Klimawandel

Klimawandel – Regenwälder im Brennpunkt der Erderwärmung

Tropische Regenwälder sind die kühlende Klimaanlage der Erde. Die Brandrodung tropischer Regenwälder ist doppelt schlecht für das Klima. Bei der Verbrennung der Wälder wird einerseits Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre freigesetzt, andererseits fehlen die verbrannten Wälder um Kohlenstoffdioxid aus der Luft zu binden.

In der Klimadiskussion zeigt sich, dass die tropischen Regenwälder für das Weltklima heute wichtiger sind denn je. Viele Wissenschaftler sind überzeugt, dass Regenwaldschutz die einfachste Maßnahme für den Klimaschutz ist. Holz besteht zum größten Teil aus reduziertem Kohlenstoff, von dem der Sauerstoff während der Photosynthese abgespalten wurde. Kohlenstoff, der im Holz gebunden ist, hat keinen negativen Einfluss auf die Atmosphäre. Ein Regierungssprecher der Bundesregierung hat es im August 2019 so formuliert, dass der Amazonas-Regenwald „von herausragender Bedeutung für Klimaschutz und Artenvielfalt“ sei.

Brandrodung – doppelt schlecht für das Klima
Durch das Verbrennen der tropischen Regenwälder werden einerseits enorme Menge des in der Vegetation gebundenen Kohlenstoffs in Form von Kohlenstoffdioxid (Kohlendioxid) in die Atmosphäre freigesetzt. Andererseits fehlen die verbrannten Bäume um künftig Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre zu binden – ein doppelt negativer Effekt, der verdeutlicht, welch wichtige Rolle die tropischen Regenwälder beim Klimaschutz spielen.

Bäume speichern viel Kohlenstoff

Bäume sind in der Regel sehr langlebige Pflanzen, die während ihres Wachstums besonders viel Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufnehmen und in ihren massiven Holzstämmen speichern können. Trotz der fortschreitenden Entwaldung ist in tropischen Regenwäldern heute noch mehr Kohlenstoff gebunden, als die Menschheit in den vergangenen 30 Jahren durch Verbrennung von Kohle, Öl und Erdgas freigesetzt hat.

In ihrem natürlichen Gleichgewicht nehmen tropische Regenwälder in der Summe mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre auf, als sie abgeben. Wie viel Kohlenstoff die Bäume aufnehmen können, hängt von der Temperatur ab. Ab einer bestimmten Temperatur (thermischer Wendepunkt) kippt das Gleichgewicht. Wenn die durchschnittliche tägliche Höchsttemperatur im wärmsten Monat des Jahres auf 32,2°C steigt, binden die Bäume in der Folge weniger Kohlenstoff, ihre Kohlenstoffspeicherkapazität nimmt ab, und es wird mehr Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt. Möglicherweise werden die Bäume durch hohe Temperaturen und Wassermangel (ausgelöst durch Dürren) anfälliger für Stress, wodurch die Baumsterblichkeit steigt.

Jede weltweite Erhöhung der Maximaltemperatur um 1°C reduziert die Kohlenstoffspeicherung in tropischen Regenwäldern um 7 Milliarden Tonnen (was ungefähr den gesamten Kohlenstoffemissionen der USA über 5 Jahre entspricht), obwohl ein Großteil dieses Verlusts derzeit noch durch ein erhöhtes Wachstum ausgeglichen wird. Der thermische Wendepunkt könnte am Amazonas allerdings bereits im Jahr 2035 erreicht werden.

Steigen die Temperaturen um 2°C über das vorindustrielle Niveau, werden jedoch 71% der tropischen Regenwälder über den thermischen Wendepunkt hinausgeschoben, wodurch viermal mehr Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt würde als bisher.

