Luftverschmutzung behindert Baumwachstum in der Arktis | Polarjournal
Die großflächige Verschmutzung hat östlich von Norilsk, Russland, zu einem verheerenden Rückgang der Wälder geführt. Foto: Dr. Alexander Kirdyanov

Die industrielle Umweltverschmutzung in der Arktis ist viel schlimmer als wir angenommen haben. Die bisher größte Studie über Jahresringe von Bäumen aus Norilsk in Sibirien hat gezeigt, dass die direkten und indirekten Auswirkungen der industriellen Umweltverschmutzung in der Region und darüber hinaus weitaus schlimmer sind als bisher angenommen.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Cambridge hat Messungen der Jahresringbreite und der Holzchemie an lebenden und toten Bäumen mit Bodenmerkmalen und Computermodellierung kombiniert, um zu zeigen, dass die durch jahrzehntelangen Nickel- und Kupferbergbau verursachten Schäden nicht nur die lokale Umwelt verwüstet, sondern auch den globalen Kohlenstoffkreislauf beeinträchtigt haben.

Das Ausmaß der Schäden, die dem borealen Wald, dem größten Landbiom der Erde, zugefügt wurden, lässt sich an den jährlichen Wachstumsringen der Bäume in der Nähe von Norilsk ablesen, wo sich das Absterben auf bis zu 100 Kilometer Entfernung von der Stadt ausgedehnt hat. Über die Ergebnisse wird in der Fachzeitschrift Ecology Letters berichtet.

Norilsk in Nordsibirien ist mit mehr als 100.000 Einwohnern die nördlichste Großstadt der Erde und einer der am stärksten verschmutzten Orte. Seit den 1930er Jahren hat der intensive Abbau der gewaltigen Nickel-, Kupfer- und Palladiumvorkommen in der Region in Verbindung mit wenigen Umweltauflagen zu einer starken Verschmutzung geführt. Eine massive Ölpest im Mai 2020 hat zu den extremen Umweltschäden in der Region beigetragen.

Nicht nur die hohen Luftemissionen des Industriekomplexes Norilsk sind für die direkte Zerstörung von rund 24.000 Quadratkilometern borealen Waldes seit den 1960er Jahren verantwortlich, auch die überlebenden Bäume in weiten Teilen der hohen nördlichen Breiten leiden darunter. Die hohe Luftverschmutzung führt zu einem rückläufigen Baumwachstum, was sich wiederum auf die Menge an Kohlenstoff auswirkt, die im borealen Wald gebunden werden kann.

Umweltzerstörung in Sibirien. (a) Probenahmestellen in Lärchen- und Fichtenbeständen (Punkte bzw. Dreiecke), die auf verschiedenen Ebenen der Vegetationszerstörung (Grauschattierungen) überlagert sind. Punkte mit schwarzen Mittelpunkten beziehen sich auf die drei Standorte, für die die Holzchemie gemessen wurde. Der rote Rahmen in der eingefügten Karte stellt das weitere Untersuchungsgebiet Norilsk in den Kontext der borealen Waldzone Russlands (grüner Bereich). Schwarze Punkte (Lärche) und ein Dreieck (Fichte) in der borealen Karte zeigen unbelastete Referenzstandorte, die für das großmaßstäbliche, prozessbasierte Modellierungsexperiment verwendet wurden. (b) Die drei Bilder repräsentieren verschiedene Ebenen und Aspekte der Störung von Ökosystemen. Abbildung: Kirdyanov et al. 2020

Obwohl der Zusammenhang zwischen Umweltverschmutzung und Waldgesundheit bekannt ist, konnte er jedoch nicht das „Divergenzproblem“ in der Dendrochronologie (die Analyse von Jahresringen)  erklären: eine Entkopplung der Jahresringbreite von steigenden Lufttemperaturen seit den 1970er Jahren.

