Wissenschaftler der ETH Zürich, des Wasserforschungsinstituts Eawag und internationaler Partnerinstitutionen haben diese Ungleichheit unter dem Begriff „Thermal Justice“ zusammengefasst. Im Fachjournal Nature Climate Change beschreiben sie Hitze damit nicht allein als meteorologisches oder gesundheitliches Problem.

Hitzegerechtigkeit entscheidet über Schutz im Alltag

„Es zählt nicht nur, ob eine Maßnahme die Temperatur senkt, sondern auch, ob Menschen während einer Hitzewelle tatsächlich schlafen, arbeiten, sich bewegen, sich um andere kümmern und gesund bleiben können“, sagt Hauptautor Lucas Gobatti. Selbst eine Maßnahme, die einen Ort kühlt, kann dabei neue Belastungen schaffen – etwa für andere Bewohner, andere Stadtteile oder kommende Generationen.

Um solche Unterschiede sichtbar zu machen, unterscheiden die Wissenschaftler fünf Bereiche:

• Gerechte Verteilung von Hitzebelastungen und Möglichkeiten zur Abkühlung
• Anerkennung struktureller Benachteiligungen
• Beteiligung der Betroffenen an Entscheidungen über Hitzeschutz und Stadtplanung
• Sichere Lebens- und Arbeitsbedingungen trotz Hitze
• Schutz von Ökosystemen und künftigen Generationen

Wie ungleich die Möglichkeiten im Alltag verteilt sind, zeigt sich schon bei einfachen Empfehlungen. Wer flexible Arbeitszeiten hat, kann körperlich belastende Tätigkeiten auf kühlere Stunden verlegen. Beschäftigte im Freien oder in überhitzten Hallen haben diese Freiheit häufig nicht. Auch eine kühle Wohnung ist keine Selbstverständlichkeit. Besonders ältere oder allein lebende Menschen können während länger anhaltender Hitze zusätzliche Unterstützung benötigen.

Klimaanlagen verlagern Hitze nach draußen

Auch technische Lösungen haben Nebenwirkungen. Eine Klimaanlage senkt die Temperatur im Innenraum, gibt ihre Abwärme jedoch nach draußen ab. Gleichzeitig steigt der Stromverbrauch. Zudem können sich Haushalte mit wenig Geld Anschaffung und Betrieb einer solchen Anlage oft schlechter leisten.

Damit entsteht ein grundsätzliches Problem: Eine Maßnahme kann einen Menschen schützen und zugleich die Belastung an anderer Stelle erhöhen. Die Wissenschaftler sprechen deshalb von einer Verlagerung der Hitzelasten. Betroffen sein können andere Bewohner, andere Stadtteile, Ökosysteme oder spätere Generationen.

Ähnliche Konflikte entstehen bei Kühlsystemen, die viel Wasser benötigen oder von anfälligen Stromnetzen abhängig sind. Eine kurzfristige Entlastung kann dadurch neue Abhängigkeiten schaffen. Städte sollen deshalb prüfen, wer von einer Maßnahme profitiert und wer deren Folgen trägt.

Mehr Stadtgrün kann Bewohner verdrängen

Selbst Bäume, Parks und andere Grünflächen lösen nicht jedes Problem automatisch. Sie spenden Schatten und können aufgeheizte Viertel angenehmer machen. Zugleich steigt mit einem attraktiveren Wohnumfeld häufig der Wert von Immobilien. Höhere Mieten können einkommensschwächere Bewohner verdrängen.

Im ungünstigsten Fall ziehen gerade jene Menschen aus einem begrünten Quartier weg, die besonders von der Abkühlung profitieren würden. Sie landen dann womöglich in günstigeren, heißeren und weniger grünen Stadtteilen. Hitzeschutz und soziale Stadtplanung lassen sich deshalb kaum voneinander trennen.

Während akuter Hitzewellen empfehlen die Wissenschaftler öffentlich zugängliche und barrierefreie Räume zum Abkühlen. Hinzu kommen Schutzkonzepte für Beschäftigte, schattige Wege zu wichtigen Einrichtungen und bezahlbare Möglichkeiten zur Kühlung von Innenräumen.

Städte müssen Hitze langfristig anders planen

Zwischen den Hitzewellen beginnt die langfristige Arbeit. Schlecht isolierte Gebäude können saniert, Parks und Gewässer ausgebaut und Bäume an die verfügbaren Wasserressourcen angepasst werden. Gleichzeitig sollen Städte verhindern, dass ökologische Aufwertungen die bisherigen Bewohner aus ihren Vierteln verdrängen.

Erfolg ließe sich dann nicht allein an der Zahl neuer Bäume, Hitzewarnungen oder Kühlräume messen. Entscheidend wäre, ob Menschen und Ökosysteme mit hohen Temperaturen zurechtkommen, ohne dass die Risiken lediglich an einen anderen Ort verschoben werden.

Kurz zusammengefasst:

• Hitzegerechtigkeit bedeutet, dass alle Menschen möglichst ähnliche Chancen haben sollen, sich vor extremer Hitze zu schützen – unabhängig von Einkommen, Wohnsituation oder Beruf.
• Klimaanlagen, Parks und andere Kühlmaßnahmen können zwar helfen, zugleich aber neue Belastungen schaffen oder Hitzerisiken auf andere Menschen und Stadtteile verlagern.
• Gerechter Hitzeschutz verbindet deshalb akute Hilfe mit langfristiger Stadtplanung, bezahlbarer Kühlung, besseren Gebäuden und Schutz vor Verdrängung.

Übrigens: Hitzegerechtigkeit entscheidet sich auch daran, wie sicher Menschen durch aufgeheizte Städte kommen – ein neues Schatten-Navi berechnet dafür in 80 deutschen Städten kühlere Fußwege. Welche Strecken mehr Schatten bieten und wie die Daten auch Kommunen beim Hitzeschutz helfen können, mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Unsplash

Eine mögliche Ursache wächst am Straßenrand und auf verlassenen Grundstücken: Götterbäume und Blauglockenbäume. Beide stammen ursprünglich aus Asien und breiten sich auch in Deutschland aus. Der Götterbaum gilt hier als invasive Art, der Blauglockenbaum als potenziell invasiv.

Gerade in ärmeren Vierteln finden solche schnell wachsenden Arten gute Bedingungen. Dort gibt es häufiger Brachen, leerstehende Häuser und weniger gepflegte Grünflächen. Wohlhabendere Stadtteile verfügen dagegen eher über die Mittel, heimische Bäume zu pflanzen und dauerhaft zu pflegen.

Invasive Pflanzen schaffen ideale Bedingungen für Mückenlarven

Wenn die Blätter der eingeführten Arten in alten Reifen, Eimern oder Mülltonnen verrotten, entstehen offenbar besonders günstige Bedingungen für Mückenlarven. Im Labor überlebten die Tiere häufiger, entwickelten sich schneller und wurden teilweise größer als in Wasser mit dem Laub heimischer Bäume.

Forscher der University of Maryland und des Cary Institute untersuchten die Asiatische Tigermücke und die Gemeine Stechmücke. Die Ergebnisse erschienen im Journal of Medical Entomology.

„Unsere Studie zeigte, dass die Blätter der Baumarten, die häufiger in einkommensschwachen Vierteln vorkommen, das Wachstum der Mücken messbar und deutlich begünstigten“, sagt Studienleiterin Sarah Rothman.

Laub wird zur Nahrung für Mückenlarven

Für ihre Entwicklung benötigen viele Mückenarten nur kleine Mengen stehenden Wassers. Schon ein alter Reifen, ein Blumentopf oder ein offener Abfallbehälter kann als Brutplatz dienen.

Fällt Laub hinein, beginnt es sich zu zersetzen. Dabei wachsen Bakterien und andere Mikroorganismen, von denen sich die Larven ernähren. Welche Blätter im Wasser liegen, kann deshalb beeinflussen, wie schnell und erfolgreich die Insekten heranwachsen.

