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Die Luftaufnahme zeigt Waldfragmente des Brasilianischen Atlantischen Regenwaldes im Nordosten Brasiliens

Neue Erkenntnisse zu Tropenwäldern und Kohlenstoff-Emissionen

In Tropenwäldern steckt etwa die Hälfte des in der gesamten Vegetation der Erde gespeicherten Kohlenstoffs. Wissenschaftler schätzen, dass durch Abholzung jedes Jahr 1.000 Mio. t Kohlenstoff freigesetzt werden, die in Form von Treibhausgasen die globalen Temperaturen erhöhen. Eine neue Studie des Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und der University of Maryland zeigt nun, dass die Zerschneidung einst zusammenhängender Waldgebiete die Kohlenstoff-Emissionen um einweiteres Drittel ansteigen lässt.

Dieser bislang vernachlässigte Effekt müsse in den Berichten des Weltklimarates IPCC künftig berücksichtigt werden, betonen die Forscher im Fachjournal Nature Communications.
Wenn die Forscher früherer Jahrhunderte die tropischen Regenwälder in Südamerika, Asien oder Afrika bereisten, war schon allein das Vorankommen eine echte Herausforderung. Inzwischen haben die Aktivitäten des Menschen Lücken und Schneisen in die einst zusammenhängenden Tropenwälder geschlagen.
Wie weit aber ist diese Fragmentierung schon fortgeschritten? Und welche Folgen hat sie für den Kohlenstoffkreislauf und damit das globale Klima? Diesen Fragen ist das Team um die Forscher Prof. Andreas Huth und Dr. Rico Fischer vom UFZ in der neuen Studie nachgegangen, die im Rahmen der Helmholtz-Allianz „Remote Sensing and Earth System Dynamics“ entstanden ist.
Zerschneidung eines größeren Waldgebietes verändert die Kohlenstoffbilanz 
„Wir wissen schon länger, dass nicht nur der komplette Verlust von Regenwäldern den Klimawandel verschärfen kann“, erklärt Andreas Huth. Auch die bloße Zerschneidung eines größeren Waldgebietes in mehrere kleine verändert bereits die Kohlenstoffbilanz. Diesen Effekt haben US-amerikanische Forscher Ende der 1990er Jahre in einem großen Freiland-Experiment in der Nähe der brasilianischen Stadt Manaus untersucht. Sie haben festgestellt, dass die Lebenserwartung der dortigen Bäume entscheidend von ihrem Standort abhängt: Während im Inneren eines ungestörten Tropenwaldes pro Jahr nur etwa zwei Prozent aller Bäume absterben, sind es am Rand ungefähr doppelt so viele.
Das liegt daran, dass die Gehölze dort einem ungünstigeren Mikroklima ausgesetzt sind: Direkte Sonneneinstrahlung, höhere Windgeschwindigkeiten und eine geringere Luftfeuchtigkeit lassen diese Bereiche selbst in den feuchten Tropen leichter austrocknen. „Darunter leiden vor allem große Bäume, die auf eine gute Wasserversorgung angewiesen sind“, erklärt Andreas Huth. Typischerweise reicht dieser negative Einfluss etwa hundert Meter weit in den Bestand hinein. In diesem Bereich werden daher größere Mengen Kohlenstoff in Form des Treibhausgases Kohlendioxid freigesetzt als im ungestörten Inneren des Waldes. Denn zum einen produzieren Mikroorganismen beim Zersetzen der toten Bäume reichlich CO2. Zum anderen bleiben weniger Gehölze übrig, die das Treibhausgas beim Wachsen wieder aus der Luft holen und den Kohlenstoff in ihre Blätter, Stämme und Wurzeln einbauen könnten.
Wie viele zusätzliche Waldränder hat der Mensch geschaffen?
Wie groß aber ist die weltweite Kohlenstoffmenge, die auf diese Weise an den Rändern der Tropenwälder freigesetzt wird? Spielt sie für den Kohlenstoffkreislauf und damit für die Klimaentwicklung tatsächlich eine Rolle? „Um das herauszufinden, haben wir die Ergebnisse der Freiland-Experimente mit Informationen aus der Fernerkundung und Waldmodellierung kombiniert“, sagt Rico Fischer. Die entscheidende Frage war dabei, wie viele zusätzliche Waldränder der Mensch geschaffen hat. Das hatten die Forscher in einer früheren Studie schon einmal für Südamerika untersucht, nun aber sollte es um die Tropenwälder der ganzen Welt gehen.
