Globale Erwärmung tötet Wälder, indem sie die Transpiration der Bäume einschränkt

«Die Daten zeigen deutlich, dass die Baumsterblichkeit exponentiell zunimmt», sagt Prof. Charlotte Grossiord, Leiterin des Forschungslabors für Pflanzenökologie (PERL)* der EPFL. Sie ist keine Unbekannte auf dem Gebiet der Waldgesundheit und untersucht die Mechanismen, die hinter den Waldökosystemen stehen und wie sie auf den Klimawandel reagieren. In diesem Jahr ist der 21. März nicht nur der erste Frühlingstag, sondern auch der 11. internationale Tag der Wälder der Vereinten Nationen – ein Anlass, Grossiords Forschung ins Rampenlicht zu rücken. Eine Studie, die sie kürzlich im Journal of Applied Ecology veröffentlicht hat, zeigt, dass die niedrigere relative Luftfeuchtigkeit infolge höherer Temperaturen den natürlichen Transpirationsprozess der Bäume stört, wodurch viele Arten gefährdet sind.

Wälder bedecken etwa vier Milliarden Hektar Land, das sind fast 31 % der Erdoberfläche. Um die wichtige Rolle der Wälder zu unterstreichen und das Bewusstsein für die dringende Notwendigkeit ihres Schutzes zu schärfen, haben die Vereinten Nationen 2012 einen jährlichen Tag des Waldes eingeführt. Das diesjährige Thema lautet «Wälder und Gesundheit»: Wälder sind eine lebenswichtige Nahrungsquelle für rund eine Milliarde Menschen und unzählige Tiere. Sie dienen als natürliche Barriere für die Übertragung von Krankheiten zwischen Tieren und Menschen und beherbergen Tausende von Pflanzen, die als Grundlage für medikamentöse Behandlungen verwendet werden – oder die den Schlüssel zu medikamentösen Behandlungen der Zukunft darstellen könnten.

Darüber hinaus sind Wälder ein wichtiger Verbündeter im Kampf gegen den Klimawandel. Sie binden und speichern mehr als die Hälfte des weltweit ausgestossenen Kohlenstoffs in ihrem Boden und ihrer Vegetation, sind ein Nährboden für die biologische Vielfalt und wirken als natürliche Filter im Wasserkreislauf.

Nach Schätzungen der Vereinten Nationen verschwinden jedoch jedes Jahr 10 Millionen Hektar Waldfläche – das entspricht etwa 14 Millionen Fussballfeldern – durch Abholzung, und weitere 35 Millionen werden durch Insekten zerstört. Laut Global Forest Watch sind in den letzten 20 Jahren 119 Millionen Hektar abgebrannt, da Brände immer häufiger und mit grösserer Intensität auftreten. Neben dem Verlust des Baumbestands machen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch Sorgen um die Gesundheit der Wälder.

Das Leben zu einem Kampf machen

«Die direkten Auswirkungen der häufigeren und intensiveren Dürreperioden und der anhaltend höheren Temperaturen sind jetzt leicht an der Gesundheit der Bäume zu erkennen», sagt Grossiord. Das heissere und trockenere Klima macht den Bäumen das Leben schwer, was sich zum Beispiel in vorzeitig vergilbten Blättern und vertrockneten Ästen zeigt und sie zu einer leichten Beute für Insekten (wie die in Europa verbreiteten Borkenkäfer) und Pilze macht.

Grossiord und ihre Forschungsgruppe untersuchen all diese Phänomene akribisch. Auf einer Fläche von 1,2 Hektar im Kanton Wallis vergleichen sie den Gesundheitszustand von Bäumen, die den Auswirkungen von Dürreperioden in vollem Umfang ausgesetzt sind, mit solchen, die in den letzten 20 Jahren regelmässig bewässert wurden.

In letzter Zeit hat sich ihre Forschungsgruppe speziell mit den Folgen der Veränderungen der relativen Luftfeuchtigkeit befasst, die durch die höheren Temperaturen verursacht werden: «Dies hat wichtige Auswirkungen auf die Bäume, die bisher nicht wirklich untersucht wurden», sagt Grossiord. «Diese Veränderungen verursachen besorgniserregende atmosphärische Dürren, die sich direkt auf die Transpiration und die Temperaturen der Bäume auswirken. All dies kann letztendlich ihr Überleben gefährden.»