Frühere Untersuchungen in US-Städten hatten ein auffälliges Muster ergeben. Wohlhabendere Viertel besitzen häufig mehr Bäume und eine größere Artenvielfalt. Besonders viele und große Mücken fanden Wissenschaftler jedoch in Wohngebieten mit niedrigeren Einkommen. Rothmans Team prüfte deshalb, ob die dort verbreiteten Baumarten zu diesem Unterschied beitragen.

Forscher testen drei Blattmischungen

Die Wissenschaftler sammelten Blätter von sechs Baumarten in Baltimore, Washington und Capitol Heights. Anschließend stellten sie drei Mischungen zusammen, die für unterschiedlich wohlhabende Wohngebiete typisch waren.

Die erste bestand aus Götterbaum und Blauglockenbaum. Beide nicht heimischen Arten waren besonders häufig in einkommensschwächeren Vierteln vertreten.

Für die zweite Mischung verwendete das Team Rot-Ahorn und Amerikanische Ulme. Diese heimischen Bäume kamen häufiger in wohlhabenderen Gegenden vor.

Die dritte Kombination enthielt Schwarznuss und Weißen Maulbeerbaum. Eine Art ist in Nordamerika heimisch, die andere wurde eingeführt. Beide waren in der gesamten Untersuchungsregion verbreitet.

Die Blätter lagen zunächst fünf Tage im Wasser. Danach setzte das Team Larven der Asiatischen Tigermücke und der Gemeinen Hausmücke in die Behälter. Einige Gefäße enthielten nur eine Art, andere beide Arten. Zudem variierten die Wissenschaftler die Zahl der Larven.

Sie erfassten, wie viele Tiere überlebten, wie lange ihre Entwicklung dauerte und welche Körpergröße die erwachsenen Mücken erreichten.

Nicht heimisches Laub verbessert Entwicklung

Mischungen mit mindestens einer nicht heimischen Baumart boten den Larven bessere Bedingungen als die rein heimische Kombination aus Rot-Ahorn und Amerikanischer Ulme.

Je nach Mückenart und Besatzdichte überlebten mehr Tiere, sie erreichten früher das Erwachsenenstadium oder wurden größer. Besonders deutlich fiel der Effekt bei der Mischung aus Götterbaum und Blauglockenbaum aus, die für ärmere Wohnblöcke typisch war.

„Wachstum und Überleben der Mücken verbesserten sich deutlich, wenn sie mit Blattmischungen aufgezogen wurden, die mindestens eine nicht heimische Baumart enthielten“, sagt Mitautorin Shannon LaDeau.

Bei einer der beiden Mückenarten waren auch die Flügel länger. Die Flügellänge dient als Maß für die Körpergröße. Größere Tiere können unter bestimmten Bedingungen Krankheitserreger besser übertragen.

Blätter zerfallen unterschiedlich schnell

Die drei Mischungen unterschieden sich beim Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff, bei ihrer Zersetzungsgeschwindigkeit sowie beim Gehalt an Tanninen und Lignin. Stickstoffreiches Laub lässt sich häufig leichter abbauen. Nährstoffe können dadurch schneller ins Wasser gelangen und den Mikroorganismen früher zur Verfügung stehen.

Bei der gesamten Menge dieser Mikroorganismen fanden die Wissenschaftler allerdings keinen deutlichen Unterschied zwischen den Blattmischungen. Unklar bleibt, ob sich stattdessen ihre Zusammensetzung veränderte.

Bestimmte Bakterien oder Pilze könnten für Mückenlarven nahrhafter sein als andere. Welche Arten sich auf den verschiedenen Blättern ansiedelten, wurde in dem Versuch nicht untersucht.

Auch die gemeinsame Herkunft könnte eine Rolle spielen. Götterbaum, Blauglockenbaum und Asiatische Tigermücke stammen ursprünglich aus Asien. Die Mücke könnte an Bedingungen angepasst sein, die beim Zerfall dieser Pflanzen entstehen.

Stadtentwicklung beeinflusst das Mückenrisiko

Nach Angaben der Forscher hängt die Verteilung der Bäume auch mit jahrzehntelangen geringeren Investitionen in ärmere Stadtviertel zusammen. Dort gibt es häufiger Brachen und verlassene Grundstücke, auf denen sich schnell wachsende nicht heimische Arten ausbreiten.

„Jahrzehntelange kommunale und staatliche Unterinvestitionen in einkommensschwachen Vierteln spielen bei dieser Ungleichheit eine wichtige Rolle“, sagt LaDeau.

Heimische Bäume als Teil der Mückenbekämpfung

Ob sich Mückenbestände unter realen Bedingungen durch das Pflanzen heimischer Bäume und den Austausch nicht heimischer Arten tatsächlich verringern lassen, ist allerdings noch offen. Der Versuch fand im Labor statt. In Städten wirken zugleich Temperatur, Niederschlag, Schatten, Wasserqualität und Fressfeinde auf die Larven ein.

Weitere Untersuchungen sollen deshalb klären, ob der Effekt auch bei anderen Baumarten und direkt in Wohnvierteln auftritt.

Kurz zusammengefasst:

• In ärmeren Vierteln von Baltimore und Washington wachsen häufiger nicht heimische Bäume, deren verrottendes Laub Mückenlarven besonders gute Bedingungen bietet.
• Im Labor überlebten Asiatische Tigermücken und Gemeine Stechmücken mit solchen Blattmischungen häufiger, entwickelten sich schneller und wurden teils größer als mit heimischem Laub.
• Die Ergebnisse stammen aus einem kontrollierten Versuch; ob heimische Bäume Mückenbestände in Städten tatsächlich senken, muss noch unter realen Bedingungen geprüft werden.

Übrigens: Während invasive Pflanzen Mückenlarven bessere Bedingungen bieten können, soll eine neue Lasertechnik die erwachsenen Tiere binnen Millisekunden erkennen und abschießen. Wie der „Todesstern für Stechmücken“ funktioniert, mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: ©  Centers for Disease Control and Prevention (CDC) via Wikimedia unter Public Domain

Dann bereitet sich der Baum nicht geordnet auf die kalte Jahreszeit vor. Die Blätter können durch Hitze und Trockenheit geschädigt worden sein.

Braune Blätter im Sommer täuschen leicht

Besonders deutlich wurde das im Sommer 2018. In der Region Schaffhausen standen Buchen schon Mitte August mit braunen Kronen im Wald. Auf den ersten Blick sah das wie eine frühe Herbstfärbung aus. Doch viele dieser Buchen trieben im folgenden Jahr nur schwach aus. Sie waren offenbar nicht einfach früher in die Ruhephase gegangen.

Der Unterschied ist wichtig. Im Herbst läuft bei Laubbäumen ein geregelter Vorgang ab. Bevor die Blätter fallen, zieht der Baum wertvolle Nährstoffe aus ihnen zurück. Diese Vorräte lagert er in Holz, Rinde oder Wurzeln ein. So stärkt er sich für den Austrieb im nächsten Frühjahr.

Bei Hitzeschäden funktioniert das anders. Blätter können austrocknen, absterben oder regelrecht versengen. Forscher sprechen von „leaf scorching“, also Blattversengung. Die Blätter werden zwar ebenfalls braun, der Baum kann die Nährstoffe aber nicht mehr vollständig retten.

Hitze schädigt Blätter abrupt

In ihrer Untersuchung beschreiben die Schweizer Wissenschaftler diesen Unterschied. Nicht jede frühe Verfärbung folge dem normalen Herbstprogramm. Hitze, Dürre und sogenannte heiße Dürren könnten passive Schäden auslösen.

