Im Sommer 2018 litten insbesondere Nord- und Mitteleuropa unter extremer Trockenheit. Waldbrände und beträchtliche Ernteausfälle waren die Folge. Ähnliche Dürren hatte es auch schon in den "Jahrhundertsommern" 2003 und 2010 gegeben. Der Sommer 2018 war aber anders: Ihm ging in großen Teilen Zentraleuropas ein Frühjahr mit einer Hitzewelle voraus.
Wissenschaftler um die Klimaforscherinnen Ana Bastos vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und Julia Pongratz von der Ludwig-Maximilians-Universität München konnten in Studie, die im Juni 2020 im Fachmagazin Science Advances erschienen ist, zeigen: Die ungewöhnliche Wärme im Frühjahr wirkte bis in den Sommer nach und verstärkte die dann herrschende Dürre. Die Auswirkungen waren allerdings regional unterschiedlich und abhängig vom jeweils vorherrschenden Vegetationstyp.
Hoher Wasserbedarf bei heißem Frühling
Für die Dürrejahre 2003 und 2010 haben mehrere Studien gezeigt, dass die Ökosysteme nicht so viel Kohlendioxid wie sonst aufnehmen konnten. Wegen Wassermangels, Hitze und Bränden konnten sie weniger Biomasse produzieren.
"Darüber, ob und wie vorangegangene Klimabedingungen die Reaktion der Ökosysteme auf Sommerextreme beeinflussen, ist aber noch wenig bekannt. Wir haben dies nun für das Jahr 2018 anhand von Simulationen mit elf unterschiedlichen Vegetationsmodellen untersucht." Ana Bastos, Erstautorin der Studie, Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie Jena
Die Simulationen zeigten, dass viel Wärme und Sonne im Frühjahr generell zu einem früheren und üppigeren Wachstum der Vegetation führten und damit einer gesteigerten Aufnahme von Kohlendioxid. Über das ganze Jahr gesehen war dieser Effekt allerdings regional sehr unterschiedlich. Das wirkte sich auch bei der Netto-Kohlenstoffbilanz aus:
"Wenn Pflanzen früher zu wachsen beginnen, benötigen sie auch mehr Wasser, sodass der Boden stärker austrocknet. In Zentraleuropa hat das verstärkte Wachstum im Frühjahr zu einer starken Abnahme des Wassergehalts im Boden geführt. Dieses Wasser stand im Sommer nicht mehr zur Verfügung, um die Biomasse aufrecht zu erhalten, sodass die Ökosysteme noch stärker unter der Sommerdürre litten." Ana Bastos, MPI für Biogeochemie Jena
Wälder sind robuster als Äcker und Felder
Nach den Simulationsmodellen lässt sich mit diesem Frühlingseffekt etwa die Hälfte der sommerlichen Trockenheit erklären. Er verstärkt die Dürre also wesentlich. In Zentraleuropa wirken sich die hohen Temperaturen im Frühjahr daher letztlich negativ auf die Produktivität der Ökosysteme und die Netto-Kohlendioxidaufnahme aus: Pflanzen wuchsen weniger oder gar nicht und konnten so auch keinen Kohlenstoff binden. In Skandinavien dagegen konnte das frühe Pflanzenwachstum die von der sommerlichen Dürre verursachten Verluste ausgleichen. Ökosystemaktivität und Netto-Kohlenstoffbilanz waren daher insgesamt neutral oder sogar leicht positiv. Die Wissenschaftler erklären dieses Ergebnis mit Unterschieden in der Vegetation: In Zentraleuropa dominieren Ackerflächen und Grasland, in Skandinavien haben dagegen Wälder einen großen Anteil.
"Bäume nutzen Wasser etwas ökonomischer. Wenn sie im Frühjahr stärker wachsen, verbrauchen sie zwar ebenfalls mehr Wasser, aber sie regulieren die Spaltöffnungen in ihren Blättern, über die das Wasser verdunstet, oft besser und vermindern dadurch den Wasserverlust." Ana Bastos, MPI für Biogeochemie Jena.
Warnmelder für trockene Sommer
Bäume haben zudem tiefere Wurzeln als Gräser oder Nutzpflanzen. So können sie während einer Dürreperiode das wenige noch vorhandene Wasser in größeren Tiefen besser erreichen. Daher konnten die nördlichen Wälder den Einfluss der Dürre abmildern und ihre Aktivität trotz der großen Trockenheit nahe an den normalen Werten halten.
Insgesamt ergaben die Simulationen, dass ein warmes Frühjahr eine Vorbelastung für den Sommer ist: In Mitteleuropa wurden die Ökosysteme anfälliger für die sommerliche Dürre, in Skandinavien hingegen waren die negativen Folgen eines warmen und trockenen Sommers abgeschwächt. Informationen über die Vegetationsaktivität im Frühjahr könnten daher ein zusätzlicher Frühwarnindikator für extreme Sommer sein. Außerdem könnten man die Auswirkungen zukünftiger Hitzewellen und Dürren mithilfe sogenannte Landmanagementstrategien beeinflussen:
"Langfristig wird die Vegetation im Frühjahr aufgrund der globalen Erwärmung stärker wachsen, mehr Wasser verbrauchen und damit das Risiko für Sommerdürren erhöhen. Möglicherweise könnte man durch gezielte Pflanzungen Ökosysteme widerstandsfähiger machen, etwa indem landwirtschaftliche Flächen durch Wälder aufgelockert werden. Die verstärkten Sommerextreme werden aber auch selbst Ökosysteme verändern, wenn Schwellwerte für Mortalität und Feuer öfter überschritten werden. Es ist alles andere als klar, ob die europäischen Ökosysteme uns die große Dienstleistung einer Kohlendioxid-Senke auch in Zukunft erbringen." Julia Pongratz, Professorin für Physische Geographie und Landnutzungssysteme an der Ludwig-Maximilians-Universität München