorkommen. Dies wird voraussichtlich mindestens bis zum Ende des Jahrhunderts anhalten.
„Die Ergebnisse dieser Studie treiben eine wachsende Zahl von Arbeiten voran, die eine Verschiebung der Vegetationsmuster im borealen Waldbiom erkennen“, sagte Paul Montesano, Hauptautor der Arbeit und Forschungswissenschaftler am Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. „Wir haben Satellitendaten verwendet, um die Zunahme des Vegetationswachstums 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 des anhaltenden Wandels in den nächsten etwa 80 Jahren, der in Übergangswäldern besonders stark ausgeprägt ist.“
Die Daten der Studie kartieren Alaska und Nordkanada und verdeutlichen Veränderungen in der Baumbedeckung in Übergangslandschaften. Im borealen Nordamerika kam es in den Übergangstundrenlandschaften zu den größten Zuwächsen der Baumbedeckung (dunkelgrün). Diese Landschaften liegen am kalten Nordrand des Untersuchungsgebiets und beherbergten historisch gesehen hauptsächlich Sträucher, Moose und Gräser. NASA Earth Observatory/Wanmei Liang
Die Wissenschaftler fanden Vorhersagen über „positive Veränderungen der mittleren Höhe“ in allen in dieser Studie dargestellten Tundra- und Übergangswaldlandschaften. Dies deutet darauf hin, dass Bäume und Sträucher in Gebieten, in denen sie derzeit selten sind, sowohl größer als auch häufiger vorkommen werden.
„Die mit der Verschiebung einhergehende Zunahme der Vegetation könnte möglicherweise einen Teil der Auswirkungen der steigenden CO2-Emissionen ausgleichen, indem mehr CO2 durch Photosynthese absorbiert wird“, sagte der Co-Autor der Studie, Chris Ney, Projektwissenschaftler der NASA Landsat 8 und 9 in Goddard. Der dabei gebundene Kohlenstoff wird dann in Bäumen, Sträuchern und im Boden gespeichert.
Eine veränderte Waldstruktur kann auch zum Schmelzen des Permafrosts führen, da mehr Sonnenlicht von der dunkleren Vegetation absorbiert wird. Dadurch können CO2 und Methan freigesetzt werden, die über Jahrtausende im Boden gespeichert waren.
Flug über die boreale Landschaft von Fairbanks, Alaska, während der ABoVE-Feldkampagne im August 2022. NASA/Sophie Bates
In einem im Mai in der Zeitschrift Nature Communications Earth & Environment veröffentlichten Artikel beschrieben NASA-Wissenschaftler die Mischung aus Satellitendaten, maschinellem Lernen, Klimavariablen und Klimamodellen, die sie zur Modellierung und Vorhersage der Waldstruktur in den kommenden Jahren verwendeten. Konkret analysierten sie fast 20 Millionen Datenpunkte von ICESat-2 der NASA. Anschließend glichen sie diese Datenpunkte mit Zehntausenden Szenen nordamerikanischer borealer Wälder zwischen 1984 und 2020 von Landsat ab, einer gemeinsamen Mission der NASA und der USGS. Die Erstellung von Modellen mit solch großen Datenmengen, sogenannte „Big-Data“-Projekte, erfordert fortschrittliche Rechenfähigkeiten.
Die ICESat-2-Mission nutzt ein Laserinstrument namens Lidar, um die Höhe von Erdoberflächenmerkmalen (wie Eisschilden oder Bäumen) aus der Weltraumperspektive zu messen. In der Studie untersuchten die Autoren diese Messungen der Vegetationshöhe im hohen Norden, um zu verstehen, wie die moderne Struktur der borealen Wälder aussieht. Anschließend simulierten die Wissenschaftler mehrere zukünftige Klimaszenarien – unter Berücksichtigung unterschiedlicher Temperatur- und Niederschlagsszenarien – um zu zeigen, wie die Waldstruktur als Reaktion darauf aussehen könnte.
„Unser Klima verändert sich, und wenn es sich verändert, wirkt es sich auf fast alles in der Natur aus“, sagte Melanie Frost, Fernerkundungswissenschaftlerin bei NASA Goddard. „Für Wissenschaftler ist es wichtig zu verstehen, wie sich die Dinge verändern, und dieses Wissen für unsere Klimamodelle zu nutzen.“
Afrikanische Bauern verlieren aufgrund von „Klimaschocks“ etwa ein Drittel ihrer Ernte. Dabei geht es insbesondere um lokale Dürren, Mikroüberschwemmungen und andere kleinräumige Phänomene.
Experten der Weltbank, der UN-Universität und europäische Klimatologen sind zu dem Schluss gekommen, dass Landwirte in Äthiopien, Nigeria, Mali und anderen afrikanischen Ländern jährlich etwa ein Drittel ihrer Ernte aufgrund verschiedener „Klimaschocks“ verlieren, darunter lokale Dürren, Mikroüberschwemmungen und andere kleine Skalenphänomene. Die Ergebnisse der Wissenschaftler wurden in einem Artikel in der Fachzeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht.
„Kleine Klimaschocks erhalten weitaus weniger Aufmerksamkeit als große Dürren, Hurrikane oder massive Überschwemmungen, aber ihre kumulative Wirkung kann sehr bedeutsam sein. „Unsere Analyse der Daten von 120.000 Bauernfeldern in sechs afrikanischen Ländern zeigt, dass diese Phänomene etwa 35 % der landwirtschaftlichen Betriebe betreffen und den nationalen Ertrag um 29 % reduzieren“, heißt es in der Studie.