Solche Schäden entstehen oft schnell. Laut den Autoren kann eine Art Sonnenbrand an den Blättern bei Extremwetter innerhalb weniger Stunden auftreten. Dieser beginnt häufig an den Blatträndern oder Blattspitzen. Von dort breitet er sich nach innen aus. Die betroffenen Stellen werden trocken, brüchig oder rollen sich ein.

Der Grund liegt im Wasserhaushalt des Baums. Bei großer Hitze, starker Sonne und trockener Luft verlieren Blätter viel Wasser. Gleichzeitig kommt aus Stamm und Ästen nicht genug Nachschub. Das Blatt kann sich nicht mehr ausreichend kühlen. Gewebe trocknet aus, Zellen nehmen Schaden, Leitbahnen können versagen.

Bäume verlieren wertvolle Vorräte

Für den Baum endet ein solcher Sommer nicht mit dem letzten braunen Blatt. Wenn Blätter kontrolliert altern, bleiben ihm wichtige Nährstoffe erhalten. Wenn Hitze die Blätter zerstört, gehen diese Vorräte verloren. Nach mehreren heißen und trockenen Sommern fehlen Reserven für Wachstum, Abwehr und neuen Austrieb.

Maxwell Bergström und Zhaofei Wu warnen: „Wenn diese beiden Prozesse verwechselt werden, können Modelle der Blattseneszenz unzuverlässiger werden und die Widerstandsfähigkeit der Wälder gegenüber Klimaextremen überschätzt werden.“ Wälder könnten in Berechnungen also robuster erscheinen, als sie tatsächlich sind.

Satelliten sehen nicht genug

Das betrifft auch Satellitendaten. Aus dem All lässt sich gut erkennen, wie grün oder braun ein Wald ist. Doch eine Kamera im Orbit erkennt nicht automatisch, warum sich Blätter verfärben. Frühe Herbstfärbung und Hitzeschäden können von oben ähnlich aussehen.

Für Klimamodelle macht dieser Unterschied viel aus. Ein früher Herbst heißt: Der Baum beendet die Saison geordnet. Blattverbrennung heißt: Der Baum hat Schaden genommen. Werden beide Vorgänge zusammengeworfen, können Einschätzungen zur Waldgesundheit und zur Kohlenstoffaufnahme ungenau werden.

Die Entwicklung ist längst nicht auf einzelne Wälder beschränkt. Während der Hitzeglocke im pazifischen Nordwesten Nordamerikas verfärbten sich 2021 viele Blätter abrupt. In Europa traten ähnliche Muster in den heißen Dürresommern 2018 und 2022 auf.

„Blattschäden durch Hitze und Dürre werden mit der Erwärmung des Klimas voraussichtlich immer häufiger“, sagt Projektleiter Yann Vitasse von der WSL. Hitzewellen und Dürren seien für Wälder eine besonders gefährliche Mischung. Vitasse nennt sie „eine explosive Kombination“.

Forscher wollen genauer trennen

Noch ist nicht immer klar, wo die Grenze verläuft. Manche Bäume können Blätter bei Stress geordnet abwerfen. Andere verlieren sie, weil Hitze und Trockenheit das Gewebe zerstören. Entscheidend sind Temperatur, Wassermangel, Sonneneinstrahlung und die Fähigkeit des Baums, Wasser nachzuliefern.

Die Forscher halten deshalb kontrollierte Versuche für nötig. Sie sollen zeigen, ab wann ein Baum noch aktiv reagiert und ab wann das Blatt irreversibel geschädigt wird. Diese Grenze würde helfen, Wälder genauer zu beobachten. Auch Satellitendaten könnten dann besser ausgewertet werden.

Braune Blätter im Sommer bleiben damit ein Warnsignal. Von außen sieht frühe Herbstfärbung oft ähnlich aus wie Hitzeschaden. Für den Baum macht der Unterschied viel aus: Entweder er spart Nährstoffe für das nächste Jahr. Oder er verliert Reserven, die ihm nach Dürre und Hitzewellen fehlen.

Kurz zusammengefasst:

• Braune Blätter im Sommer sind nicht automatisch ein früher Herbst: Hinter der Verfärbung können Hitzeschäden stecken, bei denen Blätter austrocknen und der Baum wichtige Nährstoffe verliert.
• Der Unterschied ist entscheidend für die Waldgesundheit: Bei normaler Herbstfärbung zieht der Baum Reserven aus den Blättern zurück, bei Hitzeschäden gehen diese Vorräte oft verloren.
• WSL-Forscher warnen vor falschen Einschätzungen: Werden früher Herbst und Hitzeschäden verwechselt, könnten Wälder in Klimamodellen widerstandsfähiger wirken, als sie tatsächlich sind.

Übrigens: Wenn Bäume bei Hitze braun werden, gerät auch der „Atem“ der Erde aus dem Takt – im hohen Norden schwanken CO₂-Aufnahme und CO₂-Abgabe heute deutlich stärker als früher. Warum viele Klimamodelle diese Entwicklung unterschätzen und was das für das Klima bedeutet, mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Yann Vitasse

Doch neue Forschung an Eichen zeigt: Diese Rechnung geht nicht immer auf. Bei Hitze und Trockenheit kann der Stamm sein Wachstum schon im Sommer stark drosseln, während die Blätter weiter Photosynthese betreiben. Für Klimamodelle ist das ein Problem. Denn nur Kohlenstoff, der dauerhaft im Holz landet, bleibt über viele Jahre oder Jahrzehnte gebunden.

Forscher um Mukund Palat Rao von der Columbia Climate School berichten im Fachjournal Science Advances, dass Trockenheit und Wärme die Holzbildung früher bremsen als die CO₂-Aufnahme. Für die Klimabilanz zählt deshalb nicht allein, wie viel CO₂ Bäume aus der Luft holen. Entscheidend ist, ob daraus auch neues Holz entsteht.

Warum Bäume CO₂ aufnehmen, aber nicht immer wachsen

Bisher arbeiten viele Klimamodelle mit einer einfachen Grundannahme: Mehr Kohlendioxid in der Luft stärkt die Photosynthese. Mehr Photosynthese bedeutet mehr Wachstum. Mehr Wachstum bedeutet mehr Kohlenstoffspeicherung im Wald. Die neue Arbeit stellt diese Kette infrage – zumindest für die untersuchten nordamerikanischen Eichenarten.

„Derzeit gehen die meisten Modelle davon aus, dass Photosynthese Wachstum bedeutet. Wir stellen fest, dass das nicht der Fall ist“, sagt Rao. Sein entscheidender Satz lautet:

Nur weil es mehr Photosynthese gibt, heißt das nicht unbedingt, dass Bäume künftig stärker wachsen.

Die Forscher untersuchten acht Eichenarten an 137 Standorten in Nordamerika. Dazu kombinierten sie Satellitendaten, Messungen von CO₂-Flüssen über Baumkronen, Stammsensoren und Baumringdaten aus der Zeit von 1950 bis heute. So konnten sie genauer verfolgen, wann Eichen Kohlenstoff aufnehmen – und wann sie tatsächlich neues Holz bilden.

Hitze bremst das Holz deutlich früher aus

In den östlichen USA wuchsen die untersuchten Eichen vor allem von Mai bis Juli. Danach nahmen sie weiter Kohlenstoff auf, teils bis in den Oktober. Etwa 36 Prozent der jährlichen Photosyntheseleistung entfielen dort auf die Zeit nach Juli.

In Kalifornien verschob sich der Rhythmus. Dort wuchsen Eichen vor allem von Dezember bis April. Im Sommer verlangsamte sich das Wachstum stark und endete bis August. Trotzdem fiel dort noch rund 26 Prozent der jährlichen Kohlenstoffaufnahme in die Zeit nach Juli.

Für das Klima ist dieser Befund wichtig. Holz speichert Kohlenstoff oft über Jahrzehnte, teils über Jahrhunderte. Blätter, Früchte, Zuckerreserven, Wurzelausscheidungen oder Zellatmung halten Kohlenstoff meist kürzer im System. Ausschlaggebend ist daher nicht nur, ob ein Baum CO₂ aufnimmt. sondern wohin dieser Kohlenstoff anschließend fließt.

