Verbreitung der Arten

Entwicklung der Siedlungsdichte der Pazifischen Felsenauster auf Miesmuschelbänken bei Sylt

Eine wichtige Folge der globalen Erwärmung sind Veränderungen in der Verbreitung der Arten entweder polwärts oder in die Höhe. Das Ergebnis ist oft eine veränderte Zusammensetzung in den bisherigen bzw. neuen Verbreitungsgebieten. Die Veränderungen hängen stark von der Mobilität der Arten ab. So reagieren Schmetterlinge sehr schnell auf eine Temperaturerhöhung, Waldbäume dagegen nur sehr langsam.

Biologisch relevante Klimaänderungen

Wesentlichen Einfluss auf die Verbreitung der Arten haben die Mitteltemperatur und der Frühlingsbeginn. Seit den 1960er Jahren haben sich diese Parameter weltweit, wenn auch regional unterschiedlich, verändert. So haben sich nach einer umfangreichen Studie aus dem Jahre 2011 die Isothermen zwischen 50 °S und 80 °N sowohl im oberen Ozean wie auf dem Land zwischen 1960 und 2009 um fast 30 km pro Jahrzehnt Richtung höhere Breiten verschoben. Und die Frühlingstemperaturen haben sich um rund 2 Tage/Jahrzehnt vorverlegt. Die regionalen Unterschiede sind z.T. beträchtlich. So setzten die Frühlingstemperaturen um 5-10 Tage pro Jahrzehnt früher in der Nordsee ein, um deutlich weniger Tage im Mittelmeer und im Schwarzen Meer sogar um einige Tage verzögert. Auf dem Land gab es für den Frühlingsbeginn z.B. in Mittelasien kaum Veränderungen, im Mittleren Westen der USA sogar eine Verzögerung, in den meisten Landgebieten der Nordhalbkugel aber ein deutlich früheres Einsetzen wie etwa in Mitteleuropa um 2-5 Tage.

Arealverschiebungen und Trophische Interaktionen

Trophische Interaktionen, also Nahrungsbeziehungen zwischen Organismen, werden auf vielfältige Weise vom Klimawandel beeinflusst. Außer auf phänologische Veränderungen können sich Klimaänderungen auch auf Nahrungsbeziehungen auswirken. Ein Beispiel stellt die Vogel-Lemming-Hypothese von Roselaar und Summers dar. Demnach ist der Bruterfolg bodenbrütender Vögel in der Tundra von der Häufigkeit von Lemmingen abhängig. Zwischen den Populationen der Lemminge und deren Prädatoren, vor allem dem arktischen Fuchs, besteht eine Räuber-Beute-Beziehung. Ist die Lemmingpopulation hoch, steigt die Populationsgröße der Prädatoren an, woraufhin die Populationsgröße der Lemminge wieder zurückgeht. Wenn die Lemmingpopulation klein ist und die der Prädatoren noch hoch, greifen die Prädatoren auf Eier und Küken der bodenbrütenden Vögel als alternative Nahrungsquelle zurück. Entsprechend ist der Bruterfolg der Vögel in Jahren mit großer Lemmingpopulation am höchsten. Kleine Säugetiere in der arktischen Tundra (z.B. Lemminge) sind im Winter von einer tiefen Schneedecke abhängig, da diese sie vor extremer Kälte und vor Prädatoren schützt. Im Rahmen des anthropogenen Klimawandels kommt es allerdings zu einer Verringerung der Schneetiefe. Zudem verkürzt sich der jährliche Zeitraum der Schneebedeckung. Durch diesen Effekt kann es zu einer Verringerung der Lemmingpopulationen kommen, was sich auf den Bruterfolg der bodenbrütenden Vögel auswirken würde.

