"Kühlende" Wälder können auch heizen

Die einfache Formel, die wir in den letzten Jahren gelernt haben, dass Wälder das Treibhausgas CO-2 aus der Atmosphäre binden und daher die globale Erwärmung verhindern, stellt sich als doch gar nicht einfach heraus, wie zuerst angenommen.

Wälder können Hitze direkt absorbieren und speichern und zumindest in einer Art Wald können diese Wirkungen sogar so stark sein, dass sie die Vorteile von vermindertem CO-2 fast wieder aufheben. Dies ist die Schlussfolgerung einer Forschungsarbeit, die heute von Wissenschaftlern aus dem Fachbereich für Chemie am Weizmann Instituts in Science veröffentlicht wird.

Seit 10 Jahren hat das Weizmann Institut eine Forschungsstation in dem semiariden Yatir-Wald, einem Kiefernwald am Rande der Negevwüste. Diese Station ist Teil eines weltweiten Projekts, dass aus über 400 Stationen, die sich FLUXNET nennen, besteht und die Verbindung zwischen den Wäldern, der Atmosphäre und dem Klima rund um die Erdkugel untersucht. Der Beitrag der Yatir-Station, sagt Prof. Dan Yakir aus dem Fachbereich Umweltwissenschaften und Energieforschung, ist einzigartig, weil sie „eine der wenigen Stationen in der semiariden Klimazone ist, die ja immerhin mehr als 17% der Erdoberfläche ausmacht, und außerdem verfügt sie über die längste Datenaufzeichnung von Prozessen, die sich in semiariden Wäldern ereignen“.

Wälder wirken dem „Treibhauseffekt“ entgegen, in dem sie das hitzespeichernde CO-2 aus der Atmosphäre entfernen und in lebenden Bäumen speichern. Nach jahrelangen Messungen hat die Yakir-Forschungsgruppe herausgefunden, dass der semiaride Wald, obwohl er nicht so üppig wie Wälder in gemäßigteren Klimazonen weiter im Norden ist, überraschenderweise sehr gut als Kohlenstoffbecken dient – weitaus besser als die meisten europäischen Kiefernwälder und etwa gleichwertig mit dem globalen Durchschnitt. Das waren unerwartete Neuigkeiten für einen Wald am Rande einer Wüste, welche zeigten, dass es wahrhaftig Hoffnung für Wälder in gemäßigteren Klimazonen gibt, falls sich in zukünftigen Szenarien globaler Veränderungen alles aufheizen sollte.

Aber Wälder tun mehr als nur CO-2 zu lagern, und Yakir beschloss, sich das „gesamte Energiebudget“ eines semiariden Waldes gemeinsam mit Dr. Eyal Rotenberg einmal genauer zu untersuchen. Der erste Hinweis, dass möglicherweise andere Abläufe der kühlenden Wirkung der CO-2-Aufnahme entgegenarbeiten, kam, als sie das Albedo des Waldes (das Rückstrahlvermögen, d.h. wie viel Sonnenlicht von seiner Oberfläche zurück ins Weltall reflektiert wird) mit dem der naheliegenden kahlen, nur mit Sträuchern bewachsenen Landflächen verglichen. Sie fanden heraus, dass der dunkelfarbige Baldachin des Waldes ein niedrigeres Rückstrahlvermögen hat und weit mehr Sonnenenergie absorbiert als die blasse, reflektierende Oberfläche der umliegenden kahlen Landflächen. In einem wolkenlosen Umfeld mit hochgradiger Solarstrahlung wird das Albedo zu einem wichtigen Faktor in der Oberflächenerhitzung.