Trockenheit kappt leise den Klimapuffer Wald

Der Grund liegt im Wasserhaushalt der Bäume. Holz entsteht im Kambium, einer dünnen Wachstumsschicht im Stamm. Die Zellen brauchen genügend inneren Druck, um sich zu teilen und auszudehnen. Bei heißer, trockener Luft verlieren Bäume Wasser. Dann fehlt dieser Druck schneller, als die Photosynthese stoppt.

Rao beschreibt den Mechanismus so: „In dem Moment, in dem trockene und heiße Bedingungen herrschen, stoppt die Wachstumstätigkeit ziemlich sofort, während die Photosynthese offenbar mit leicht verringerter Rate weiterläuft.“

Die Forscher fanden diesen Effekt auch im Tagesverlauf. Wachstum fand vor allem nachts und am frühen Morgen statt, wenn die Luft kühler und feuchter war. Die Photosynthese erreichte dagegen später am Vormittag und um die Mittagszeit hohe Werte. Dann stiegen Temperatur und Trockenheitsdruck bereits an.

Klimamodelle könnten Wälder überschätzen

Besonders stark fiel die Entkopplung in Jahren aus, in denen das lokale Klima stärker zwischen feuchten und trockenen Phasen schwankte. Solche Wechsel dürften mit dem Klimawandel häufiger werden. Für Wälder ist das ein Problem: Sie können grün wirken und weiter CO₂ aufnehmen, ohne im gleichen Maß neues Holz aufzubauen.

Die Arbeit warnt daher vor einer möglichen Überschätzung der langfristigen Speicherleistung. Wenn Modelle Photosynthese und Holzwachstum zu eng verbinden, rechnen sie Wäldern womöglich mehr dauerhafte CO₂-Bindung zu, als unter Hitze und Trockenheit realistisch ist.

Eine Einschränkung darf allerdings nicht unerwähnt bleiben: Die Untersuchung betrifft nordamerikanische Eichen, keine globale Gesamtaussage über alle Wälder. Offen bleibt auch, wie viel Kohlenstoff aus der Photosynthese nach der Hauptwachstumsphase später doch noch im Holz landet. Ein Teil kann als Reserve dienen und das Wachstum im nächsten Jahr unterstützen.

Eichen liefern ein Warnsignal für die Zukunft

Trotzdem trifft der Befund eine große Frage der Klimaforschung. Wälder gelten als wichtige CO₂-Senke. Sie nehmen einen erheblichen Teil der menschengemachten Emissionen auf. Doch ihre Speicherleistung hängt nicht allein davon ab, wie viel Kohlenstoff Blätter aus der Luft holen.

Wenn Hitze, Trockenheit und hoher atmosphärischer Wasserdruck die Holzbildung bremsen, verändert sich die Rechnung. Dann wächst der Baum nicht automatisch, nur weil mehr CO₂ vorhanden ist. Der Wald bleibt zwar ein Klimapuffer, seine dauerhafte Leistung könnte aber schwächer ausfallen, als viele Projektionen bislang nahelegen.

„Zu verstehen, wie Photosynthese und Wachstum miteinander verbunden sind, ist sehr wichtig, um zu begreifen, wie Wälder Kohlenstoff über lange Zeiträume speichern werden“, sagt Rao.

Kurz zusammengefasst:

• Bäume nehmen CO₂ aus der Luft auf, doch bei den untersuchten Eichen endete das Holzwachstum oft deutlich früher als die Photosynthese.
• Hitze und Trockenheit bremsen die Holzbildung stärker als die CO₂-Aufnahme, weil wachsende Zellen im Stamm genügend Wasser und Druck brauchen.
• Für Klimamodelle ist das wichtig: Wälder könnten langfristig weniger Kohlenstoff im Holz speichern, als bisher angenommen.

Übrigens: Stadtbäume können im Sommer kurzzeitig so viel CO₂ aufnehmen wie der Verkehr einer Großstadt ausstößt. Warum Bäume in der Stadt deutlich mehr fürs Klima leisten als viele Rasenflächen, mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Pexels

So einfach ist es aber nicht. Eine neue Untersuchung im Fachjournal Nature Communications zeigt: Der Amazonas-Regenwald nimmt bei höherem CO₂-Gehalt in der Luft zwar zunächst mehr Kohlenstoff auf. Wie lange dieser Effekt anhält, entscheidet jedoch ein Mangel unter der Oberfläche: Vielerorts fehlt Phosphor, ein zentraler Nährstoff für das Pflanzenwachstum.

Forscher der Universität Wien und der Technischen Universität München untersuchten gemeinsam mit einem Team aus Brasilien, wie Pflanzen im Unterwuchs des Regenwaldes auf künftige CO₂-Bedingungen reagieren. Die Ergebnisse zeigen, warum der Amazonas das Klimaproblem nicht unbegrenzt für uns lösen kann.

CO₂ im Amazonas-Regenwald stößt im Boden an seine Grenzen

Der größte Regenwald der Erde wirkt üppig, doch unter der Oberfläche herrscht vielerorts Mangel. Vor allem Phosphor ist knapp – ein Nährstoff, ohne den Pflanzen keine neuen Zellen bilden, nicht wachsen und keine Energie bereitstellen können.

„Rund 60 Prozent der Pflanzen wachsen auf alten und stark verwitterten Böden, die bereits ziemlich verarmt an Mineralstoffen wie Phosphor sind“, erklärt Lucia Fuchslueger vom Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft in Wien.

Mehr Kohlendioxid allein reicht deshalb nicht aus. Ein Baum kann nur dann stärker wachsen, wenn auch genügend Nährstoffe verfügbar sind. Fehlt Phosphor, endet der Wachstumsschub schneller als erwartet.

Damit Pflanzen trotzdem überleben, arbeiten sie sehr sparsam. Bevor Blätter abfallen, ziehen sie einen Teil der Nährstoffe wieder zurück. Auch abgestorbenes Pflanzenmaterial am Boden wird rasch zersetzt, damit wichtige Stoffe erneut genutzt werden können.

Plexiglas-Kammern zeigen eine schnelle Reaktion

Um herauszufinden, wie der Wald auf mehr CO₂ reagiert, bauten die Forscher transparente Kammern mitten im Amazonas-Unterwuchs auf. Darin setzten sie kleine Bäume und andere Pflanzen höheren CO₂-Werten aus.

Die Plexiglaszylinder hatten einen Durchmesser von 2,5 Metern und waren drei Meter hoch. Nach oben blieben sie offen, damit Regen hineinfiel und sich die Pflanzen nicht überhitzten.

In diesen Kammern setzten die Forscher Pflanzen unterschiedlichen CO₂-Konzentrationen aus. So ließen sich Bedingungen simulieren, wie sie in Zukunft wahrscheinlicher werden.

Nach ein bis zwei Jahren zeigte sich, dass die Pflanzen schneller wuchsen und mehr Kohlenstoff aufnahmen. „Zumindest kurzfristig“, sagt Dr. Nathielly Martins von der Technischen Universität München. Doch unter der Erde begann bereits ein neuer Wettbewerb.

CO₂ im Amazonas verändert das Wurzelsystem

Die Pflanzen verlagerten ihre Wurzeln stärker in die obere Streuschicht des Bodens. Dort sammeln sich abgefallene Blätter, kleine Äste und organisches Material. In dieser dünnen Schicht steckt noch verwertbarer Phosphor. „Unter erhöhtem CO₂ intensivieren die Wurzeln die Kolonisierung der Streuschicht“, sagt Fuchslueger.

Die Wurzeln setzen Enzyme frei, die organisches Material schneller zersetzen. So gelangen Pflanzen an Phosphor, bevor dieser tiefer im Boden verloren geht. Schon unter normalen Bedingungen nutzen viele Bäume diese Strategie. Bei höherem CO₂ wird sie deutlich stärker.