Sämtliche Nahrungsbeziehungen innerhalb eines Ökosystems können durch den anthropogenen Klimawandel beeinflusst werden. So kann eine Veränderung des Verhältnisses von Photoperiode und Temperatur das Laichverhalten von Ästuarbewohnern (Ästuare sind Trichtermündungen von Flüssen im Gezeitenbereich) verändern. Dadurch können weitere Effekte angestoßen werden, die letztlich bestehende Nahrungsnetzwerke in Ästuaren verändern. Da Ästuare einen wichtigen Nahrungsgrund für überwinternde Watvögel darstellen, sind auch höhere trophische Ebenen betroffen.

Auch die Verbreitung von Parasiten, Vektoren und Krankheiten wird durch den Klimawandel beeinflusst (siehe dazu z.B. Malaria, Zecken als Krankheitsüberträger) und kann erhebliche Folgen für Ökosysteme haben. Weiterhin können trophische Beziehungen und deren Beeinflussung durch den Klimawandel auch das Verbreitungsgebiet einer Art begrenzen.

Das Verbreitungsgebiet des Natterwurzperlmutterfalters ist beispielsweise einerseits durch abiotische Faktoren und andererseits durch das Verbreitungsgebiet der Nahrungspflanze seiner Raupen, des Schlangen-Knöterichs, begrenzt. Derzeit kommt der Falter vorwiegend in Zentraleuropa, den baltischen Staaten und in Südfinnland vor. In diesen Bereichen überschneidet sich das Verbreitungsgebiet des Knöterichs mit dem Gebiet, in dem der Falter potenziell vorkäme, wenn er nicht von seiner Nahrungspflanze abhängig wäre. Modellberechnungen ergeben, dass das Verbreitungsgebiet des Falters unter der Annahme, dass beide Arten kein Ausbreitungspotenzial hätten, wahrscheinlich stark schrumpfen wird. Wäre das Ausbreitungspotenzial beider Arten unbegrenzt, würden vor allem in Skandinavien neue Überschneidungsgebiete entstehen. Das Ausbreitungspotenzial stellt somit eine zentrale Größe hinsichtlich der Prognose zukünftiger Verbreitungsgebiete dar.

Invasive Arten

Anzahl der Frosttage (rote Kurve) und Anzahl immergrüner exotischer Arten (grüne Fläche) in der Südschweiz

Die Migration führt in vielen Fällen zu einer neuen Zusammensetzung der Arten, was die Biodiversität erhöhen, aber auch verringern kann. Als Problem gilt vor allem das Eindringen sog. invasiver Arten, die in den neuen Verbreitungsgebieten die ökologische Vielfalt durch Verdrängung heimischer Arten gefährden. Dabei handelt es sich oft um Arten aus weit entfernten Regionen, die nicht selten durch den globalen Handel und Tourismus eingeschleppt wurden. Durch den Klimawandel wird dann zunehmend ihr Überleben und ihre Ausbreitung begünstigt. Hinzu kommt, dass sie in ihrer neuen Umgebung keine Fressfeinde besitzen.

Ein Beispiel ist die Pazifische Auster, die vor über 20 Jahren zu Zuchtzwecken z.B. in Gewässern bei Sylt eingeführt wurde. Eine spontane Ausbreitung über die angelegten Austernfarmen hinaus wurde wegen der kühlen Temperaturen der Nordsee für unmöglich gehalten. Seit einigen Jahren aber bietet die wärmere Nordsee auch gute Lebensbedingungen für die Pazifische Auster, die für das Laichen eine Wassertemperatur von mindestens 18 °C braucht. Diese Temperatur wurde immer häufiger erreicht, so dass sich die Pazifische Auster zunehmend auch außerhalb der Farmen findet und sich seit 2001 in einem rasanten Tempo ausbreitet. Dabei verdrängt sie immer mehr die heimische Miesmuschel, indem sie deren Muschelbänke überwuchert. Die wichtige Funktion der Miesmuschel in der Nahrungskette des Wattenmeers kann der Neuankömmling wegen seiner klumpenhaften Ansiedlung und scharfen Schalenränder nicht ersetzen.