Kohlenstoff in den Regenwälder Amazoniens

Die gesamte Biomasse auf der Erde wird auf 550 Milliarden Tonnen geschätzt, wovon 80% pflanzlichen Ursprungs sind, das sind 440 Milliarden Tonnen. Auf einem Quadratkilometer Amazonas-Regenwald sind ungefähr 20.000 Tonnen Kohlenstoff gebunden. Thomas Lovejoy, Wissenschaftler der United Nations Foundation, geht davon aus, dass in den tropischen Regenwäldern am Amazonas eine Menge von 150 bis 200 Milliarden Tonnen Kohlenstoff gespeichert ist. Die Wälder in Deutschland speichern mit etwa 12.000 Tonnen pro Quadratkilometer vergleichsweise wenig Kohlenstoff, insgesamt sind es 1,23 Milliarden Tonnen.

Derzeit werden schätzungsweise 40 Milliarden Tonnen Kohlenstoffdioxid (oder Kohlendioxid) pro Jahr in die Atmosphäre freigesetzt (emittiert). Carlos Nobre, Klimaforscher an der Universität von Sao Paulo, geht davon aus, dass allein die Regenwälder am Amazonas zwecks Photosynthese jährlich rund zwei Milliarden Tonnen Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre aufnehmen (absorbieren), was immerhin 5% der jährlichen Emissionen entspricht. Das heißt, sie fungieren heute noch als Kohlenstoffsenke, nehmen also mehr Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre auf, als dass sie abgeben.

Die fortschreitende Zerstörung und der globale Klimawandel verändern lokal das Klima am Amazonas. Trockenzeiten werden länger, es kommt häufiger zu Dürren und die lokalen Wasserkreisläufe werden gestört. Dadurch überschreiten die tropischen Regenwälder Amazoniens möglicherweise heute schon eine kritische Schwelle (Kipppunkt), von der sie von einer Kohlenstoffsenke zu einer Kohlenstoffquelle werden. Sprich, sie geben mehr Kohlendioxid in die Atmosphäre frei, als sie aufnehmen. Und das hat negative Auswirkungen auf das globale Klima und den Klimawandel.

Wissenschaftler um Chris A. Boulton haben konnten feststellen, dass mehr als drei Viertel der Amazonas-Regenwälder seit den frühen 2000er Jahren an Widerstandsfähigkeit verloren haben. In Gebieten mit weniger Niederschlägen und in Regionen mit vermehrter menschlicher Aktivität geht die Widerstandsfähigkeit schneller verloren. Boulton und seine Kollegen liefern direkte empirische Beweise dafür, dass die Amazonas-Regenwälder an Widerstandsfähigkeit verlieren und ein Waldsterben am Amazonas droht, das tiefgreifende Auswirkungen auf die biologische Vielfalt, die Kohlenstoffspeicherung und den Klimawandel auf globaler Ebene hat.

Der Regenwald – die Grüne Lunge?
Tropische Regenwälder sind nicht die Grüne Lunge der Erde. In der Lunge werden Gase ausgetauscht. So wird Sauerstoff über die Lunge aufgenommen und Kohlenstoffdioxid abgegeben. Im Zusammenhang mit dem Klimawandel werden tropische Regenwälder gern als die grüne Lunge der Erde bezeichnet, weil sie Sauerstoff produzieren und in die Atmosphäre freisetzen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass dieses Bild nicht unbedingt stimmt, denn bestehende Regenwälder produzieren etwa so viel Sauerstoff in der Photosynthese, wie sie später bei Atmungs- und Zersetzungsprozessen wieder verbrauchen. Nur junge, wachsende Regenwälder haben eine positive Sauerstoffbilanz und setzen Sauerstoff in die Atmosphäre frei.

Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre

Die Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre lag vor der Industrialisierung im Jahr 1750 bei 277 Teilen pro Million (ppm – parts per million) und im Jahr 1970 bereits bei 325 ppm. Im Oktober 2019 wurden auf Hawaii vom NOAA-Mauna-Loa-Observatorium 408 ppm gemessen und im Juli 2021 bereits 417 ppm – Tendenz weiter steigend. Das vollständige Verbrennen der tropischen Regenwälder am Amazonas würde diesen Wert um 38 ppm erhöhen, so Thomas Lovejoy.

