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Fossilien erlauben Einblick in Entstehung einzigartiger antarktischer Ökosysteme

Mittwoch 24. April 2013 von birdfish

Der Südozean rund um die Antarktis ist ein „Global Player“: Sein eng an die Bildung von Meereis gekoppeltes Plankton-Ökosystem steht an der Basis der marinen Nahrungsnetze und beeinflusst den globalen Kohlenstoff-Kreislauf.

DinoflagellatFossile Reste eines Dinoflagellaten (Alge) Foto: Alexander Houben

Seine Entstehung fällt mit der Vereisung der Antarktis vor 33,6 Millionen Jahren zusammen. Dies hat jetzt ein internationales Team mit Wissenschaftlern der Goethe-Universität Frankfurt und des Biodiversität und Klima Forschungszentrums (BiK-F) ermittelt. Eine in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichte Studie zeigt, dass wohl erst die Entstehung dieses Meereis-Ökosystems die Evolution der heutigen Bartenwale und Pinguine ermöglichte.

Die Wissenschaftler analysierten Sedimentproben aus Bohrkernen vom Meeresgrund, die 2010 im Rahmen des Integrated Ocean Drilling Program (IODP) vor der Küste der Antarktis gewonnen wurden. Diese reichen bis zu einen Kilometer unter den Meeresboden und erlauben völlig neue Einblicke in längst vergangene Zeiten. Eine im Sommer 2012 veröffentlichte, auf Ergebnissen dieser Bohrungen basierende Studie zeigte, dass vor 53 Millionen Jahren subtropische Verhältnisse in der Antarktis geherrscht haben, die das Wachstum von Palmen ermöglichten. In den folgenden 20 Millionen Jahren kühlte das Klima kontinuierlich ab. Die jetzt erschienene Studie fokussiert auf den Zeitpunkt vor ca. 33,6 Millionen Jahren, als sich infolge der globalen Abkühlung innerhalb kurzer Zeit ein gewaltiger Eisschild über die Antarktis ausbreitete. Durch ihn änderten sich die Lebensbedingungen und damit die Ökosysteme auf dem antarktischen Kontinent und im angrenzenden Südozean radikal.

Winzige Zeitzeugen: Dinoflagellaten

Während die meisten Algen, aus denen das Plankton der Ozeane hauptsächlich besteht, keinerlei Rückstände in den Sedimenten der Bohrkerne hinterlassen, überdauern die Überreste von Dinoflagellaten, einer Algengruppe aus fossil erhaltungsfähiger organischer Substanz, Jahrmillionen. Die Wissenschaftler konnten so anhand fossiler Spuren dieser einzelligen Organismen in den antarktischen Sedimentkernen die Umwälzung der Plankton-Ökosysteme vor ca. 33,6 Millionen Jahren eindeutig rekonstruieren. Für die Zeit, als die Antarktis komplett eisfrei war, fanden die Forscher eine Vielzahl von Dinoflagellatenarten, die für warme Klimate typisch sind. Zeitgleich mit dem Entstehen des antarktischen Eisschilds brach diese Vielfalt plötzlich zusammen; von nun an kamen nur noch Arten vor, die an die zeitweilige Eisbedeckung des Ozeans angepasst und auch heute für antarktische Gewässer typisch sind. Sie stehen nur saisonal, nämlich kurz nach der Eisschmelze im Frühjahr und Sommer, als Nahrungsquelle für die Lebewesen zur Verfügung, die weiter oben in der Nahrungskette stehen.

