Anzeichen des Klimawandels an der arktischen Baumgrenze


VonKevin Krajick. Nachdruck mit freundlicher Genehmigung vonZustand des Planeten

In der Brooks Range im Norden Alaskas geht die Erde, wie die meisten von uns sie kennen, zu Ende. Fahren Sie von Fairbanks, der nördlichsten Stadt des nordamerikanischen Straßennetzes, den geschotterten Dalton Highway hinauf. Unbevölkerter borealer Wald erstreckt sich in alle Richtungen. Etwa 200 Meilen weiter passieren Sie den Polarkreis, jenseits dessen die Sonne im Hochsommer weder untergeht noch im Winter aufgeht. Schließlich werden die Bäume dünner und sehen dürrer aus. Die hügelige Landschaft erhebt sich zu großen Bergen, und du fädelst dich durch die kahlen, rasiermesserscharfen Gipfel der Brooks. Auf halbem Weg durch die Berge kleben vereinzelte Fichten nur an den Talböden; weiter bergauf liegt die Tundra, die nur mit tief liegenden Pflanzen bedeckt ist. Etwa 320 Meilen von Fairbanks entfernt passieren Sie die letzten kleinen Bäume. Dahinter liegt das karge Land der North Slope, das am arktischen Küstenort Deadhorse und den Ölfeldern von Prudhoe Bay endet – der einzige Grund, warum diese Straße überhaupt hier ist.


In der Nähe des Polarkreises im Norden Alaskas weichen die Wälder der Tundra. da kalte Luft, gefrorene Böden und fehlende Sonneneinstrahlung Bäume verdrängen. Forscher untersuchen, wie sich die Erwärmung des Klimas auf die Ökologie dieser Grenze auswirken kann. Foto von Kevin Krajick

In der Nähe des Polarkreises im Norden Alaskas weichen die Wälder der Tundra. da kalte Luft, gefrorene Böden und fehlende Sonneneinstrahlung Bäume verdrängen. Forscher untersuchen, wie sich die Erwärmung des Klimas auf die Ökologie dieser Grenze auswirken kann. Foto von Kevin Krajick

Die nördliche Baumgrenze, jenseits derer das Klima für Bäume zu rau ist, umkreist alle nördlichen Landmassen der Erde auf einer Länge von mehr als 8.300 Meilen. Es ist die größte ökologische Übergangszone auf der Oberfläche des Planeten – eine unscharfe Grenze, die tatsächlich nach Norden und Süden verläuft und je nach Standort allmählich oder scharf erscheinen kann.

Im hohen Norden erwärmt sich das Klima zwei- bis dreimal schneller als im globalen Durchschnitt. Infolgedessen unterliegen sowohl Tundra- als auch boreale Wälder massiven physikalischen und biologischen Veränderungen. Doch die Details und der Ausblick bleiben unklar. Wird die Erwärmung dazu führen, dass die Wälder vordringen und die Tundra verdrängen? Wenn ja, wie schnell? Oder wird die Erwärmung die Wälder – und vielleicht auch die Tundravegetation – reduzieren, indem sie mehr Waldbrände und Insektenausbrüche verursacht? Was wird aus den unzähligen Vögeln und Tieren, die von einer oder beiden Umgebungen abhängig sind? Und werden die riesigen Mengen an Kohlenstoff, die in den gefrorenen Böden und Bäumen des Nordens gespeichert sind, zunehmen oder freigesetzt werden, um eine noch größere Erwärmung zu verursachen?

Die Baumgrenze ist die längste ökologische Übergangszone auf der Erdoberfläche und umkreist die nördlichen Landmassen Nordamerikas und Eurasiens auf einer Länge von etwa 8.300 Meilen. Hier ist die Region hinter den Bäumen rot eingefärbt. Unten rechts ist Alaska, wo Forscher jetzt in dem Gebiet kurz hinter dem Polarkreis arbeiten. Karte mit freundlicher Genehmigung des U.S. Fish and Wildlife Service

Die Baumgrenze ist die längste ökologische Übergangszone auf der Erdoberfläche und umkreist die nördlichen Landmassen Nordamerikas und Eurasiens auf einer Länge von etwa 8.300 Meilen. Hier ist die Region hinter den Bäumen rot eingefärbt. Unten rechts ist Alaska, wo Forscher jetzt in dem Gebiet kurz hinter dem Polarkreis arbeiten. Karte mit freundlicher Genehmigung des U.S. Fish and Wildlife Service