Ein ähnliches Beispiel auf dem Land ist das Eindringen immergrüner exotischer Laubgehölze in die mitteleuropäischen Wälder. Die immegrünen Arten waren zunächst am Alpensüdrand in Gärten angesiedelt worden und blieben lange Zeit auf diese Standorte beschränkt. Erst seit den 1970er Jahren zeigt sich eine deutliche Tendenz zur Ausbreitung in die umliegenden Wälder. Der Grund waren vor allem die milden Winter. Zu den Exoten im südlichen Alpenraum gehört auch die aus Südasien stammende Hanfpalme, die lange Zeit außerhalb der Gärten nur in besonders warmen Jahren nachgewiesen werden konnte. Seit Ende der 1980er Jahre aber breitet sie sich, auch auf Kosten heimischer Laubgewächse, zunehmend aus, sogar bis in Höhen von 8oo Metern.

Regionale Migration

Polare Gebiete

Positive Rückkopplung zwischen einer Zunahme der Strauchvegetation und Bodenprozessen in der Tundra im nördlichen Alaska

Terrestrische Ökosysteme

Terrestrische Ökosysteme in polaren Gebieten sind von solchen Veränderungen als Folgen des Klimawandels vor allem betroffen, da hier der Temperaturanstieg besonders hoch ist. So war die Erwärmung in der Arktis in den letzten Jahrzehnten doppelt so stark wie im globalen Mittel, besonders im Winter. Alaska und das westliche Kanada zeigen z.B. in den letzten 50 Jahren einen winterlichen Temperaturanstieg von 3-4 °C. Die Folgen für die physische Natur sind vielfältig und überall deutlich festzustellen. Besonders gravierend ist das Abschmelzen des arktischen Meereises. Aber auch das Eis auf Grönland und der arktischen Gletscher schmilzt unerwartet schnell. Ebenso hat sich die arktische Schneedecke verringert, in den letzten 30 Jahren um 10 %. Und der arktische Permafrost erwärmt sich in immer größere Tiefen und taut im Sommer über immer größeren Gebieten auf.

Nahezu alle Ökosysteme in dieser Region zeigen daher deutliche Veränderungen. U.a. ist im nördlichen Alaska, in Nord-Kanada und Teilen Sibiriens die Strauchvegetation in frühere Tundragebiete vorgedrungen. In Alaska hat sich die Temperatur in den letzten 30 Jahren vor allem im Winter um 0,5 °C pro Jahrzehnt erhöht, d.h. um das Fünffache des globalen Wertes. Eine Folge ist eine deutliche Zunahme der Strauchvegetation in den Tundragebieten. Die Gründe liegen nicht nur in wärmeren und längeren Sommern. Offensichtlich spielen auch winterliche Rückkopplungsprozesse eine wichtige Rolle: Durch die Strauchvegetation wird die Schneedecke besser gehalten, die wiederum die obere Bodenschicht vor allzu starker Auskühlung schützt. In ihr können dadurch Bodenmikroorganismen eine höhere Aktivität entfalten, was wiederum das Nährstoffangebot für die Strauchwurzeln erhöht. Dadurch wird die Strauchvegetation weiter gefördert usw.

Vorverlegung des Eisaufbruchs und abnehmendes Körpergewicht von Eisbären (Hudson-Bay)

Ozeanische Ökosysteme

Auch bei ozeanischen Ökosystemen der höheren Breiten zeigen sich die Folgen der Erwärmung deutlich. Durch den starken Rückgang von Meereis sind zahlreiche vom Eis abhängige Ökosysteme betroffen. Zunächst hat sich seit den 1970er Jahren die Population von Eisalgen erheblich verringert. Das führte zu einer starken Reduzierung von Krill, z.B. um 38-75 % pro Jahrzehnt in großen Teilen des südwestlichen Atlantik. Krill ist eine wichtige Nahrungsquelle für Fische Seevögel und Meeressäuger. Auch Pinguine zeigen eine dramatische Reaktion auf die abnehmende Ausdehnung des Meereises. Aus ihren nördlichsten Gebieten sind die vom Meereis abhängigen Adele- und Kaiser-Pinguine seit 1970 nahezu ganz verschwunden. So sind die Kaiser-Pinguine an der westlichen Antarktischen Halbinsel von 300 Brutpaaren auf 9 zurückgegangen. Vom Eis elementar abhängig sind die zahlreichen Arten der Seerobben, die am Eisrand und unter dem Eis jagen und auf dem Eis ihre Jungen zur Welt bringen und aufziehen.