Neue Arten dank Nahrungsknappheit

Die Gewässer rund um die Antarktis spielen eine Schlüsselrolle im globalen Nahrungsnetz der Ozeane. Wenn im antarktischen Sommer das Meereis schmilzt, treten starke Algenblüten auf. Diese sind die Nahrungsgrundlage für kleine Einzeller, aber auch für größere Organismen. „Der plötzliche, klimabedingte Umbruch der Dinoflagellaten-Vergesellschaftungen steht eindeutig für eine Umbildung des gesamten Plankton-Ökosystems rund um die Antarktis“, so Prof. Jörg Pross, Paläoklimatologe an der Goethe-Universität Frankfurt und Mitglied des Biodiversität und Klima-Forschungszentrums (BiK-F). Er erläutert weiter: „Die Häufigkeits-Explosion derjenigen Dinoflagellaten, die an eine zumindest zeitweise Eisbedeckung adaptiert sind, hatte zur Folge, dass sich das gesamte Nahrungsnetz im Südozean neu organisieren musste.“ Organismen, die in der Nahrungspyramide des Ozeans weiter oben angesiedelt sind, mussten sich dahingehend umstellen, dass sie nur noch für wenige Monate im Jahr ein üppiges Nahrungsangebot vorfanden. Jörg Pross resümiert: „Unsere Daten deuten darauf hin, dass diese Umstellung einen Entwicklungsschub für die Bartenwale und Pinguine bewirkte, wie wir sie heute kennen“. Damit unterstreichen die Ergebnisse der neuen Studie, dass Zeiten starken Klimawandels oft mit besonders rascher biologischer Evolution einhergehen.

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Artensterben stört auch die unterirdischen Ökosysteme – Dichte und Diversität schwinden

Sonntag 14. April 2013 von birdfish

Bisher war der Einfluss einer artenreichen Pflanzenwelt auf das Leben im Boden umstritten.

Prof. Nico EisenhauerProf. Nico Eisenhauer, Uni Jena – Foto: Anne Günther/ FSU

Doch ein internationales Forscherteam um Prof. Nico Eisenhauer von der Universität Jena hat nun beobachtet, dass eine wenig artenreiche Pflanzenwelt die Vitalität und Produktivität des Bodens beeinträchtigt – auf steigende Kohlendioxid- oder Stickstoffkonzentrationen reagieren die Bodenorganismen hingegen kaum, schreiben die Forscher im Fachmagazin „PNAS“.

Wenn vom Klimawandel die Rede ist, dann geht es meistens um erhöhte Kohlendioxid- und Stickstoffgehalte. Denn beide verursachen weitreichende Umweltveränderungen: Die steigende Konzentration des Treibhausgases in der Atmosphäre verstärkt die Erwärmung der Erde; die zunehmende Freisetzung von Stickstoff durch Überdüngung hat vor allem Auswirkungen auf die Biodiversität, also die Vielfalt an Pflanzen- und Tierarten.

Bisher waren sich Wissenschaftler einig, dass das Artensterben die oberirdischen Ökosysteme empfindlich stört. Forscher um Prof. Dr. Nico Eisenhauer von der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben nun herausgefunden, dass bei einem Rückgang an Pflanzenarten auch die Dichte und die Diversität des unterirdischen Lebens schwindet. Das Erstaunliche ist: Die Bodenorganismen reagieren auf Veränderungen der Pflanzenvielfalt, jedoch kaum auf steigende Kohlendioxid- und Stickstoffkonzentrationen.

Für ihre Studie haben die Wissenschaftler Bodenproben von über 200 Versuchsflächen des BioCON-Experiments im US-Bundesstaat Minnesota untersucht. Bereits in den 1990er Jahren haben dort Forscher mehrere zwei mal zwei Meter große Parzellen angelegt und darauf Pflanzengemeinschaften mit einer, vier oder neun Gras- und Kräuterarten angesät. Einige der Versuchsflächen haben die Forscher zudem mit Kohlendioxid und Stickstoff „gedüngt“.

Nico Eisenhauer und seine Kollegen haben für die jetzt veröffentlichte Studie vor allem das Leben im Boden näher unter die Lupe genommen. „Viele der Lebewesen im Boden sind winzig und mit bloßem Auge nicht zu erkennen, doch sie steuern wichtige Ökosystemprozesse, etwa den Abbau von Schadstoffen oder die Zersetzung des organischen Materials“, erklärt Prof. Eisenhauer. Er und sein Team haben nun entdeckt, dass Umweltveränderungen über der Erde die Vitalität und Produktivität des Bodens beeinflussen: „Bei geringer Pflanzendiversität stehen die Organismen unter stärkerem Stress und auch die Dichte und die Diversität der Bodenorganismen nehmen deutlich ab“, erläutert Eisenhauer. Hingegen reagieren die Bodenorganismen nur geringfügig auf erhöhte Kohlendioxid- oder Stickstoffkonzentrationen.