Um diese Fragen zu beantworten, arbeiten Wissenschaftler des Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University und anderer Institutionen an einem langfristigen Projekt, um herauszufinden, was Bäume in dieser Grenzumgebung überleben lässt oder nicht. Sie haben Beobachtungsflächen eingerichtet, die günstig an der Autobahn am Rande der Bäume liegen. Hier werden Instrumente für die nächsten Jahre kontinuierlich Luft- und Bodentemperatur, Niederschlag, Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und andere Parameter messen und diese mit dem Wachstum und Überleben von Bäumen vergleichen. Die Feldarbeit ist Teil des größerenArktis-Boreal-Verwundbarkeitsexperiment(ABoVE), ein mehrjähriges von der NASA gesponsertes Projekt, das darauf abzielt, groß angelegte Satellitenbeobachtungen der nördlichen Regionen mit diesen feinskaligen Bodenstudien zu kombinieren.

Natalie Boelman, Ökologin am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University, misst die Höhe von Bäumen auf einem Studienplatz. Bild über

Natalie Boelman, Ökologin am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University, misst die Höhe von Bäumen auf einem Studienplatz. Bild über Kevin Krajick.

Der Pflanzenphysiologe von Lamont-Doherty, Kevin Griffin, sagte:

Es gibt viele Bedingungen, die beeinflussen, ob Bäume wachsen können oder nicht.


Der wichtigste ist Hitze; Bäume sind im Allgemeinen nur dann lebensfähig, wenn die durchschnittliche Temperatur in der Wachstumssaison über etwa 6,4 ° C (etwa 43,5 ° F) liegt. Aber das ist nicht die ganze Antwort, sagte Griffin.

Wir wissen auch, dass es Dinge wie Wasser, Wind, Nährstoffe sind, wie viel Licht aufgenommen wird, ob es direktes oder diffuses Licht ist, Schneedecke im Winter – es ist eine komplexe Kombination. Wie das alles funktioniert, genau das möchten wir herausfinden.

Unter der Leitung von Jan Eitel, einem Forstwissenschaftler an der Universität von Idaho, kamen die Wissenschaftler Anfang Juni mit einem Pickup an, um die Parzellen einzurichten. Zwischen Fairbanks und Deadhorse lebt fast niemand, aber sie konnten in einer Lodge in der ehemaligen Goldgräbersiedlung Wiseman unterkommen, einer größtenteils verlassenen Ansammlung von Hütten (derzeit etwa 20 Einwohner) aus den frühen 1900er Jahren, die in der Nähe des Autobahn. Von hier aus pendelten die Wissenschaftler täglich zu einem halben Dutzend Standorten, die wegen ihrer scharfen ökologischen Kanten ausgewählt wurden; An jedem konnte man von den Bäumen direkt in die angrenzende Tundra gehen, nur leicht bergauf. Das nördlichste Grundstück befindet sich in der Nähe eines einst bescheidenen Wahrzeichens, der sogenannten Last Spruce, einem verhungerten Baum, der mit einem Metallschild markiert ist, auf dem 'Farthest North Spruce Tree on the Alaskan Pipeline - Do Not Cut' stand. Vor einem Jahr oder so hat es jemand abgebaut.

Bäume wachsen hier sehr langsam; dieser, den Boelman untersucht, ist ungefähr 15 Jahre alt. Bild über

Bäume wachsen hier sehr langsam; dieser, den Boelman untersucht, ist ungefähr 15 Jahre alt. Bild über Kevin Krajick.


Ein Teil des Projekts umfasst die Kartierung der Standorte mit LiDAR, einer Vermessungstechnologie, die einen pulsierenden Laser abfeuert, um eine exquisit detaillierte 3D-Landschaftskarte zu erstellen. Auf wenige Zentimeter genau kartiert es Bodenbeschaffenheit, einzelne Äste und Pflanzenbewuchs. In dieser Umgebung, in der Bäume kaum hängen, können kleinste Abweichungen in der Topographie oder Temperatur für einen Sämling über Leben und Tod entscheiden; ein Bett aus tiefem Moos kann es in Wärme wickeln; eine subtile Mulde, ein vorstehender Felsblock oder ein anderer Baum könnte es vor rechenden Winden schützen.

Aber die meisten Böden im äußersten Norden sind direkt unter der Oberfläche dauerhaft gefroren, und das sich erwärmende Klima ändert nichts an der erschreckend geringen Lichtmenge, die die Pflanzen einen Großteil des Jahres erreicht. Ein benachbarter Baum kann auch gerade genug Schatten spenden, so dass ein Sämling nicht genug Licht und Wärme bekommt, und ein zu dichter Baumbestand könnte die Gesamttemperatur des Bodens verringern, die er selbst zum Wurzeln und zur Aufnahme von Nährstoffen benötigt. Die Erhebungen, die alle paar Tage von automatisierten Kameras wiederholt werden, sollen zeigen, wie sich die Landschaft im Laufe der Zeit verändert.

