Gegensätzliche Hochgebirge

Hochgebirge lassen sich in Bezug auf den Klimawandel nicht über einen Kamm scheren. Das zeigen Forschende der ETH Zürich und der Universität Utrecht in einer vom schweizerischen Nationalfonds geförderten Studie auf, die soeben in der Fachzeitschrift PNAS erschienen ist. In ihrer Untersuchung verglichen die Wissenschaftler den gesamten Wasserhaushalt zweier vergleichbarer Hochgebirgsregionen in Nepal und Chile in Hinblick auf den Klimawandel.

Um den Wasserhaushalt der Regionen berechnen und vergleichen zu können, erstellten die Forschenden ein neuartiges, sehr umfangreiches Modell des oberen Langtang-Tals in Nepal und der Region Juncal in den zentralen Anden Chiles.

Beide Regionen sind wichtige Wassereinzugsgebiete für Millionen Menschen, die in den angrenzenden Tiefländern leben. Die Untersuchungsgebiete sind geprägt von hohen Bergen von mehr als 6000 Metern Höhe und von Gletschern. Auch geben Klimamodelle für bis Ende des 21. Jahrhunderts für beide Regionen eine ähnliche Zunahme der Jahresmitteltemperaturen an; in milden Szenarien könnte die Erwärmung in diesen Gebieten 1 bis 3 Grad, im Extremfall aber 4 bis 6 Grad betragen.

Trockener und weniger Abfluss

Mit ihrem Modell können die Forscher nun aber aufzeigen, dass sich der Wasserhaushalt der Untersuchungsgebiete trotz dieser Gemeinsamkeiten gegenteilig entwickeln dürfte.
Die Region Juncal dürfte in Zukunft noch trockener werden. In der Trockenzeit, die bereits jetzt ausgeprägt ist, wird das Wasser in den Flüssen knapp.

Für die Jahre 2010-2030 erwarten die Forschenden aufgrund ihrer Berechnungen zwar gleich bleibende Abflussmengen. Danach aber nimmt das verfügbare Wasser stetig ab. So könnte in der Region Juncal der Wasserabfluss aus dem gesamten Einzugsgebiet im Extremfall bis zum Jahr 2100 auf einen Drittel des heutigen Pegels schrumpfen.

Anders im oberen Langtang-Tal: In der ersten Hälfte dieses Jahrhunderts wird die Abflussmenge zunehmen, dies bei allen angenommenen Klimaszenarien gegenüber der Vergleichsperiode von 2001 bis 2010. Im Extremfall könnte die Zunahme bis zu 70 Prozent betragen. Das Abflussmaximum könnte um die Jahre 2050 bis 2060 erreicht werden. Danach nimmt die Abflussmenge bis ins Jahr 2100 stetig ab oder bleibt stabil.

Gletscher und Firn wichtig für Abflussmenge

Wie viel Wasser die Bäche und Flüsse führen, hängt vom Schicksal der Gletscher ab. In beiden Untersuchungsgebieten werden die Gletscher schrumpfen. Diejenigen in der Region Juncal könnten je nach Klimaszenario bis zu 70 Prozent ihrer Fläche verlieren. In Langtang sind es im Extremfall «nur» 55 Prozent.

Der Anteil an Gletscherschmelze an der Abflussmenge wird sich deshalb auch gegensätzlich verhalten: In Langtang wird sich der Abflussanteil aus der Eisschmelze bis 2050 verstärken und in einem Maximum gipfeln, danach aber zurückgehen. In Juncal ist der Zeitpunkt der maximalen Gletscherschmelze bereits vor 2010 überschritten worden. Nun sinkt der Anteil der Gletscherschmelze am Abfluss konstant – und wird es auch bis Ende des Jahrhunderts tun.

Dies erklären die Forschenden damit, dass die Gletscher in den beiden Regionen auf unterschiedlichen Meereshöhen liegen. In Langtang liegen viele Gletscher in sehr grossen Höhen. Sie werden erst in der Zukunft abschmelzen und mit ihrem Schmelzwasser den Teil kompensieren, der heute von tiefer gelegenen Gletschern stammt. In Juncal schmelzen aber schon heute die höchstgelegenen Gletscher, da diese weniger hoch liegen als im Himalaja. Zudem sind in Langtang die Zungen vieler Gletscher von mächtigen Schuttschichten bedeckt. Der Schutt hat einen isolierenden Effekt, was dazu führt, dass sich die Gletscher weniger schnell zurückziehen.

Mehr Regen und weniger Schnee führen zu Hochwasser und saisonaler Trockenheit
Schliesslich sagt das neue Modell auch, dass es in Zukunft in Langtang mehr Niederschlag geben könnte als bisher. Das verstärkt den Effekt der zunehmenden Gletscherschmelze auf den Wasserabfluss. Nicht so in Chile. Dort wird sich die Sommertrockenheit in den Monaten Dezember bis März verstärken. Heute bewässern die Bauern in den fruchtbarsten Gebieten Chiles ihre Felder mit Schmelzwasser. «Liefern die Gebiete im Oberlauf der Flüsse künftig weniger Wasser, sind Massnahmen, welche den sorgfältigen Umgang mit den Wasserreserven fördern, wichtig», sagt Erstautor Silvan Ragettli, Postdoktorand am Institut für Umweltingenieurwissenschaften an der ETH Zürich.

Im nepalesischen Himalaya hingegen müsse das Augenmerk auf die Bewältigung von Hochwassern gelegt werden. Durch den Klimawandel werde die Schneegrenze steigen. «Bei steigenden Niederschlagsmengen in Form von Regen fliesst das Wasser sofort ab, was zu extremen Hochwassern führen kann.»

Neues Modell lässt regionale Prognosen zu

«Unser Modell ist neu und einzigartig dahingehend, dass es viele verschiedene Prozesse realistisch abbilden kann», sagt Ragettli. So berücksichtigt es zahlreiche Faktoren, die für die Hydrologie massgebend sind wie Regen- und Schneemengen, Verdunstung, Grundwasser aber auch die Ausdehnung und Massenveränderung der Gletscher. In aufwendiger Feldarbeit erhoben die Forschenden lokale Messdaten, um das Modell für die Studiengebiete aufzusetzen. Dadurch können sie sehr genaue Aussagen machen, wie sich der Wasserhaushalt verändern wird.

Mit der Studie begonnen haben die Forscher 2005, mit einer ersten ETH-Expedition in die chilenischen Anden. 2012 begannen auch im Langtang-Tal die Messungen in Zusammenarbeit mit der Universität Utrecht und ICIMOD, einer internationalen Organisation mit Sitz in Kathmandu, welche sich für nachhaltige Entwicklung im Himalaja einsetzt. In beiden Untersuchungsgebieten gab es bis anhin keine systematisch erhobenen Messdaten zu Klima und Hydrologie, weshalb die Forscher erst Messstationen aufbauen mussten.

Die Anden respektive den Himalaja haben die Forscher deshalb ausgewählt, weil dort die bisher existierenden Modelle sehr ungenau waren. Die jetzt erschienene Studie konnte aufzeigen, dass bisherige grobmaschige Modelle keine zuverlässigen Voraussagen für die Hochgebirgsregionen rund um die urbanen Zentren Chiles und Nepals machen konnten.

Literaturhinweis

Ragettli S, Immerzeel WW, Pellicciotti F: Contrasting climate change impact on river flows from high-altitude catchments in the Himalayan and Andes Mountains, PNAS, 1. August 2016, doi: 10.1073/pnas.1606526113 [http:/dx.doi.org/10.1073/pnas.1606526113]