Bisher war der Einfluss der Pflanzendiversität auf das Leben im Boden umstritten; frühere Studien berichten nur von einem schwachen Effekt. „Der entscheidende Unterschied ist, dass die meisten Experimente nicht länger als drei Jahre liefen, das BioCON-Experiment hingegen schon seit etwa fünfzehn Jahren“, betont Prof. Eisenhauer, der Erstautor der neuen Publikation ist. Bis sich im Boden repräsentative Lebensgemeinschaften bilden, dauere es einige Jahre. „Der Effekt einer artenreichen Pflanzenwelt auf die Bodenorganismen tritt daher erst nach längerer Versuchszeit auf“, so der Jenaer Ökologe.

Die dahintersteckenden Mechanismen und Prozesse können die Forscher noch nicht vollständig entschlüsseln. Deswegen wollen Nico Eisenhauer und seine Kollegen nun ihre Ergebnisse mit anderen Langzeitexperimenten – wie etwa dem Jena-Experiment – vergleichen. Zudem wollen die Wissenschaftler auf diese Weise prüfen, ob die Beobachtungen in Minnesota nur für die dortigen Gegebenheiten gelten oder ob sich ein generelles Muster offenbart.

Die Studie macht jedoch bereits jetzt deutlich: Nicht nur Kohlendioxid und Stickstoff sind wichtige Umweltfaktoren und verdienen die öffentliche Aufmerksamkeit. Nico Eisenhauer ist überzeugt: „Die Bedeutung einer artenreichen Pflanzenwelt ist nicht zu unterschätzen und muss noch stärker in den politischen Fokus rücken“, so der Wissenschaftler von der Universität Jena.

Originalpublikation:
Eisenhauer N et al.: Plant diversity effects on soil food webs are stronger than those of elevated CO2 and N deposition in a long-term grassland experiment. PNAS 2013, DOI: 10.1073/pnas.1217382110

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Großes Forschungsprojekt will Westafrikas Ernährungssicherheit langfristig sichern

Donnerstag 11. April 2013 von birdfish

Der Klimawandel stellt in Westafrika eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar.

WASCAL-MessstationAufbau einer WASCAL-Messstation zur Erhebung von Klimadaten in Ghana. Foto: WASCAL

Daher stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 16 Millionen Euro für die weitere Förderung der internationalen Klimaforschungsinitiative am West African Science Service Center on Climate Change and Adapted Land Use WASCAL zur Verfügung. WASCAL erforscht die Folgen des Klimawandels für die Land- und Wassernutzung, um Strategien gegen klimabedingte Risiken zu entwickeln.

Koordiniert wird das WASCAL-Programm am Zentrum für Entwicklungsforschung (ZEF) der Universität Bonn. „Wir wollen WASCAL helfen, staatenübergreifende Expertise zu bündeln und eine Forschungsinfrastruktur aufzubauen, die den westafrikanischen Staaten ermöglicht, langfristig Ernährungssicherheit für die Bevölkerung zu schaffen und ökologische Ressourcen zu schonen“, erklärt Dr. Manfred Denich, WASCAL-Koordinator am ZEF. Um wirksame Schutzmaßnahmen gegen klimabedingte Risiken in Westafrika zu entwickeln, geht WASCAL mehrere Wege: Seit 2012 wird ein Kompetenzzentrum in Ouagadougou (Burkina Faso) aufgebaut.

Ausbildung regionaler Klimaexperten
Von hier aus werden regionale Forschungsaktivitäten koordiniert und Daten gesammelt. Es dient regionalen Politikern, Praktikern und Experten als Ansprechpartner für Klimafragen. Eine weitere Maßnahme ist die Ausbildung regionaler Klimaexperten. Dazu wurde ein umfassendes Graduiertenprogramm ins Leben gerufen und innerhalb von zwei Jahren konnten bereits sechs Doktorandenprogramme und zwei Masterprogramme an regionalen Universitäten etabliert werden. Die Zahl der WASCAL-Studenten liegt derzeit bei über 110. Zwei weitere Masterprogramme starten im Oktober 2013.