Strauchige, laubabwerfende Zwergweiden und Espen wachsen hier, aber die einzigen echten Bäume so weit im Norden sind die Fichten. Sobald man Wurzeln schlägt, wächst es langsam – sehr langsam. Eines Tages alterten der Fernerkundungsspezialist Lee Vierling von der University of Idaho und die Ökologin Natalie Boelman aus Lamont einige kleinere, indem sie Quirls zählten – das Stückchen Stängel, das in jeder Vegetationsperiode aus der Spitze sprießt. Es stellte sich heraus, dass eine weihnachtsbaumgroße Fichte, die knapp über ihren Kopf reichte, 96 Jahre alt war; es hatte anscheinend 1920 angefangen zu wachsen. Vierling sagte:

Damals war Woodrow Wilson Präsident. Der Erste Weltkrieg war gerade vorbei.“ Die höchsten Bäume erreichen 20 bis 30 Fuß, eine Höhe, die Fichten in ein oder zwei Jahrzehnten weiter südlich erreichen können; diese stehen wahrscheinlich seit 200 bis 300 Jahren.

Der Pflanzenphysiologe von Lamont-Doherty, Kevin Griffin, überprüft ein Instrument zur Überwachung der Photosyntheseaktivität einer Fichte. Bild über

Der Pflanzenphysiologe von Lamont-Doherty, Kevin Griffin, überprüft ein Instrument zur Überwachung der Photosyntheseaktivität einer Fichte. Bild über Kevin Krajick.

Wärmeres Wetter wird diese Bäume mit ziemlicher Sicherheit schneller wachsen lassen, und solches Wetter ist bereits da. Bei 24-Stunden-Tageslicht arbeitete das Team bis zu 14 Stunden am Tag und schwitzte die meiste Zeit in der intensiven Sonne. Ungefähr um diese Zeit ist das Thermometer bei Deadhorseeinen Allzeitrekord aufstellenvon 85 Grad F - identisch mit dem New Yorker Central Park am selben Tag.

Die Gastgeberin des Teams in Wiseman, Heidi Schoppenhorst, hat ihr ganzes Leben hier verbracht. Sie sagte:

Die Bäume boomen hier wirklich. Das Klima erwärmt sich, und im Juni regnet es mehr, wenn es wirklich darauf ankommt.

Es gibt bereits Hinweise aus Satellitenbildern, dass dieTundra Beyond wird grüner und strauchiger. Viele Wissenschaftler erwarten, dass die Baumgrenze irgendwann vorrückt, und einige Studien behaupten, dass dies bereits geschieht. Einige Modelle sagen voraus, dass die Hälfte der aktuellen Tundra bis 2100 umgewandelt werden könnte, während andere sagen, dass der Prozess viel langsamer sein würde. Auf der anderen Seite behaupten einige Studien, dass sich die Bäume tatsächlich in Gebieten zurückziehen, da die Hitze die Wälder austrocknet und invasiven Insekten und Bränden hilft, Anbaugebiete zu zerstören.

In Alaska werden Brände laut einer Studie in den kommenden Jahrzehnten vervierfacht, und es wird bereits verwüstet; Auf dem Weg nach oben durchquerten die Wissenschaftler mehrere große Traktate, die in den letzten Jahren zu geschwärzten Stöcken reduziert wurden. Dieses Jahr aFeuer um Fort McMurray im Norden von AlbertaEr vertrieb 80.000 Einwohner und ebnete einen Teil der Stadt ein. Vor ein paar Jahren war Boelman Teil eines Teams, das 2007 ein durch Blitze ausgelöstes Feuer untersuchte, das brannte400 Quadratmeilen Tundra am Nordhang- das größte jemals aufgezeichnete Tundrafeuer in einem Gebiet, in dem Tausende von Jahren ohne Feuer vergehen können.

Teamleiter Jan Eitel von der University of Idaho baut eine solarbetriebene Radarkamera auf, die ein Untersuchungsgebiet über Jahre hinweg kontinuierlich scannen wird, um zu erfassen, wie Bäume auf sich ändernde Bedingungen reagieren. Bild über

Teamleiter Jan Eitel von der University of Idaho baut eine solarbetriebene Radarkamera auf, die ein Untersuchungsgebiet über Jahre hinweg kontinuierlich scannen wird, um zu erfassen, wie Bäume auf sich ändernde Bedingungen reagieren. Bild über Kevin Krajick.