Die Brandrodung der tropischen Regenwälder trägt mit bis zu 15% zum weltweiten Treibhauseffekt bei. Studien haben gezeigt, dass 1997 und 1998 bei Waldbränden in Südostasien 15 bis 40% des weltweit produzierten Kohlenstoffdioxids freigesetzt wurden. Häufig wird bei den Rodungen auch die Bodenflora zerstört. Die Regenwälder auf der Insel Borneo in Indonesien stehen zu einem großen Teil auf morastigen und sumpfigen Torfböden. Nach der Rodung trocknen diese Böden aus, wodurch ebenfalls große Mengen Kohlenstoffdioxids und auch das viel stärkere Treibhausgas Methan freigesetzt werden.

Erderwärmung

Allen Unkenrufen manch Ewiggestrigem zum Trotz, die Welt wird definitiv wärmer. Laut einer Temperaturanalyse von Wissenschaftlern des Goddard Institute for Space Studies (GISS) der NASA ist die durchschnittliche globale Temperatur auf der Erde seit 1880 um etwas mehr als 1°C gestiegen. Zwei Drittel der Erwärmung sind seit 1975 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,15 bis 0,20°C pro Jahrzehnt aufgetreten.

Dies ist auf den unten gezeigten Karten der NASA zu sehen. Die Karten zeigen allerdings nicht die absolute Temperatur, sondern die globalen durchschnittlichen Temperaturabweichungen. Das heißt, sie zeigen, wie sich verschiedene Regionen der Erde im Vergleich zu einem Referenzzeitraum erwärmt oder abgekühlt haben. Der Referenzzeitraum umfasst die mittlere globale Oberflächentemperatur der Erde in den Jahren von 1951 bis 1980, die bei 14°C lag (bei einer geschätzten Unsicherheit von mehreren Zehntel Grad). Mit anderen Worten, die Karten zeigen, wie viel wärmer oder kälter eine Region wurde im Vergleich zum Referenzzeitraum. Für die Berechnung hat die NASA die Daten von mehr als 20.000 Wetterstationen ausgewertet, dazu noch Messungen der Temperatur von Meeresoberflächen durch Schiffe und Bojen sowie Temperaturmessungen von Forschungsstationen in der Antarktis.

Eine Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur um 0,6°C in 45 Jahren klingt nicht sonderlich spektakulär. Allerdings wird enorm viel Wärmeenergie benötigt um Ozeane, Atmosphäre und Landmassen der Erde so stark zu erwärmen. Die Kleine Eiszeit Anfang des 15. Jahrhunderts hat gezeigt, dass bereits kleine Schwankungen der globalen Durchschnittstemperatur von 1°C bis 2°C große Auswirkungen haben können. Damals war es in Europa deutlich kühler, und die lang anhaltenden tiefen Temperaturen haben viele Ernten ruiniert. Das heißt, wenn die Erde bewohnbar bleiben soll, dann müssen wir gegensteuern – und zwar jetzt.

Wolken

Neben Kohlenstoffdioxid haben auch Wolken einen Einfluss auf das Klima. Wolken reflektieren Sonneneinstrahlung zurück in den Weltraum und erzeugen deswegen einen kühlenden Effekt, ähnlich wie Schnee- und Eisfelder. Eine Abnahme der Wolkenmenge könnte die Erwärmung des Klimas verstärken. Über die Oberfläche des riesigen geschlossenen Kronendachs erzeugen die tropischen Regenwälder in Amazonien im kleinen Wasserkreislauf sehr viel Wasserdampf, womit sie die untere Atmosphäre kühlen und die Wolkenbildung unterstützen – tropische Regenwälder als Klimaanlage der Erde.