Doktorand möchte Folgen des Klimawandels mildern
Stephen A. Adaawen, WASCAL-Doktorand aus Ghana und derzeit am ZEF, beobachtet die Folgen des Klimawandels in seiner Heimat. Seit seiner Kindheit in Nordghana verschieben sich die Regenzeiten und es wird heißer. Die Bevölkerung lebt größtenteils von der Landwirtschaft und ist vom Klima abhängig. „Mit meiner Forschung möchte ich einen Beitrag zur Lösung der Folgen des Klimawandels leisten, von denen mein Land und meine Familie direkt betroffen sind“, betont Adaawen.

Zehn westafrikanische Staaten sind an WASCAL beteiligt
WASCAL wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in Partnerschaft mit den Regierungen und Ministerien der beteiligten Mitgliedsländer initiiert und wird vom BMBF insgesamt mit 50 Millionen Euro gefördert. An WASCAL sind zehn westafrikanische Staaten beteiligt: Benin, Burkina Faso, Gambia, Ghana, Elfenbeinküste, Mali, Niger, Nigeria, Senegal und Togo. Die Koordination des Projektes liegt beim Zentrum für Entwicklungsforschung (ZEF) der Universität Bonn. 2010 startete die Planungs- und 2012 die Umsetzungsphase. Neben den westafrikanischen Partnern sind Forschungseinrichtungen aus ganz Deutschland beteiligt.

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Ökosysteme sind Partner der Landwirtschaft – wie man die Kräfte der Natur nutzt

Dienstag 2. April 2013 von birdfish

Die Kräfte der Natur nutzen, um die Erträge in der Landwirtschaft zu steigern: Wie das gehen kann, soll ein neuer internationaler Forschungsverbund zeigen. Ökologen vom Biozentrum der Uni Würzburg sind mit dabei.

Effektive Landwirtschaft geht anders
Landwirte müssen umdenken – Foto: André Künzelmann / UFZ

Weltweit wird in den kommenden Jahrzehnten der Bedarf an landwirtschaftlichen Erzeugnissen steigen. Ein Grund dafür: Pflanzen wie Getreide oder Raps werden zunehmend angebaut, um Biogas oder Biodiesel zu produzieren – das soll den wachsenden „Energiehunger“ der Menschheit stillen.

Aber: „Eine weitere konventionelle Intensivierung der Landwirtschaft ist ohne gravierende Nachteile für die Umwelt nicht machbar“, sagt Professor Ingolf Steffan-Dewenter vom Biozentrum der Universität Würzburg. Auch eine Ausdehnung der Anbauflächen sei kaum möglich. Voraussichtlich werde der Klimawandel mit zunehmenden Hitze- und Dürreperioden sogar dafür sorgen, dass die landwirtschaftlich nutzbaren Areale der Erde eher schrumpfen.

Positiven Einfluss der Ökosysteme nutzen
Für dieses Dilemma hat die Wissenschaft verschiedene Lösungsansätze. Einer davon sieht vor, den positiven Einfluss ökologischer Leistungen, wie Bestäubung und Schädlingskontrolle, für die Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion zu nutzen. Dass dieser Ansatz funktionieren kann, will nun der neue europäische Forschungsverbund „LIBERATION“ demonstrieren: bei Feldversuchen mit Getreide, Sonnenblumen und Raps in sieben ausgewählten Gegenden Europas.

Die grundlegende Idee hinter dem Projekt: „Eine hohe Biodiversität, also eine möglichst große Vielfalt von Organismen, bringt der Landwirtschaft höhere Erträge“, so Steffan-Dewenter: Die Bestäubung der Nutzpflanzen durch Insekten und andere Tiere wird optimiert, Pflanzenschädlinge werden von ihren natürlichen Feinden in Schach gehalten, das Bodenleben wird gefördert und damit auch die Fruchtbarkeit der Äcker.

Vorteile von Fruchtfolgen und Mischkulturen erforschen
Die Projektpartner wollen auch die Vorteile von Fruchtfolgen und Mischkulturen untersuchen. Denn es sei wissenschaftlich erwiesen, dass beim Anbau verschiedener Pflanzen in enger Nachbarschaft die Bodennährstoffe effizienter genutzt werden, so der Würzburger Professor. Außerdem wachse in Mischkulturen das Unkraut schlechter und das Risiko für Pflanzenkrankheiten sinke.