Die Streuschicht ist oft nur wenige Zentimeter dick. Besonders nach trockeneren Phasen wächst sie an, wenn viele Blätter gleichzeitig abfallen. Dann wird dieser Bereich für Pflanzen besonders wertvoll.

Kurz gesagt passiert Folgendes:

• mehr CO₂ fördert zunächst das Wachstum
• Pflanzen brauchen dafür mehr Phosphor
• Wurzeln arbeiten stärker in der oberen Bodenschicht
• der Konkurrenzdruck im Boden steigt deutlich

Ein riesiges Projekt soll nun Antworten liefern

Das Experiment der Wiener und Münchner Wissenschaftler war ein erster Schritt. Es diente als Pilotprojekt für das deutlich größere Vorhaben „AmazonFACE“, das noch in diesem Jahr starten soll.

Etwa 80 Kilometer nördlich von Manaus entsteht dafür eine neue Forschungsanlage mitten im Regenwald. Statt kleiner Kammern bauen Fachleute große Gerüste mit bis zu 25 Metern Höhe ringförmig um Waldflächen. Über diese Konstruktion wird zusätzliches CO₂ direkt in das Ökosystem eingeblasen.

AmazonFACE soll zeigen, wie sich der Amazonas über viele Jahre verändert, wenn der CO₂-Gehalt weiter steigt. Es geht nicht nur um einzelne Pflanzen, sondern um das gesamte Zusammenspiel von Boden, Mikroorganismen, Wurzeln und Baumkronen.

Der Amazonas bleibt damit einer der wichtigsten Orte für die Klimaforschung. Die Frage ist nicht nur, wie viel CO₂ der Wald heute speichert, sondern wie lange er das noch leisten kann.

Kurz zusammengefasst:

• Der Amazonas-Regenwald kann zunächst mehr CO₂ aufnehmen, weil Pflanzen schneller wachsen und mehr Biomasse bilden.
• Dieses zusätzliche Wachstum braucht jedoch mehr Phosphor, der in vielen Amazonas-Böden knapp ist, weshalb die Wurzeln stärker in der oberen Bodenschicht nach Nährstoffen suchen.
• Wenn diese Reserven langfristig erschöpft werden, verliert der Wald einen Teil seiner Fähigkeit, Kohlendioxid zu speichern und den Klimawandel abzumildern.

Übrigens: Selbst wenn der Amazonas-Regenwald mehr CO₂ aufnimmt, geraten viele Bäume durch Hitze und Dürre an ihre Grenzen. Forscher warnen, dass ab etwa 2040 heiße Dürren so häufig werden könnten, dass ganze Baumgruppen wie nach einem „Schlaganfall“ absterben. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Dado Galdieri

Ein Forschungsteam der Georg-August-Universität Göttingen hat deshalb erstmals direkt im Wald untersucht, wie ausgewachsene Bäume Wasser und Stickstoff aus 60 Zentimetern Tiefe aufnehmen und bis in ihre Kronen transportieren. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Plant, Cell & Environment.

Wasser kommt schneller oben an als Stickstoff

Die Messungen zeigen einen deutlichen Unterschied: Wasser erreicht die Baumkronen schneller als Stickstoff. Beide Stoffe starten gemeinsam im Boden – doch unterwegs trennen sich ihre Wege zeitlich. „Wasser fließt schnell durch die Leitbahnen der Bäume, und zwar als beständiger Wasserstrom von den Wurzeln zu den Blättern“, erklärt Dr. Klara Mrak. Sie war Erstautorin der Studie und forschte während ihrer Promotion an der Universität Göttingen; heute arbeitet sie an der Universität Jena. „Stickstoff wird vom Wasser mitgeführt, unterwegs aber von biologischen Prozessen gebremst.“

Dieser Effekt war bislang nur aus Laborversuchen bekannt. „Dass der Transport der beiden Ressourcen so entkoppelt verläuft, wurde bislang nur im Labor, nicht aber im Wald an ausgewachsenen Bäumen nachgewiesen“, so Mrak.

Wochenlanger Transport bis in die Krone

Untersucht wurden 18 Douglasien und Rotbuchen in zwei niedersächsischen Wäldern. Ein Standort bei Winnefeld hatte lehmigen, nährstoffreichen Boden. Der andere bei Unterlüß war sandig und nährstoffarm. Die Forschenden injizierten markiertes Wasser und markierten Stickstoff gleichzeitig 60 Zentimeter tief in den Boden. Dafür nutzten sie stabile Isotope: ²H für Wasserstoff und ¹⁵N für Stickstoff. Diese zerfallen nicht und lassen sich später eindeutig nachweisen.

Anschließend maßen Sensoren den Saftfluss im Stamm. Die Wissenschaftler kletterten zudem in die 20 bis 30 Meter hohen Baumkronen und entnahmen über zwei Monate hinweg Proben aus Blättern und Leitgewebe. Das Ergebnis:

• Das markierte Wasser erschien bereits nach etwa vier Wochen in den Kronen.
• Der markierte Stickstoff wurde erst nach vier bis sechs Wochen deutlich nachgewiesen.

Der Transport im Stamm dauerte insgesamt zwischen 23 und 73 Tagen, im Mittel etwa 32 Tage.

Mikroben bremsen den Stickstoff

Warum bewegt sich Stickstoff langsamer? Wasser wird durch die Verdunstung an den Blättern nach oben gezogen. Dieser Strom läuft kontinuierlich. Stickstoff hingegen muss aktiv durch die Wurzeln aufgenommen werden.

Im Boden spielen Mikroorganismen und Mykorrhiza-Pilze eine wichtige Rolle. Sie können Stickstoff binden oder umwandeln. Dadurch verzögert sich sein Weg in den Stamm. Selbst wenn genügend Wasser vorhanden ist, folgt die Nährstoffversorgung einem eigenen Tempo.

Douglasien kommen tiefer an Reserven

Auffällig war auch der Unterschied zwischen den Baumarten. Auf sandigen Böden griffen Douglasien stärker auf tiefere Wasser- und Stickstoffreserven zurück als Buchen.

„Douglasien können auf sandigen Böden Ressourcen aus der Tiefe aufnehmen, noch mehr als Buchen“, sagt Dr. Christina Hackmann von der Abteilung Waldbau und Waldökologie der gemäßigten Zonen an der Universität Göttingen. „Diese Beobachtung unterstreicht ihre Anpassungsfähigkeit unter Trockenstress.“

Über 14 Wochen transportierte eine Douglasie im Durchschnitt rund 228 Gramm Stickstoff in ihre oberirdische Biomasse. Bei der Buche waren es etwa 51 Gramm. Das entspricht einer etwa vierfach höheren Menge.

Böden entscheiden, wie Bäume mit Trockenstress umgehen

Auf sandigen Böden versickert Regen deutlich schneller als auf lehmigen Böden. Gleichzeitig speichern sandige Böden im Oberboden weniger Feuchtigkeit. Für Bäume auf solchen Standorten wird es daher besonders wichtig, Wasser und Nährstoffe aus tieferen Schichten zu erschließen.

Auf lehmigen Böden bleibt mehr Wasser im oberen Bereich verfügbar. Dort müssen Bäume seltener in größere Tiefen ausweichen. Die Fähigkeit zur Tiefenaufnahme hängt somit stark von der jeweiligen Bodenart ab – und sie entscheidet mit darüber, wie gut einzelne Baumarten mit Trockenstress zurechtkommen.

Die Messungen fanden im Jahr 2023 statt – einem vergleichsweise niederschlagsreichen Jahr. Trotzdem dauerte der Transport von 60 Zentimetern Tiefe bis in die Krone mehrere Wochen. Das verdeutlicht, wie langsam die inneren Abläufe in großen Bäumen tatsächlich sind. Selbst kurzfristige Trockenphasen können daher noch Wochen später Auswirkungen auf die Versorgung haben.