Eine Übersicht über so riesige Gebiete lässt sich nur mithilfe von Satellitenbildern gewinnen. Aus diesen haben Wissenschaftler bereits Karten erstellt, die mit einer hohen Auflösung von 30 m die Waldbedeckung der gesamten Tropen zeigen. Darauf kann man genau auszählen, wie viele Waldfragmente es in welcher Region gibt. Und man kann messen, welche Fläche diese haben und wie lang ihre Ränder sind. Per Hand wäre das allerdings viel zu aufwendig. Die üblichen Computerprogramme zur Analyse von Landschaften waren mit den riesigen Datenmengen überfordert. Am Ende blieb den Forschern nichts anderes übrig, als eine eigene Software zu entwickeln, um die Tropenwaldfragmente vermessen zu können.
Als das Programm funktionierte, lieferte es innerhalb von ein paar Stunden beeindruckende Ergebnisse. Demnach liegen mittlerweile 19 % aller Tropenwälder der Erde höchstens 100 m von einem Waldrand entfernt. „Diese starke Fragmentierung geht eindeutig auf das Konto des Menschen“, sagt Rico Fischer. Das hat sich gezeigt, als die Forscher ihre Waldbedeckungskarte mit weiteren Karten verschnitten, auf denen verschiedene Vegetationstypen zu erkennen sind. So ließen sich natürliche Übergänge wie etwa zwischen Wald und Savanne von menschgemachten wie denen zwischen Wald und Acker unterscheiden. Demnach ist der Mensch global gesehen für 84 % der gesamten Tropenwald-Fragmentierung verantwortlich. Je nach Kontinent bietet sich dabei ein etwas unterschiedliches Bild – abhängig von der Nutzungsgeschichte. So werden in Südamerika besonders viele Waldflächen in Agrarland umgewandelt. In den Wäldern Südostasiens und Afrikas dagegen wachsen mehr wirtschaftlich interessante Baumarten, so dass dort der Holzeinschlag besonders viel Schaden anrichtet. Die verschiedenen Nutzungen aber führen auch zu unterschiedlichen Fragmentierungsmustern. So besitzt Südamerika nicht nur die größten Tropenwälder, sondern entsprechend auch die größten Randflächen. Der Anteil der Ränder an der gesamten Waldfläche aber ist in Afrika besonders groß.
Gesamtlänge der tropischen Waldränder
Insgesamt zerfallen die Tropenwälder der Erde mittlerweile in etwa 50 Mio. Fragmente. Und jedes einzelne davon hat die neue Spezial-Software vermessen. Dabei kam heraus, dass sich die Gesamtlänge der tropischen Waldränder heutzutage auf fast 50 Mio. km summiert – das ist etwa ein Drittel der Entfernung zwischen Erde und Sonne.
Mithilfe von Freilanddaten und Computermodellen ließ sich nun auch berechnen, wie groß die Kohlenstoff-Emissionen entlang dieser gewaltigen Strecke sind. Demnach werden durch die Fragmentierung der Tropenwälder rund 0,34 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr zusätzlich freigesetzt. Um diese Menge richtig einschätzen zu können, muss man wissen, dass durch die Abholzung von Tropenwäldern jedes Jahr Kohlenstoff-Emissionen von etwa einer Gigatonne (1.000 Mio. t) entstehen. Durch die Zerschneidung der verbliebenen Reste erhöht sich diese Menge damit ungefähr um ein Drittel.
Resümee
„Die Fragmentierung spielt also eine sehr wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf“, resümiert Andreas Huth.“Trotzdem wird dieser Effekt in den Berichten des Weltklimarates IPCC bisher gar nicht berücksichtigt“. Die Forscher hoffen, dass sich das künftig ändern wird. Denn im Umgang mit den Tropenwäldern ist offenbar noch mehr Sensibilität gefragt, als bisher angenommen. Für einen wirksamen Klimaschutz gilt es, die Wälder nicht in immer kleinere Fragmente zu zerlegen. Kahlschläge verhindern allein genügt nicht.
Publikation: Katharina Brinck, Rico Fischer, Jürgen Groeneveld, Sebastian Lehmann, Mateus Dantas De Paula, Sandro Pütz, Joseph O. Sexton, Danxia Song, Andreas Huth (2017): High resolution analysis of tropical forest fragmentation and its impact on the global carbon cycle. Nature Communications 8, 14855, doi: 10.1038/ncomms14855 (2017).
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Die Luftaufnahme zeigt Waldfragmente des Brasilianischen Atlantischen Regenwaldes im Nordosten Brasiliens

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