Trotzdem werden Mischkulturen bislang kaum angepflanzt, weil die modernen Erntetechniken nicht auf diese Anbauform ausgelegt sind. Auch ist kaum erforscht, welche Pflanzenmischungen sich gut dafür eignen. Ebenfalls Mangelware sind bislang Feldversuche, die den Einfluss von Mischkulturen und unterschiedlichen Fruchtfolgen auf Biodiversität und Ertrag untersucht haben.

Empfehlungen für Politik und Landwirtschaft
Die Projektpartner wollen auch die Vorteile von Fruchtfolgen und Mischkulturen untersuchen. Denn es sei wissenschaftlich erwiesen, dass beim Anbau verschiedener Pflanzen in enger Nachbarschaft die Bodennährstoffe effizienter genutzt werden, so der Würzburger Professor. Außerdem wachse in Mischkulturen das Unkraut schlechter und das Risiko für Pflanzenkrankheiten sinke. Trotzdem werden Mischkulturen bislang kaum angepflanzt, weil die modernen Erntetechniken nicht auf diese Anbauform ausgelegt sind. Auch ist kaum erforscht, welche Pflanzenmischungen sich gut dafür eignen. Ebenfalls Mangelware sind bislang Feldversuche, die den Einfluss von Mischkulturen und unterschiedlich diversen Fruchtfolgen auf Biodiversität und Ertrag untersucht haben.

Empfehlungen für Politik und Landwirtschaft

Am Ende des Projekts sollen Empfehlungen für Politik und Landwirtschaft stehen – etwa Aussagen darüber, mit welchen Produktionsmethoden und mit welcher Gestaltung der Agrarlandschaft sich der positive Einfluss der Biodiversität am besten zur Steigerung der Erträge ausnutzen lässt.

Die Europäische Union fördert das Projekt „LIBERATION“ mit drei Millionen Euro. Es ist auf vier Jahre angelegt; die Versuchsflächen liegen in der Region Würzburg, außerdem in Schweden, Großbritannien, Ungarn, den Niederlanden, Polen und Italien. Koordiniert wird das Projekt von David Kleijn vom Alterra-Forschungsinstitut des Wageningen University and Research Center (Niederlande). Zwei der elf europäischen Projektpartner kommen aus Deutschland, und zwar von der Universität Würzburg (Ingolf Steffan-Dewenter) und von der Universität Bayreuth. Nach Würzburg fließen Projektmittel in Höhe von 350.000 Euro.

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NABU zum Reformbeschluss der Agrarminister: Umweltauflagen sind bürokratische Papiertiger

Donnerstag 21. März 2013 von birdfish

Der NABU hat den aktuellen Beschluss der EU-Agrarminister zur Reform der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) als Armutszeugnis kritisiert.

Landwirtschaft
Landwirtschaft – Foto: Dagmar Struß

„Die EU-Agrarminister haben das ‚Greening‘ der Agrarpolitik durch die Schaffung zahlloser Ausnahmen so stark verwässert, dass es aus Umweltsicht nahezu wirkungslos wird“, sagte NABU-Präsident Olaf Tschimpke.

Durch die Anrechnung sämtlicher Agrarumweltmaßnahmen und anspruchsloser Produktionsmethoden auf die Quote der ökologischen Vorrangflächen verkämen die Umweltauflagen zu einem bürokratischen Papiertiger. Zudem hätten die Minister zahlreiche geltende Umweltstandards gestrichen sowie die Vorgabe eines Mindestbudgets für Agrarumweltmaßnahmen in Höhe von 25 Prozent der ländlichen Entwicklung aufgehoben. Angesichts dessen sei die Erhöhung der Mindestquote für ökologische Vorrangflächen, die für den Schutz von Wasser, Boden und biologischer Vielfalt unerlässlich sind, von drei auf fünf Prozent allenfalls ein symbolischer Erfolg.