Kurz zusammengefasst:

• Bei Trockenstress transportieren Bäume Wasser und Stickstoff nicht gleichzeitig in die Krone: Wasser erreicht sie oft nach etwa vier Wochen aus 60 cm Tiefe, Stickstoff erst nach fünf bis sechs Wochen.
• Der Unterschied entsteht durch biologische Prozesse im Boden: Wasser wird im Transpirationsstrom nach oben gezogen, Stickstoff muss aktiv aufgenommen werden und wird durch Mikroben und Pilze zeitweise gebunden.
• Douglasien nutzen tiefe Reserven stärker als Buchen: In 14 Wochen transportierte eine Douglasie im Schnitt rund 228 g Stickstoff in die Krone, eine Buche etwa 51 g – ein Vorteil besonders auf sandigen, trockenen Standorten.

Übrigens: Während Bäume an Land unter Trockenstress um Wasser kämpfen, könnten sie in der Arktis über Jahrtausende als CO₂-Speicher dienen – weil Holz auf dem kalten Meeresboden kaum verrottet. Forscher prüfen nun, ob sich dieser natürliche Prozess gezielt nutzen lässt und welche Risiken dahinterstecken – mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Klara Mrak

Zugleich erreichen heute mehr Bäume die arktischen Meere als früher. Tauender Permafrost lässt Flussufer abbrechen, während stärkere Abflüsse zusätzliches Treibholz mitreißen. Gleichzeitig verkürzt das schwindende Meereis die Zeit, in der Stämme an der Oberfläche treiben.

Große arktische Flüsse transportieren bereits heute einen zweistelligen Prozentanteil des globalen Süßwasserabflusses. Nun prüfen Wissenschaftler, ob sich dieser natürliche Vorgang gezielt nutzen lässt – und ob sich Bäume in der Arktis als CO₂-Speicher einsetzen lassen.

Flüsse der Taiga treiben immer mehr Bäume Richtung Arktis

Die Überlegung knüpft an Prozesse an, die in den nördlichen Breiten bereits ablaufen. Die borealen Wälder Nordamerikas und Eurasiens entwässern über wenige, dafür sehr große Flusssysteme. Ob Lena, Jenissei oder Mackenzie – allein diese drei Systeme leiten zusammen mehrere Hundert Kubikkilometer Wasser pro Jahr in den Arktischen Ozean und transportieren dabei große Mengen organischen Materials. Mit der Erwärmung steigen Abflussmengen und Erosionsraten. Ufer brechen häufiger ab, ganze Bäume kippen in die Flüsse und werden weitergetragen.

In den arktischen Meeren angekommen, verändert sich ihr Schicksal. Ein Teil des Holzes bleibt zunächst an der Oberfläche, wird von Strömungen verdriftet oder kurzzeitig im Eis eingeschlossen. Sinkt ein Stamm jedoch in tiefere Becken, herrschen Bedingungen, unter denen biologischer Abbau kaum stattfindet.

Kälte und Sauerstoffmangel bremsen Zersetzungsprozesse stark. Untersuchungen aus vergleichbaren Umgebungen zeigen, dass Holz unter solchen Bedingungen über Jahrtausende erhalten bleiben kann. Damit unterscheidet sich der Meeresboden deutlich von Lagerformen an Land, bei denen selbst geringe Zersetzungsraten problematisch sind, weil bereits kleine Methanmengen den Klimanutzen deutlich schmälern können.

Natürliche Prozesse: Bäume in der Arktis als CO₂-Speicher

An dieser Stelle wird aus einer Beobachtung ein konkreter Vorschlag. Im Fachjournal npj Climate Action legt ein internationales Autorenteam dar, wie sich der natürliche Holztransport in der Arktis gezielt nutzen ließe. Leitender Autor ist der Klimaforscher Ulf Büntgen von der University of Cambridge. Der Ansatz verzichtet bewusst auf neue Großtechnik und setzt stattdessen auf Prozesse, die bereits ablaufen.

In einem modellhaften Szenario beziffern die Autoren das mögliche Potenzial auf bis zu eine Gigatonne, also rund eine Milliarde Tonnen CO₂ pro Jahr – das entspricht in etwa den jährlichen Emissionen eines großen Industrielandes, sofern Holzernte, Transport und Wiederaufforstung im großen Maßstab umgesetzt würden.

Die Autoren fassen ihr Ziel in der Studie so zusammen: „Wir schlagen vor, das Potenzial der Ernte und des Flößens großer Mengen borealen Holzes in den Arktischen Ozean zur CO₂-Entnahme und zur Speicherung über mehrere Jahrtausende weiter zu untersuchen.“

Warum der Arktis-Ansatz Wood Vaulting in den Schatten stellt

In ausgewählten Teilen der Taiga sollen Bäume geerntet und über bestehende Flussläufe ins Nordpolarmeer eingebracht werden. Gedacht ist dies ausdrücklich als Alternative zu bekannten Konzepten wie dem sogenannten Wood Vaulting, bei dem Holz an Land in technischen oder künstlich abgedichteten Lagern eingelagert wird.

Um dort eine Klimawirkung von einer Gigatonne CO₂ pro Jahr zu erreichen, wären rechnerisch rund 10.000 einzelne Holzlager nötig – jedes mit etwa 20 Metern Tiefe und einem Flächenbedarf von rund einem Hektar. Der arktische Meeresboden stellt diese Bedingungen ohne Bauwerke bereit: kalt, sauerstoffarm und über große Flächen verfügbar.

Der Meeresboden übernimmt die Speicherfunktion

Dort sollen die Stämme absinken und dauerhaft lagern. Anders als bei technischen Speicherlösungen ist keine Versiegelung nötig. Der Meeresboden übernimmt diese Funktion selbst. Parallel dazu ist Wiederaufforstung vorgesehen, damit die Flächen erneut Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen. Der Kreislauf aus Ernte, Versenkung und Neubewuchs soll so mehr Kohlenstoff binden, als es unter natürlichen Bedingungen möglich wäre.

Die Studie berücksichtigt dabei auch logistische Fragen: Ernte im Winter, Nutzung bestehender Eis- und Flussrouten, regionale Arbeitskräfte sowie vorhandene Infrastruktur entlang der Flusssysteme.

Welche Größenordnung die Forscher ansetzen

Rechenbeispiele aus der Studie zeigen, unter welchen Bedingungen sich eine relevante Menge CO₂ binden ließe. Grundlage der Berechnungen sind typische Holzvorräte von etwa 10 bis 30 Tonnen pro Hektar; für ihre Modellannahmen setzen die Autoren einen konservativen Mittelwert von rund 15 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar an.

Der Vorschlag konzentriert sich dabei bewusst auf monotone, artenarme Nadelwälder mit hohem Brandrisiko. In diesen Regionen verbrennen jedes Jahr große Flächen unkontrolliert. Die vorgeschlagenen Ernteflächen lägen in einer Größenordnung, die etwa dem jährlichen Flächenverlust durch boreale Waldbrände entspricht. Der Ansatz versucht, Kohlenstoff vor dem Feuer in Sicherheit zu bringen, statt ihn später als Rauch in der Atmosphäre wiederzufinden.

Ökologische Risiken und politische Konflikte bleiben offen

Trotz des klaren physikalischen Prinzips bleiben viele Punkte ungeklärt. Holzernte verändert Landschaften. Flößaktionen können Flüsse belasten. Große Mengen treibender Stämme stellen ein Risiko für Schifffahrt und Fischerei dar. Auch im Meer sind mögliche Auswirkungen auf Ökosysteme bislang nicht vollständig untersucht.