Luft mit höheren Temperaturen kann mehr Wasserdampf aufnehmen, aber die jüngste Serie von Dürreperioden bedeutet, dass weniger Wasser in den Waldökosystemen vorhanden ist. Infolgedessen vergrössert sich die Lücke zwischen der Menge an Wasserdampf, die die Luft enthalten kann, und der Menge, die sie tatsächlich enthält – das so genannte Dampfdruckdefizit (Vapor Pressure Defense, VPD): «Das steigende VPD bringt uns näher an wüstenähnliche Bedingungen als an tropische Wälder und kann die rasche Verschlechterung der Gesundheit vieler Bäume erklären», sagt Grossiord.

Stärke in der Vielfalt

Pflanzen schützen sich vor Hitze und Trockenheit, indem sie ihre Stomata schliessen, d. h. die Poren auf den Blättern, die den Gasaustausch mit der Luft ermöglichen und die es den Pflanzen erlauben, das CO₂ aufzunehmen, das sie zum Leben brauchen. Wenn die Stomata geschlossen sind, können die Bäume weder effektiv CO₂ aufnehmen noch Wasser zu ihren Blättern transportieren. «Ein eindrucksvolles Beispiel dafür haben wir während der Rekordhitzewelle gesehen, die im Sommer 2021 über den Westen der USA und Kanadas hinwegfegte», erklärt Grossiord. «Die Temperaturen erreichten fast 50 °C und die Bäume wurden innerhalb weniger Stunden braun. Wenn es zu heiss wird, stellen die Pflanzen die Photosynthese ein und betreiben nur noch Atmung, was bedeutet, dass sie CO₂ an die Luft abgeben.»

Allerdings sind einige Arten widerstandsfähiger gegen warme Temperaturen als andere und können sich besser anpassen. Eichen zum Beispiel halten sich in heisseren, trockeneren Klimazonen gut, während Buchen – die in mitteleuropäischen Breitengraden recht häufig vorkommen – wahrscheinlich verschwinden oder in den Norden abwandern werden. Deshalb sind Pflanzenvielfalt und Interaktion in einem Wald so wichtig, und das ist ein weiterer Schwerpunkt unserer Forschung bei PERL», sagt Grossiord, «und daher sind auch artenarme Kulturen so problematisch. Es ist viel wahrscheinlicher, dass sie bei extremen Wetterbedingungen oder einem Parasitenbefall vernichtet werden, da alle Pflanzen auf die gleiche Weise reagieren.»

Angesichts des schnelleren Alterungsprozesses – die Vegetationsperioden werden immer kürzer – und des galoppierenden Baumsterbens könnten die Waldökosysteme irgendwann nicht mehr in der Lage sein, ihre wichtige Rolle zu spielen. In der Schweiz und im übrigen Europa gibt es dafür bereits Anzeichen, aber wie sieht es anderswo auf der Welt aus? «Es ist schwierig, diesen Prozess auf globaler Ebene zu quantifizieren, da wir in vielen Regionen nicht über genügend Daten oder zuverlässige Informationsquellen verfügen», sagt Grossiord, «aber wir stellen fest, dass die Wälder im Allgemeinen jünger werden. Das liegt zum Teil an industriellen Forstplantagen – wie Eukalyptus –, aber auch an extremen Wetterereignissen, die ältere, anfälligere Bäume zuerst absterben lassen.»

Unterstützte Migration

Was können wir also tun, um die Wälder der Welt zu schützen? Laut Grossiord ist es ganz einfach: Wir müssen die Abholzung stoppen, die bestehenden Wälder besser pflegen und unsere Kohlenstoffemissionen reduzieren, die die Ursache des Problems sind. «Selbst wenn wir neue Bäume pflanzen, können wir nicht erwarten, dass die Pflanzen den gesamten Kohlenstoff absorbieren, den wir ausstossen werden, wenn wir so weitermachen wie bisher», sagt Grossiord. «Der Klimawandel wird die Aufnahmekapazität der Wälder verringern, und neu gepflanzte Bäume können niemals natürliche Wälder ersetzen, deren komplexe Ökosysteme sich über Hunderte oder gar Tausende von Jahren entwickelt haben.»

Eine Idee, die ihrer Meinung nach weiter untersucht werden sollte, ist die unterstützte Migration. Dabei geht es um den Import von Arten, die widerstandsfähiger sind und sich an ein wärmeres Klima angepasst haben. Wenn die Bäume, die unseren derzeitigen Baumbestand bilden, innerhalb der nächsten 30 Jahre verschwinden und wir keine neuen Arten aus südlichen Regionen importieren, könnten wir einfach keine Wälder mehr haben», sagt sie. «Aber jede Form der unterstützten Migration sollte sorgfältig durchdacht sein und den Schwerpunkt auf die Vielfalt legen.»

*Teil der Fakultät für Architektur, Bau- und Umweltingenieurwesen (ENAC).