Anhand des bisher grössten Datensatzes von Jahresringen lebender und toter Bäume, der die Geschichte und Intensität des Waldsterbens in Norilsk rekonstruiert, haben die Forscher gezeigt, wie die von Bergwerken und Hütten in die Atmosphäre ausgespuckte Schadstoffmenge zumindest teilweise für das Phänomen der «Verdunkelung der Arktis» verantwortlich ist, was neue Erkenntnisse zur Erklärung des Divergenzproblems liefert.

«Anhand der in Tausenden von Baumringen gespeicherten Informationen können wir die Auswirkungen der unkontrollierten Umweltkatastrophe von Norilsk in den letzten neun Jahrzehnten erkennen», sagt Professor Ulf Büntgen vom Geographischen Institut in Cambridge, der die Forschung leitete. «Während das Problem der Schwefelemissionen und des Waldsterbens in weiten Teilen Europas erfolgreich angegangen wurde, konnten wir für Sibirien die Auswirkungen nicht erkennen, was vor allem auf den Mangel an langfristigen Überwachungsdaten zurückzuführen ist.»

Die Ausweitung der jährlich aufgelösten und absolut datierten Messungen der Jahresringbreite, die vom Erstautor der Studie, Alexander Kirdyanov, zusammengestellt wurden, zusammen mit neuen hochauflösenden Messungen der Holz- und Bodenchemie, erlaubte es den Forschern, das Ausmass der verheerenden Schäden am Ökosystem Norilsk zu quantifizieren, die in den 1960er Jahren ihren Höhepunkt erreichten.

Abgestorbener Wald östlich von Norilsk. Foto: Dr. Alexander Kirdyanov

«Wir sehen, dass die Bäume in der Nähe von Norilsk in den 1960er Jahren aufgrund der steigenden Verschmutzung massiv abzusterben begannen», so Büntgen. «Da sich die Luftverschmutzung in der Arktis aufgrund von grossräumigen Zirkulationsmustern akkumuliert, haben wir unsere Studie weit über die direkten Auswirkungen des Industriesektors von Norilsk hinaus ausgeweitet und festgestellt, dass auch Bäume in den hohen nördlichen Breitengraden darunter leiden.»

Die Forscher benutzten ein prozessbasiertes Modell des borealen Baumwachstums, um zu zeigen, dass die Verdunkelung der Arktis seit den 1970er Jahren das Baumwachstum erheblich reduziert hat.

Die Verdunkelung der Arktis ist ein Phänomen, das durch die Zunahme von Partikeln in der Erdatmosphäre verursacht wird, sei es durch Verschmutzung, Staub oder Vulkanausbrüche. Das Phänomen blockiert teilweise das Sonnenlicht, verlangsamt den Verdunstungsprozess und stört den Wasserkreislauf.

Es ist zu erwarten, dass die globale Erwärmung die Wachstumsrate der borealen Bäume erhöhen wird, aber die Forscher stellten fest, dass sich die Wachstumsrate der Bäume in Nordsibirien verlangsamte, als die Verschmutzung ihren Höhepunkt erreichte. Sie stellten fest, dass die Verschmutzungswerte in der Atmosphäre die Fähigkeit der Bäume verringerten, Sonnenlicht durch Photosynthese in Energie umzuwandeln, so dass sie nicht in der Lage waren, so schnell oder so stark zu wachsen wie in Gebieten mit geringerer Verschmutzung.

«Das Ausmass der Schäden zeigt, wie verletzlich und empfindlich der boreale Wald ist», sagt Büntgen. «Was uns überrascht hat, ist die weite Verbreitung der Auswirkungen der industriellen Verschmutzung. Angesichts der ökologischen Bedeutung dieses Bioms könnten die Schadstoffbelastungen in den hohen nördlichen Breitengraden enorme Auswirkungen auf den gesamten globalen Kohlenstoffkreislauf haben.»

Quelle: University of Cambridge

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