Hinzu kommen rechtliche und politische Fragen. Viele der betroffenen Waldgebiete liegen auf Land indigener Gemeinschaften. Nutzungsrechte, Verantwortung und mögliche Erträge müssten geklärt werden. Außerdem bleibt offen, wie versenktes Holz in nationalen Klimabilanzen verbucht würde – als Land- oder als Meeresspeicher. Auch der rechtliche Status des arktischen Meeresbodens ist international nicht abschließend geklärt.

Die Autoren betonen daher, dass ihr Vorschlag Emissionsminderungen nicht ersetzt. Er richtet sich an ein Problem, das selbst bei ambitionierter Klimapolitik bestehen bleibt: der Umgang mit unvermeidbarem Kohlendioxid.

Zugleich warnen sie ausdrücklich davor, den Ansatz falsch auszulegen – etwa als Einladung zu mehr Abholzung oder als bloßes Geschäftsmodell für CO₂-Zertifikate.

Kurz zusammengefasst:

• Holz zerfällt auf dem kalten, sauerstoffarmen Meeresboden der Arktis kaum, sodass der darin gebundene Kohlenstoff über Jahrtausende eingeschlossen bleiben kann.
• Forscher um Ulf Büntgen schlagen vor, diesen natürlichen Prozess gezielt zu nutzen, indem Bäume aus der Taiga über große Flüsse ins Nordpolarmeer gelangen und dort als langfristige CO₂-Speicher dienen.
• Theoretisch ließen sich so bis zu eine Gigatonne CO₂ pro Jahr binden, doch ökologische Folgen, politische Zuständigkeiten und soziale Risiken müssen vor einer Umsetzung geklärt werden.

Übrigens: Der Nordpazifik verliert laut einer neuen Studie immer schneller seine natürliche Pufferkraft gegen Kohlendioxid – besonders unterhalb der Oberfläche. Welche Folgen das für Plankton, Fischerei und das globale Klima hat, mehr dazu in unserem Artikel.

Bild © Hannes Grobe, Alfred-Wegener-Institut via Wikimedia unter CC BY-SA 2.5

Dabei geht es nicht um Trockenheit allein. Entscheidend ist im Amazonas das Zusammenspiel aus Hitze und Dürre. Eine aktuelle Studie der University of California, Berkeley zeigt, dass selbst widerstandsfähige Wälder unter dieser Kombination stark unter Druck geraten. Genau solche Bedingungen treten im Amazonas inzwischen häufiger auf. Klimawandel und zunehmende Dürre sind dort keine abstrakte Debatte mehr, sondern eine messbare Realität mit globaler Wirkung.

Warum „heiße Dürren“ gefährlicher sind als Trockenheit

Über mehr als 30 Jahre hinweg haben Wissenschaftler Baumsterblichkeit, Bodenfeuchte und Klimadaten im Amazonasgebiet ausgewertet. Dabei zeigte sich ein klares Muster: Steigen die Temperaturen während einer Dürre ungewöhnlich stark an, wächst die Zahl abgestorbener Bäume deutlich. In besonders intensiven Jahren lag die Sterblichkeit um rund 55 Prozent höher als in klimatisch normalen Phasen.

Der Grund liegt im Inneren der Bäume. Sinkt der Wassergehalt im Boden unter einen klar messbaren Schwellenwert, bricht die Wasserversorgung abrupt ein. Der Saftfluss stockt, die Blätter verlieren ihre Kühlfunktion, die Hitze schlägt direkt durch. „Wenn diese heißen Dürren auftreten, entspricht das einem Klima jenseits dessen, was wir heute als tropischen Wald kennen“, sagt der Geograf Jeff Chambers, der die Untersuchung leitete.

Ein unscheinbarer Grenzwert mit großer Wirkung

Besonders aufschlussreich ist ein Detail aus den Messungen. Sobald weniger als etwa ein Drittel der Bodenporen mit Wasser gefüllt ist, reagieren Bäume fast aller Arten ähnlich. Die Wasserleitung reißt ab – unabhängig davon, ob eine Art eigentlich als trockenheitsresistent gilt oder nicht. Die Reaktion setzt schnell ein und lässt kaum Spielraum.

Für die Bäume gibt es dann nur schlechte Optionen. Sie schließen ihre Poren, um Wasser zu sparen, stellen damit aber auch die CO₂-Aufnahme ein. Oder es bilden sich Luftblasen im Leitungssystem, vergleichbar mit einem Schlaganfall. Beides führt bei anhaltender Hitze zum Absterben.

Schnelle Gewinner, schnelle Verlierer

Nicht alle Baumarten sind gleich betroffen. Besonders häufig sterben schnell wachsende Arten mit geringer Holzdichte. Sie dominieren viele jüngere oder wieder aufgeforstete Waldflächen. Langsam wachsende, schwere Hölzer halten länger durch, geraten aber ebenfalls unter Druck, wenn die Hitzeperioden zunehmen.

„Wir haben gesehen, dass schnell wachsende Bäume mit niedriger Holzdichte deutlich häufiger sterben“, sagt Chambers. Das hat Folgen für die Zusammensetzung des Waldes. Sekundärwälder, die lange als Hoffnungsträger für die CO₂-Bindung galten, reagieren empfindlicher als alte, weitgehend ungestörte Bestände.

Klimamodelle verschieben die Grenze des Normalen

Besonders brisant sind die Projektionen für die kommenden Jahrzehnte. Klimamodelle zeigen, dass Bedingungen, die heute nur bei seltenen Extremereignissen auftreten, ab etwa 2040 während ganz normaler Trockenzeiten häufig werden. Hitze und Wassermangel fallen dann regelmäßig zusammen. Bis zum Ende des Jahrhunderts rechnen die Modelle mit bis zu 150 Tagen pro Jahr, an denen solche heißen Dürrebedingungen auftreten.

Der Amazonas rutscht damit in einen Klimazustand, den es auf der Erde seit Millionen Jahren nicht mehr gab. Fachleute sprechen von einem neuen, deutlich heißeren Tropenklima. Für den Wald bedeutet das instabile Wachstumsbedingungen, steigende Baumverluste und eine CO₂-Bilanz, die sich spürbar verschiebt.

Die Folgen wirken weltweit

Der Regenwald funktioniert bislang wie ein Puffer gegen den Klimawandel. Doch stirbt viel Biomasse gleichzeitig ab, kehrt sich dieser Effekt um. Abgestorbenes Holz zersetzt sich und setzt Kohlendioxid frei. Nach schweren Dürrejahren ließ sich bereits ein messbarer Anstieg des CO₂-Gehalts in der Atmosphäre beobachten.

Hinzu kommt ein Rückkopplungseffekt: Weniger Verdunstung bedeutet weniger Wolkenbildung. Niederschläge bleiben aus, neue Dürren beginnen früher. Der Wald verliert damit einen Teil seiner Fähigkeit, sich selbst zu stabilisieren.

Ein Blick über den Amazonas hinaus

Die Ergebnisse betreffen nicht nur Südamerika. Ähnliche Entwicklungen zeichnen sich für Regenwälder in Westafrika und Südostasien ab. Überall dort, wo Hitze und Dürre häufiger zusammenfallen, geraten tropische Wälder unter Druck.

Wie schnell sich der neue Klimazustand durchsetzt, hängt stark von den globalen Emissionen ab. „Es liegt an uns, in welchem Ausmaß wir dieses neue Klima erzeugen“, so Chambers.

Was das für Waldstabilität bedeutet

Selbst wenn sich langfristig trockenheitsresistentere Arten durchsetzen, braucht dieser Umbau Zeit. Der Verlust großer Bäume erfolgt schneller als das Nachwachsen neuer, angepasster Arten. In dieser Phase bleibt der Wald anfälliger für weitere Schäden.

Damit wird der Amazonas zu einem Gradmesser für den Klimawandel. Nicht einzelne Extremjahre entscheiden über seine Zukunft, sondern die Frage, ob heiße Dürren eine Ausnahme bleiben – oder zur Regel werden.