Danach untersuchten die Wissenschaftler die Kühlungsmechanismen im Wald selbst. Zur Abkühlung benutzen Bäume in feuchteren Gegenden der Erdkugel Wasserkühlungssysteme: Sie öffnen die Poren in ihren Blättern und lassen einfach etwas Wasser verdunsten, wodurch Hitze abgegeben wird. Aber ein semiarider Kiefernwald mit seinem spärlichen Wasservorrat eignet sich nicht für Wasserverdunstung. Die Wissenschaftler entdeckten, dass stattdessen ein alternatives, wirkungsvolles Luftkühlungssystem zum Einsatz kommt. Da semiaride Wälder nicht so dicht wie Wälder in gemäßigten Klimazonen sind, kommt die Luft in den Freiflächen zwischen den Bäumen mit großen Flächen in Kontakt und die Hitze kann so sehr leicht von den Blättern in die Luftzirkulation übertragen werden. Dieses semiaride Luftkühlungssystem ist für die Kühlung der Baumspitzen sehr wirkungsvoll und die Abkühlung wiederum führt zu einer Reduzierung der infraroten (thermalen) Strahlung ins All. In anderen Worten: Während sich die semiariden Wälder zu ihrem Überleben selbst gut genug abkühlen und Kohlenstoff aufnehmen können, absorbieren sie dabei – über die Albedo-Wirkung – mehr solare Strahlungsenergie und bewahren mehr von dieser Energie auf (indem die Abgabe infraroter Strahlung unterdrückt wird). Diese beiden Wirkungen sind letztlich stärker als die Wissenschaftler erwartet hatten. „Obwohl die Zahlen mit Ort und lokalen Bedingungen variieren,“ sagt Yakir, „wissen wir jetzt, dass es Jahrzehnte dauern wird bis ausreichende Wälder nachgewachsen sind, damit die „kühlende“ Kohlenstoffbindung die entgegenwirkenden „wärmenden“ Prozesse einholen kann.“

Yakir und Rosenberg stellten sich danach noch eine weitere Frage: Ob die Anpflanzung semiarider Wälder tatsächlich zu einer Erwärmung führt und was passiert, wenn der gegensätzliche Prozess, die Verwüstung, eintritt: Unter Anwendung ihrer neuen Erkenntnisse auf die existierenden Daten in Gegenden, die sich in Wüsten verwandelt haben, stellten sie fest, dass die Wüstenbildung die globale Erwärmung nicht – wie bisher allgemein angenommen – beschleunigt, sondern sie sogar vermindert, zumindest kurzfristig. Durch die Reflektierung von Sonnenlicht und die Abgabe infraroter Strahlung hat die Verwüstung semiariden Landes während der letzten 35 Jahre die globale Erwärmung um etwa 20% verlangsamt, verglichen mit der zu erwartenden Wirkung des CO-2-Anstiegs im gleichen Zeitraum. Und in einer Welt, in der die Verwüstung mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 Millionen Hektar pro Jahr voranschreitet, könnte sich diese Neuigkeit auf bedeutende Weise auf unsere Einschätzung der Geschwindigkeit und des Ausmaßes des Klimawandels auswirken. Yakir: „Insgesamt betrachtet bleiben Wälder sehr wichtige Klimastabilisatoren (abgesehen von ihren anderen ökologischen Auswirkungen), aber es gibt durchaus Abstriche, wie etwa der Tausch zwischen Kohlenstoffbindungen und Oberflächenstrahlungsbudgets. Und dies werden wir bei etwaigen Zukunfts-Vorhersagen berücksichtigen müssen.“

Prof. Dan Yakirs Forschungsarbeit wird finanziert von dem Avron-Wilstaetter Minerva-Center for Research in Photosynthesis, dem Sussman Family Center for the Study of Environmental Sciences, der Angel Faivovich Foundation for Ecological Research und dem Cathy Wills and Robert Lewis Program in Environmental Science.

Das Weizmann Institut in Rehovot, Israel, gehört weltweit zu den führenden multidisziplinären Forschungseinrichtungen. Seine 2600 Wissenschaftler, Studenten, Techniker und anderen Mitarbeiter sind in einem breiten Spektrum naturwissenschaftlicher Forschung tätig. Zu den Forschungszielen des Instituts gehören neue Möglichkeiten im Kampf gegen Krankheit und Hunger, die Untersuchung wichtiger Fragestellungen in Mathematik und Informatik, die Erforschung der Physik der Materie und des Universums und die Entwicklung neuer Werkstoffe und neuer Strategien für den Umweltschutz.

Die Nachrichten des Weizmann-Instituts sind im World Wide Web unter http://www.wis-wander.weizmann.ac.il hinterlegt und ebenfalls unter http://www.eurekalert.org abrufbar