Boelman streichelte die Nadeln einer nahegelegenen Fichte bis zu ihrer Schulter, aber wahrscheinlich viel älter als sie, sagte:

Die Unterschiede zwischen Tundra und Bäumen sind wirklich interessant, zumal vorhergesagt wird, dass einer in den anderen übergreift.

Boelman ist Teil eines separaten ABoVE-Projekts, in demForscher markieren nördliche Tieredarunter Karibus, Bären, Elche, Wölfe und Adler, um zu sehen, wohin sie in Bezug auf wechselnde Feuer- und Wetterbedingungen reisen. Boelman hat im Norden von Alberta daran gearbeitet, amerikanische Rotkehlchen zu markieren, von denen bekannt ist, dass sie weite Gebiete bewohnen und große Entfernungen wandern. Wenn anekdotische Beweise etwas bedeuten, könnte der Trend nach Norden gehen; In den letzten 20 Jahren mussten einige Inuit-Gemeinden, die noch nie Rotkehlchen gesehen hatten, einen Namen für sie erfinden: „Koyapigaktoruk“.

Auf ihrer ersten Reise in den Norden notiert die Lamont-Doherty-Studentin Johanna Jensen Daten einer verdrahteten Fichte. Die Studie wird nicht nur langfristige Informationen zum Klimawandel liefern, sondern auch jungen Wissenschaftlern Möglichkeiten bieten, direkt vor Ort zu arbeiten. Bild über

Auf ihrer ersten Reise in den Norden notiert die Lamont-Doherty-Studentin Johanna Jensen Daten einer verdrahteten Fichte. Die Studie wird nicht nur langfristige Informationen zum Klimawandel liefern, sondern auch jungen Wissenschaftlern Möglichkeiten bieten, direkt vor Ort zu arbeiten. Bild über

Einige Tage nach der Installation komplexer Anordnungen von Sensoren, Kameras und Datenloggern, zusammen mit Sonnenkollektoren und Kabelgewirr, um sie zu verbinden, entdeckten die Wissenschaftler ein unerwartetes Wildtierphänomen: Kaninchen, die im Wald wucherten, liebten es, durch die Drähte zu kauen, und ihre Geräte blinkten aus. Das Team führte schnell Reparaturen durch und improvisierte Verteidigungen, vergrub die Drähte in schwammigem Moos oder umgab sie mit Palisaden aus scharfen, toten Stöcken. Es wurden Pläne für die Beschaffung von Hühnerdraht für eine dauerhaftere Lösung aufgestellt.

Kaninchen gedeihen in der Tundra nicht so, aber wenn die Bäume und Sträucher nach Norden ziehen, werden die Kaninchen wahrscheinlich mit ihnen ziehen. Auch andere Lebewesen, die solche Lebensräume bevorzugen, wie Luchse, Elche, Schwarzbären und Weißkronensperlinge. Diejenigen, die die Tundra bevorzugen, müssten sich dann anpassen oder ausgestoßen werden; Dazu gehören Moschusochsen und Freiland-Nistvögel wie Lappland-Langsporn und Schneehühner. Einige Tiere, darunter Karibus und Wölfe mit unfruchtbarem Boden, bewegen sich saisonal zwischen den beiden.

Boelman steht dem Ergebnis neutral gegenüber.

Die Leute gehen davon aus, dass alles schlecht wird, wenn sich das Ökosystem ändert. Doch beim Klimawandel gibt es fast immer Gewinner und Verlierer. Einige Arten werden leiden, andere werden davon profitieren.

Entlang des Dalton Highway selbst vollzieht sich der Wandel schnell. In der Nähe der Studienstandorte gruben Arbeiter einen endlosen Graben, um eine Glasfaserleitung nach Deadhorse zu verlegen. Unerschrockene Touristen, ermutigt durch das milde Wetter, fuhren in schwer beladenen Fahrzeugen vorbei und winkten. Ein Mann, der einen großen Kinderwagen nach Süden schob, soll auf einer Mission sein, von Deadhorse nach Austin, Texas, zu laufen. Riesige Lastwagen rasten nordwärts mit Kabeln, Rohren und Fertighäusern. Einige trugen Benzin, gegen den Ölfluss in der Pipeline, der in die entgegengesetzte Richtung ging. Der Kreislauf der fossilen Brennstoffe wurde geschlossen; raffinierte Energie ging zurück, um die Produktion von Rohenergie aufrechtzuerhalten.

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