Der Meereisrückgang ist in der Arktis noch stärker und umfassender als in der Antarktis. Besonders betroffen ist davon der Eisbär. Eisbären sind abhängig von einer intakten Eisdecke, da sie nur von dieser Plattform aus das Nahrungsangebot des Meeres, vor allem die Seerobbe, effektiv nutzen können. Trächtige Weibchen bauen in hohen Schneedecken auf Meereis oder an Land Höhlen für den Nachwuchs. In den südlichen Randgebieten ihres Vorkommens ziehen sich die Eisbären beim Aufbrechen des Eises im Frühjahr auf das Land zurück, um hier mehr oder weniger fastend zu überleben.

Eisbär auf schwindendem Eis

In der Arktis sind aufgrund der Eis-Albedo-Rückkopplung die Temperaturen besonders stark angestiegen, in der Hudson Bay z.B., einem wichtigen Lebensraum von Eisbären, im Frühling um 2-3 °C in den letzten 50 Jahren. Das dadurch bedingte frühere Aufbrechen des Eises um 7-8 Tage pro Jahrzehnt, d.h. in den letzten 30 Jahren um ca. drei Wochen, zwingt die Bären, früher an Land zu gehen, und zu einer längeren Fastenzeit. Die Folge ist ein Verlust des Körpergewichts. So wurden in der Westlichen Hudson Bay von 1980 bis 2004 bei erwachsenen weiblichen Tieren Gewichtsverluste um durchschnittlich 65 kg (von 295 auf 235 kg) festgestellt. Auch die Anzahl der Eisbären hat sich hier zwischen 1987 und 2004 deutlich von 1194 auf 935, d.h. um 22 %, reduziert. Bei einem Forschreiten dieser Entwicklung wären die Bären in 20-30 Jahren nicht mehr in der Lage, Nachwuchs aufzuziehen, da bei ca. 190 kg die Untergrenze für eine erfolgreiche Reproduktion liegt. Heute existieren etwa 20000-25000 Eisbären. Sollte das Schmelzen des arktischen Meereises sich so stark wie beobachtet fortsetzen, werden Eisbären und andere vom Eis abhängige Arten in wenigen Jahrzehnten vom Aussterben bedroht sein. Eine andere Gefahr droht von frühen und starken Regenfällen, die die Höhlen junger Eisbärfamilien zerstören.

Mittlere Breiten

In den mittleren Breiten zeigen vor allem Vögel und Schmetterlinge eine Migration nach Norden. In Großbritannien wurde bei 12 Vogelarten eine Ausbreitung nach Norden um 19 km in 20 Jahren beobachtet. Bei zahlreichen Schmetterlingsarten wurde in ganz Europa eine Ausdehnung der Verbreitungsgrenze nach Norden zwischen 35 und 240 km festgestellt. Einige Arten haben auch ihren Lebensraum insgesamt verlegt. So kam der Braune Feuerfalter (Heodes tityrus) in den 1920er Jahren hauptsächlich in Katalanien vor. Gegenwärtig findet man ihn nur noch nördlich der Pyrynäen, und 2006 erreichte er die Ostseeregion. In den USA hat der Sachem-Skipper-Schmetterling sein Verbreitungsgebiet in nur 35 Jahren über 600 km von Kalifornien nach Washington verlegt.