Zu diesem Schluss kam eine Gruppe von Ökonomen und Klimatologen unter der Leitung des führenden Ökonomen der Weltbank (Rom, Italien) Philip Wollburg bei der Analyse der Daten. Die Daten wurden zwischen 2008 und 2019 von den Spezialisten der Organisation sowie den zuständigen Behörden in sechs afrikanischen Ländern gesammelt, darunter Äthiopien, Nigeria, Mali, Malawi, Tansania und Niger.
Zu diesen Daten gehören, wie die Forscher anmerken, Informationen darüber, wie oft und in welchem Ausmaß die Besitzer von 120.000 einzelnen Feldern und Bauernhöfen Ernten verloren haben und welche klimatischen Anomalien mit diesen Verlusten einhergingen. Laut den Forschern ist dieser Ansatz der Datenerhebung äußerst untypisch, da sich Wissenschaftler bei der Durchführung solcher Analysen in der Regel auf Makrodaten und nicht auf Informationen einzelner Betriebe stützen.
Die von Wissenschaftlern durchgeführte Analyse ergab, dass die Auswirkungen von „Klimaschocks“ auf das Wohlergehen afrikanischer Landwirte sowie auf die gesamte Erntemenge in afrikanischen Ländern mittlerweile stark unterschätzt werden. Insbesondere im Jahr 2011 haben Mikrodürren, Überschwemmungen, Insektenbefall und andere Wetter- und Klimafaktoren den Landwirten in Niger etwa 70 % ihrer Ernte entzogen, was auch in Äthiopien in den Jahren 2015–2016 und in Malawi in den Jahren 2018–2019 der Fall war.
Im Durchschnitt verlieren Landwirte in diesen sechs Ländern aufgrund von „Klimaschocks“ jedes Jahr etwa ein Drittel ihrer Ernte, was erhebliche Auswirkungen auf die Verfügbarkeit von Nahrungsmittelressourcen sowie die wirtschaftliche und politische Stabilität in diesen Regionen Afrikas hat 140-170 Millionen Menschen leben in Regionen, die von Überschwemmungen und Dürren betroffen sind. Dies müsse bei der Entwicklung von Plänen zur Umsetzung der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung zur Bekämpfung des Hungers berücksichtigt werden, so das Fazit der Forscher.
Die Auswirkungen des Klimawandels bedrohen das Wohlergehen der Menschen und des Planeten, und die Ziele zur globalen Erwärmung seien noch lange nicht erreicht, erklärte die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) in einer Pressemitteilung.
„Wir sind weit davon entfernt, wichtige Klimaziele zu erreichen. Die Auswirkungen des Klimawandels und des gefährlichen Wetters machen Entwicklungsfortschritte zunichte und gefährden das Wohlergehen der Menschen und des Planeten“, heißt es in dem Dokument. Die WMO betont, dass die Treibhausgasemissionen Rekordwerte erreicht haben und dass die Welt ohne entschlossene Maßnahmen in diesem Jahrhundert eine globale Erwärmung von 3 °C riskiert.
„Wir brauchen jetzt dringende und ehrgeizige Maßnahmen, um nachhaltige Entwicklung, Klimaschutz und Katastrophenvorsorge zu unterstützen. Die Entscheidungen, die wir heute treffen, können den Unterschied zwischen einem zukünftigen Zusammenbruch oder einem Durchbruch in eine bessere Welt ausmachen“, sagte die Generalsekretärin der Organisation, Celeste Saulo.
Der vom Menschen verursachte Klimawandel hat zu weitreichenden und schnellen Veränderungen in der Atmosphäre, dem Ozean, der Kryosphäre und der Biosphäre geführt. 2023 war mit großem Abstand das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen, mit weit verbreiteten extremen Wetterereignissen. Dieser Trend setzte sich im ersten Halbjahr 2024 fort.
Laut WMO könnten die globalen Temperaturen in den nächsten fünf Jahren Rekordhöhen erreichen. Dies wird durch Treibhausgase und eine Änderung der Phasen der Meeresströmungen von La Niña zu El Niño erleichtert.
Ehemaliger Berater des UN-Generalsekretärs Chung: Die Geschwindigkeit des Klimawandels auf der Welt nimmt alarmierend zu. Das Tempo des Klimawandels in der Welt nehme zu, wie unter anderem am sehr warmen September in Moskau zu sehen sei, und der Planet nähere sich möglicherweise dem Punkt, an dem es kein Zurück mehr gebe, sagte Friedensnobelpreisträger und ehemaliger Berater des Friedensnobelpreises UN-Generalsekretär Rae Kwon Chung zum Klimawandel.
„Jetzt im September ist es in Moskau sehr warm und sonnig. Vor meiner Abreise waren es in Seoul 35 Grad, im September sollten es 20 Grad sein. Ich war letztes Jahr hier, es war sehr cool in Moskau. Die Veränderungsrate ist sehr hoch, vielleicht nähern wir uns dem Punkt, an dem es kein Zurück mehr gibt“, sagte er in seiner Rede auf dem Cloud Cities-Forum.
Der Experte stellte fest, dass er es immer noch für möglich hält, diesen Trend zu ändern, obwohl er zunehmend skeptisch und sehr besorgt ist.