Wo die Wälder fehlen, entstehen trockene (aride) Zonen in denen der Wasserhaushalt regional empfindlich gestört werden kann. Außerdem entstehen weniger Wolken, wodurch die Erderwärmung verstärkt werden kann. Klimaforscher der Universität von Sao Paulo schätzen, dass wenn ein Viertel der tropischen Regenwälder in Amazonien zerstört worden ist, die Trockenzeiten länger werden und die Regenwälder zu Savannen werden. Der Effekt ist heute schon zu beobachten.

Wirtschaftliche Schäden

Experten schätzen den wirtschaftlichen Schaden pro emittierter Tonne Kohlenstoffdoxid auf 20 Dollar. Durch die Umwandlung eines Hektars tropischen Regenwalds zu Ackerland, ergibt dies einen Schaden von 600 bis 4.000 Dollar pro Hektar. Umgekehrt bedeutet dies, dass die Funktion der tropischen Regenwälder als Kohlenstoffspeicher einen höheren Ertrag bringt als jede andere Form der Bewirtschaftung.

Bei einem von der Welternährungsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) angenommenen jährlichen Verlust tropischer Regenwälder von 54.000 Quadratkilometern ergibt dies einen Schaden zwischen 9 und 60 Milliarden Dollar jährlich. Unglaubwürdig? Nicht, wenn man sich die Milliarden-Schäden der Jahrhundertflut in Deutschland im August 2002 vor Augen führt.

Lachgas als Treibhausgas

Der weltweit zunehmende Einsatz von Stickstoffdüngern bei der Herstellung von Nahrungsmitteln erhöht die Konzentration von Lachgas (Distickstoffmonoxid, N₂O) in der Atmosphäre. Zwar entziehen die Pflanzen der Luft während des Wachstums Kohlenstoffdioxid, doch wird für die Düngung der Felder sehr viel Stickstoff eingesetzt. In China, Indien und den USA werden hauptsächlich synthetische Stickstoffdünger auf die Felder ausgebracht, in Afrika und Südamerika überwiegend Viehdung. Der Stickstoff wird im Boden zu Lachgas umgewandelt, das in die Atmosphäre freigesetzt wird. Lachgas ist ein etwa 300-mal so starkes Treibhausgas wie Kohlenstoffdioxid und verbleibt mehr als 100 Jahre in der Atmosphäre. Daneben zerstört Lachgas die Ozonschicht in der Stratosphäre, die die Erde vor den meisten schädlichen ultravioletten Strahlen der Sonne schützt.

Eine Studie aus dem Jahr 2020 weist auf einen alarmierenden Trend hin, der sich auf den Klimawandel auswirkt. Lachgas ist gegenüber dem vorindustriellen Niveau im Jahr 1750 von 270 Teilen pro Milliarde (ppb) auf 331 ppb im Jahr 2018 gestiegen. Das ist ein Anstieg um 20%, wobei der rasanteste Anstieg in den letzten 50 Jahren beobachtet wurde, ausgelöst durch Lachgas-Emissionen aus menschlichen Aktivitäten. Die Haupttreiber für den Anstieg der Lachgaskonzentration in der Atmosphäre sind Landwirtschaft, die steigende Nachfrage nach Agrartreibstoffen und der Anbau von Futtermitteln für Tiere (Soja). Die größten Wachstumsraten bei den Lachgas-Emissionen verzeichnen insbesondere Brasilien, China und Indien, wo die Pflanzenproduktion und Tierbestände steigen.

In einer Studie aus dem Jahr 2008 konnte gezeigt werden, dass Ethanol aus Weizen und Mais viel schädlicher für das Klima sind als fossile Brennstoffe. Als Grund wird der massive Einsatz von Stickstoffdünger genannt, der im Boden in Lachgas umgewandelt und in die Atmosphäre freigesetzt wird. Für amerikanisches Agrarethanol berechneten die Wissenschaftler einen Beitrag zur Erderwärmung, der 50% über dem von fossilen Treibstoffen liegt.