Nach Auffassung des NABU macht das Ergebnis deutlich, dass die Agrarminister sich immer noch vorrangig der Agrarlobby verpflichtet fühlen und nicht der gesamten Gesellschaft. Dies sei ein Armutszeugnis für die Agrarpolitik und stelle deren Zukunftsfähigkeit grundlegend in Frage. Der NABU appellierte an Bundesagrarministerin Ilse Aigner, ihre Blockadehaltung aufzugeben und sämtliche Möglichkeiten für eine Nachbesserung auf nationaler Ebene zu nutzen. „Sofern es in den kommenden Monaten nicht gelingt, die Agrarpolitik auf eine nachhaltigere Basis zu stellen, ist eine Debatte über die vollständige Streichung sämtlicher Direktzahlungen überfällig“, so Tschimpke.

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Forschungsprojekt ‘SIGNAL’ – Klimawandel vorbeugen, Grünland in Europa erhalten

Dienstag 19. März 2013 von birdfish

Die ökologische Leistungsfähigkeit, die Artenvielfalt und auch die landschaftliche Schönheit des Grünlands in Europa zu schützen – mit diesem Ziel haben sich Hochschulen und Forschungseinrichtungen aus acht europäischen Ländern im Forschungsprojekt “SIGNAL” zusammengeschlossen.

Wissenschaftlerinnen aus acht europäischen Ländern tagten zum KlimawandelWissenschaftler/innen aus acht europäischen Ländern tagten zum Klimawandel. Foto: Dr. Jürgen Dengler / Uni Bayreuth

Die Koordination des Gesamtprojekts, das von der EU mit 1,5 Millionen Euro gefördert wird, liegt bei Prof. Dr. Anke Jentsch, Professorin für Störungsökologie an der Universität Bayreuth und Mitglied des Bayreuther Zentrums für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER). Zur Auftaktveranstaltung Mitte März 2013 waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Partnereinrichtungen nach Bayreuth gekommen.
Die Projektpartner teilen die Einschätzung, dass der Klimawandel in Europa extreme Wetterereignisse verursachen und die Stabilität des europäischen Grünlands nachhaltig gefährden könnte – vor allem im Zusammenhang mit dem Vordringen invasiver Arten. Die Schönheit des Landschaftsbildes, die Neubildung von Grundwasser, die Filterung von Schadstoffen, die Speicherung wertvoller Nährstoffe und die Bereitstellung von Grünfutter sind zentrale Funktionen des Grünlands, das immerhin rund die Hälfte aller landwirtschaftlich genutzten Flächen in Europa ausmacht. Umso schwerwiegender wären die Folgen, wenn diese ökologischen Serviceleistungen infolge langanhaltender Dürreperioden oder einwandernder Pflanzen dauerhaft gestört würden.

“Derartige Entwicklungen sind aber kein unvermeidliches Schicksal”, erklärt Projektleiterin Anke Jentsch. “Im Projekt SIGNAL wollen wir vorbeugende Konzepte und Maßnahmen erarbeiten, die geeignet sind, drohende ökologische Schäden abzuwenden oder jedenfalls abzuschwächen. Große Hoffnungen setzen wir dabei auf das Potenzial der Artenvielfalt. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer unseres ersten Arbeitstreffens waren alle hochmotiviert, sich dieser Herausforderung zu stellen. Dabei geht es letztlich darum, auf der Basis verlässlicher wissenschaftlicher Erkenntnisse Handlungsempfehlungen zu erarbeiten, die sich an staatliche Behörden auf europäischer, nationaler oder regionaler Ebene oder an Nichtregierungsorganisationen richten. Damit wollen die Projektpartner eine aktive Öffentlichkeitsarbeit verbinden und Möglichkeiten zu Handlung und Verantwortung aufzeigen. Die Menschen sollten besser als bisher darüber informiert werden, was in der Land- und Forstwirtschaft oder im Umwelt- und Naturschutz vorbeugend getan werden kann, um die Lebensqualität in Europa unter den Bedingungen des Klimawandels möglichst zu erhalten.”

Vorbeugende Maßnahmen, die künftig im SIGNAL-Projekt entwickelt werden, konzentrieren sich vor allem auf drei Faktoren: die Entwicklung der Biodiversität auf den Grünlandflächen; die Rolle von stickstofffixierenden Hülsenfrüchten und invasiven Arten; schließlich auch landwirtschaftliche Techniken, die womöglich alte Formen der Landnutzung auf neue Weise realisieren. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die bei SIGNAL mitarbeiten, bringen zahlreiche Erfahrungen aus internationalen Projekten zur Klimawandelforschung mit. Sie kommen aus acht europäischen Ländern, auf die besonders hohe Anteile der europäischen Grünlandflächen entfallen: aus Belgien, Bulgarien, Deutschland, Frankreich, Italien, der Schweiz, der Türkei und Ungarn.