Aber auch Pflanzen der mittleren Breiten zeigen bereits deutliche Verschiebungen ihrer Verbreitungsgrenzen, wobei es zu Einwanderungen exotischer Arten kommt. So wurde der mediterran-westatlantische Meerfenchel seit dem Jahr 2000 zum erstenmal auf Helgoland nachgewiesen. Die Lorbeerkirsche, die eigentlich aus dem Balkan und den Küstenregionen am Schwarzen und Kaspischen Meer stammt und in Mitteleuropa nur kultiviert vorkommt, wird seit 15 Jahren zunehmnd auch verwildert beobachtet. Ähnliches trifft für die aus Südostasien stammende Hanfpalme zu, die seit dem 19. jahrhundert importiert wurde, aber auf Gartenstandorte beschränkt blieb. Auch sie ist an nichtkultivierten Standorten heimisch geworden wie in Wäldern der Südalpen und zunehmend in der gesamten Schweiz. Eine problematische Zuwanderung stellt die Beifußblättrige Ambrosia (auch Traubenkraut genannt) dar, da sie hohallergine Pollen produziert. Sie stammt aus nordamerika, breitete sich in den 1990er Jahren massiv in süs- und Südosteuropa aus und ist seit einigen Jahren auch in Deutschland, in Süddeutschland sogar in Massenbeständen, nachgewiesen worden. Auch wenn die Einfuhr exotischer Arten dem bewussten Import und globalem Handel zugeschrieben werden muss, ist die eigenständige Ausbreitung in der Regel durch die wärmeren Klimaverhältnisse bedingt.

Gebirgsregionen

Höhenmigration zwischen den 1990er Jahren und 2003 in den Gipfelregionen der Berninagruppe

Gebirgsregionen zeigen im Allgemeinen deutliche Höhenabstufungen in den physischen Bedingungen, an welche die Ökosysteme angepasst sind. Besonders die Temperaturverhältnisse haben sich in den letzten Jahrzehnten in die Höhe verschoben, und mit ihnen der Lebensraum mancher Arten. So haben in Costa Rica Tiefland-Vögel begonnen, in den Bergwäldern zu brüten. In Frankreich wurde beobachtet, dass der Rote-Apollo-Schmetterling auf Plateaus unterhalb von ca. 850 m in den letzten 40 Jahren verschwunden ist und nur noch ab 900 m Höhe vorkommt.

Besonders hochalpine Pflanzen sind stark von den Temperaturbedingungen abhängig, die hier in den letzten Jahrzehnten durch die Eis-Albedo-Rückkopplung etwa doppelt so stark wie im globalen Durchschnitt gestiegen sind. Wie in den höheren Breiten wird auch in Hochgebirgen eine deutliche Verschiebung der Vegetationsgrenzen (hier in die Höhe) erwartet, die vielfach schon beobachtet wurde, so z.B. um 60-80 m in den letzten 70 Jahren im südlichen Ural oder um 150-165 m im 20. Jahrhundert in Skandinavien. Eine Untersuchung über die Migration der Arten auf Gipfeln der Schweizer Bernina-Gruppe hat eine beschleunigte Aufwärtswanderung seit Mitte der 1980er Jahre festgestellt, mit dem Resultat eines höheren Artenreichtums in den Gipfelregionen. Bei einer weiteren Erwärmung wird allerdings damit gerechnet, dass die Artenzunahme sich in ihr Gegenteil verkehrt, da Kälte liebende Arten ihren Lebensraum verlieren werden. Erste Anzeichen dafür sind bereits in Montana im Nordwesten der USA beobachtet worden.

Literatur

• IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group II, Impacts, Adaptation and Vulnerability - Online
• Lübbert, J., S. Berger und G.R. Walther: Klimatisch bedingt treten neue Pflanzenarten auf; in: Lozán u.a. (Hrsg.): Warnsignal Klima. Gesundheitsrisiken. Gefahren für Pflanzen, Tiere und Menschen, Hamburg 2008, S. 82-85

Weblinks

• Wald & Klimaveränderungen

Siehe auch

• Auswirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme
• Alpine Ökosysteme
• Klimawandel und Zugvögel