An der Universität Bayreuth werden insbesondere die Experimente zur Biodiversität und Klimawandel konzipiert, die für das SIGNAL-Projekt von zentraler Bedeutung sind. Diese Untersuchungen wären nicht möglich ohne die Forschungsflächen im Ökologisch-Botanischen Garten auf dem Bayreuther Campus. Hier können extreme Wetterereignisse mit hoher Genauigkeit simuliert und auf ihre Folgen hin analysiert werden. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer an der Bayreuther Auftaktveranstaltung zeigten sich beeindruckt von dieser Infrastruktur, die im Rahmen von SIGNAL auf andere europäische Länder übertragen werden soll. Sie wird einen gewichtigen Beitrag zur Erforschung von Klimawandelfolgen leisten.

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Das Abschmelzen der Gebirgsgletscher beeinflusst die mikrobielle Biodiversität

Dienstag 19. März 2013 von birdfish

Ein Team um den Limnologen (Binnengewässerforscher) Tom J. Battin von der Universität Wien untersuchte den Einfluss von Gletscherrückgang auf die Mikroorganismen in Gletscherbächen.

Sonnblick-Kees: Gletscherzunge und See des Sonnblick-GletschersSonnblick-Kees: Gletscherzunge und See des Sonnblick-Gletschers. Foto: Department für Limnologie

Dabei konnten die Wissenschafterinnen Linda Wilhelm und Katharina Besemer erstmals zeigen, wie Gletscherrückgang die Gemeinschaften mikrobieller Biofilme in Gletscherbächen beeinflusst. Erstaunlich ist, dass Mikroorganismen ähnlich wie höhere Organismen auf Gletscherrückgang reagieren: Ein Verlust der Biodiversität ist die Folge. Die Ergebnisse wurden aktuell in der Fachzeitschrift “The ISME Journal – Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology” veröffentlicht.

Gebirgsgletscher schmelzen weltweit beträchtlich mit der Folge, dass sich die Umweltbedingungen vor allem in Gletscherbächen rasch und stark verändern. Die Post-docs Katharina Besemer und Gabriel Singer sowie die PhD-Studentinnen Linda Wilhelm und Christina Fasching untersuchten die Gemeinschaften von Mikroben im Eis und in den Bächen von 26 Gletschern in den österreichischen Alpen. Das Team um Tom J. Battin, Professor für Limnologie an der Universität Wien, konnte nun erstmals zeigen, dass auch Mikroben auf das Schmelzen der Gletscher reagieren. Bislang war nur bekannt, dass höhere Organismen auf diese Änderungen reagieren.

Mit Hilfe hochauflösender Sequenziermethoden konnten Linda Wilhelm und Katharina Besemer die Diversität und Identität der Mikroben bestimmen. Erstaunlich war die außerordentlich große Vielfalt an Mikroben, die trotz unwirtlicher Bedingungen in Gletscherökosystemen vorkommen. Die WissenschafterInnen konnten zeigen, dass die Vielfalt der Mikroben in Gletscherbächen mit der Seehöhe der Gletscher abnimmt. Außerdem fanden sie, dass Gletscherrückgang verstärkt zu einem Verlust von mikrobieller Biodiversität auf regionaler Ebene führen kann.

In einem neuen Ansatz verknüpften die ForscherInnen ökologische Theorie mit mikrobieller Ökologie, um diese Biodiversitätsmuster, wie sie auch von höheren Organismen bekannt sind, zu verstehen.
So zeigten die WissenschafterInnen erstmals, dass mikrobielle Biodiversität und Artenzusammensetzung auch in Gletscherökosystemen von Bedeutung sind und zunehmend durch das Abschmelzen der Gebirgsgletscher bedroht sind.

Originalpublikation

“The ISME Journal – Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology”:
L. Wilhelm, G. A. Singer, C. Fasching, T. J. Battin and K. Besemer. Microbial biodiversity in glacier-fed streams. The ISME Journal DOI: 10.1038/ismej.2013.44

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Auftauen von Permafrost-Böden beschleunigt Klimawandel – trotz mehr Pflanzenwachstum

Montag 18. März 2013 von birdfish

Die globale Erwärmung hat zwei gegenteilige Effekte auf Permafrost-Böden wie die in Sibirien.

Permafrost-Böden in Tibet
Gefrorener Fluss und Permafrost-Böden in Tibet. – Foto: Claus Bünnagel / Pixelio

Das Auftauen der normalerweise dauerhaft gefrorenen Erdschichten verstärkt einerseits Zersetzungsprozesse im Boden, was zu höheren CO2-Emissionen führt. Anderseits nimmt wegen der höheren Temperaturen das Pflanzenwachstum zu, und das dabei aufgenommene CO2 wird letztlich im Boden gespeichert. Dieser – oft vernachlässigte – zweite Effekt kann den ersten aber auf Dauer nicht ausgleichen, wie eine jetzt veröffentlichte Studie von Wissenschaftlern des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung zeigt. Unter dem Strich steigen die Treibhausgas-Emissionen.

„Unsere Studie ist die erste, die bei der Computersimulation von Veränderungen in Permafrost-Böden auch die Rückkopplung mit der Pflanzenwelt einbezieht“, sagt Leit-Autorin Sibyll Schaphoff. „Wenn das große Tauen beginnt, wird entgegen anderen Studien zunächst zusätzlich CO2 aus der Luft aufgenommen, wie unsere Projektionen zeigen.“ Grund ist das rasch zunehmende Pflanzenwachstum. Der Vegetation nützen steigende Temperaturen im hohen Norden, und auch die Zunahme von CO2 in der Atmosphäre stimuliert die Pflanzen, ähnlich einem Dünger.

Doch nach einer Zeitverzögerung von einigen Jahrzehnten entlässt der langsam auftauende Permafrost-Boden den in ihm über Jahrtausende gespeicherten Kohlenstoff in die Atmosphäre. Dies kann durch das Planzenwachstum nicht ausgeglichen werden – CO2 wird freigesetzt, und als Treibhausgas trägt es zum weiteren Klimawandel bei. „Die Pflanzen werden uns also nicht davor bewahren, in diesen Teufelskreis einzusteigen“, sagt Schaphoff. „Aber immerhin verringern sie wahrscheinlich etwas die durch das Tauen der Permafrost-Böden zusätzlich entstehenden Emissionen.“

„Ein weiteres wichtiges Ergebnis ist, dass die Wirkung des Klimawandels von heute CO2 aus Permafrost-Böden über Jahrhunderte hinweg freisetzen wird – es zeigt sich ein beunruhigender ‚langer Schatten’ der heutigen Erwärmung bis in die ferne Zukunft hinein“, sagt Wolfgang Lucht, einer der beiden Leiter des PIK-Forschungsbereichs Erdsystemanalyse, auch er ist einer der Autoren des Artikels. „Unsere Studie kann erstmals genauer identifizieren, wieviel zusätzlicher Kohlenstoff von den Permafrost-Böden der Welt freigesetzt würde, wenn die Welt sich in den kommenden hundert Jahren um vier bis fünf Grad erwärmt, weil im business as usual der Treibhausgas-Ausstoß nicht sinkt – statt dass die Erwärmung auf zwei Grad begrenzt wird, das von der internationalen Staatengemeinschaft festgelegte Ziel, welches starkes Handeln erfordert.”

Obwohl durch den Klimawandel in den arktischen Regionen die Pflanzen viel stärker wachsen, „würde uns starker Klimaschutz 550 Milliarden Tonnen CO2-Emissionen ersparen, die von den Permafrostböden freigesetzt werden können“, so Lucht. Das entspreche rund 15 Jahren der heutigen Emissionen der Menschheit.

Originalpublikation:
Schaphoff, S., Heyder, U., Ostberg, S., Gerten, D., Heinke, J., Lucht., W. (2013): Contribution of permafrost soils to the global carbon budget. In: Environmental Research Letters [doi:10.1088/1748-9326/8/1/014026]

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