Kurz zusammengefasst:

• Nicht Trockenheit allein ist entscheidend, sondern die Kombination aus Hitze und Wassermangel: Sinkt die Bodenfeuchte unter einen klaren Schwellenwert, reißt die Wasserleitung der Bäume ab – ähnlich einem Schlaganfall.
• Messdaten aus dem Amazonas zeigen, dass solche „heißen Dürren“ die Baumsterblichkeit stark erhöhen, besonders bei schnell wachsenden Arten, und die CO₂-Aufnahme des Regenwalds spürbar schwächen.
• Klimamodelle prognostizieren, dass diese Bedingungen ab etwa 2040 während ganz normaler Trockenzeiten häufig werden – der Amazonas gerät damit in einen Klimazustand, den es seit Millionen Jahren nicht gab, mit Folgen für Waldstabilität und die globale CO₂-Bilanz.

Übrigens: Während Hitze und Dürre den Amazonas zunehmend schwächen, versucht ein Tech-Gigant gegenzusteuern – mit neuen Wäldern in Brasilien. Google investiert Millionen in Aufforstung, um den wachsenden CO₂-Ausstoß seiner KI-Rechenzentren auszugleichen. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Jeff Chambers/UC Berkeley

Was die Forscher beobachtet haben, ist ein Wendepunkt: Nicht Rodung oder Brand zerstören die Bäume, sondern der Klimawandel selbst. Extreme Hitze, ausbleibender Regen und heftige Stürme schwächen das Wachstum so stark, dass die Wälder ihre Fähigkeit verlieren, Kohlenstoff zu speichern. Die Wissenschaftler sehen darin ein Alarmsignal – auch für andere Regionen der Erde.

Klimawandel schwächt die grüne Lunge

Die Studie, die auf Daten von rund 10.000 Bäumen zwischen 1971 und 2019 basiert, zeigt einen klaren Trend: Bis etwa zum Jahr 2000 speicherten Australiens tropische Wälder pro Hektar und Jahr rund 0,6 Tonnen Kohlenstoff. In den letzten Jahren hat sich dieser Wert umgekehrt – heute verlieren sie etwa 0,9 Tonnen.

„Tropische Wälder gehören zu den kohlenstoffreichsten Ökosystemen der Erde. Wir verlassen uns stärker auf sie, als vielen bewusst ist“, sagt Hannah Carle, Hauptautorin der Untersuchung. „Unsere Arbeit zeigt, dass diese Fähigkeit, CO2 zu speichern, bedroht ist.“

Die Forscher machen eine Kombination mehrerer Faktoren verantwortlich:

• Höhere Temperaturen: Die Hitzewellen werden häufiger und stärker. Bäume überhitzen, verlieren Wasser und sterben ab.
• Dürreperioden: Längere Trockenzeiten trocknen Böden aus und verhindern, dass Jungpflanzen nachwachsen.
• Stürme: Zyklone reißen große Schneisen in die Wälder und erhöhen die Sterblichkeit er Bäume zusätzlich.

Diese Entwicklung trifft ausgerechnet ein Ökosystem, das zu den widerstandsfähigsten der Welt gilt.

Kein Wachstum trotz mehr CO2

Besonders überraschend ist, was die Forscher nicht beobachtet haben. Eigentlich sollte der steigende CO2-Gehalt in der Luft das Pflanzenwachstum anregen – das Prinzip der sogenannten CO2-Düngung. Doch genau dieser Effekt bleibt aus.

„Leider wird der Anstieg der CO2-Verluste nicht durch stärkeres Baumwachstum ausgeglichen“, so Carle. Der Grund liegt im Zusammenspiel von Hitze und Trockenheit. Bäume schließen bei Wassermangel ihre Spaltöffnungen, um Verdunstung zu vermeiden – dadurch gelangt weniger CO2 in ihre Zellen. Die Photosynthese stockt, das Wachstum stagniert. Selbst dort, wo die Wälder noch grün erscheinen, sinkt also die Speicherkapazität.

Zyklone richten langfristige Schäden an

Ein weiterer Faktor, den die Forscher berücksichtigten, sind tropische Wirbelstürme. Nach einem Zyklon war die Sterberate der Bäume im Durchschnitt fast 20 Prozent höher als in ungestörten Jahren. Gleichzeitig brauchten viele Wälder mehr als fünf Jahre, um sich zumindest teilweise zu erholen.

„Wir haben festgestellt, dass die Kohlenstoffaufnahme der Regenwälder in den sechs Jahren nach einem Zyklon deutlich niedriger war“, erklärt Adrienne Nicotra von der Australian National University. „Wenn diese Stürme künftig häufiger und stärker werden, könnte das große Teile des Waldes dauerhaft schwächen.“

Diese Kombination aus Klimawandel und Extremereignissen hat Folgen weit über Australien hinaus. Denn die tropischen Wälder dort gelten als Modellregion für andere Feuchtgebiete – etwa in Amazonien, Afrika oder Südostasien.

Frühwarnsystem für den Rest der Welt

Wenn selbst diese Wälder ihre Balance verlieren, steht das globale Klimasystem unter Druck. Denn Tropenwälder speichern rund ein Viertel des gesamten Kohlenstoffs, der in der Vegetation gebunden ist. Ihre Umkehr vom Speicher zur Quelle könnte die Erderwärmung deutlich beschleunigen.

• Weniger natürliche CO2-Speicher bedeuten, dass mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre verbleibt.
• Steigende Temperaturen fördern wiederum mehr Waldsterben – ein sich selbst verstärkender Kreislauf.

Das Forschungsteam weist darauf hin, dass gängige Klimamodelle die CO2-Speicherung der Regenwälder bislang überschätzen. Wenn Wälder wie die in Australien ihre Bindungsfähigkeit verlieren, müssten internationale Emissionsziele angepasst werden.

„Die aktuellen Modelle könnten die Fähigkeit tropischer Wälder, Emissionen zu kompensieren, überschätzen“, warnt Carle. Die Folge: Weltweit könnte das verbleibende CO2-Budget, um die Erderwärmung auf unter zwei Grad zu begrenzen, noch kleiner sein als gedacht.

Kurz zusammengefasst:

• Australiens tropische Regenwälder geben inzwischen mehr Kohlendioxid ab, als sie aufnehmen – ein klarer Hinweis darauf, dass selbst stabile Ökosysteme durch den Klimawandel ihre Funktion als CO2-Speicher verlieren.
• Hitze, Trockenheit und häufigere Zyklone erhöhen die Sterblichkeit der Bäume, während der erwartete „CO2-Düngungseffekt“ ausbleibt und kein neues Wachstum die Verluste ausgleicht.
• Forscher sehen darin ein Warnsignal für den gesamten Planeten: Wenn auch andere Tropenwälder kippen, verschärft sich die Erderwärmung und Klimaziele werden noch schwerer erreichbar.

Übrigens: Auch in Deutschland entstehen Ideen, die den Klimawandel an der Wurzel packen – und zwar im Labor. Forscher haben ein Verfahren entwickelt, das aus Abgasen ein palmölfreies Fett gewinnt, das künftig Cremes, Shampoos und vielleicht sogar Lebensmittel ersetzen könnte – mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Timothy Wakeham via Wikimedia unter CC BY-SA 4.0

Die Entwicklung hat viel mit den Veränderungen in der Atmosphäre zu tun. Steigende CO2-Werte wirken wie Dünger. Sie kurbeln das Wachstum an, lassen Bäume schneller in die Höhe schießen und auch im Durchmesser zulegen. Das betrifft nicht nur einzelne Arten, sondern das ganze Ökosystem.

Forscher messen drei Jahrzehnte lang das Wachstum

Fast 100 Wissenschaftler unter Leitung von Adriane Esquivel-Muelbert werteten Daten aus 188 Dauerflächen im Amazonas aus. Über 30 Jahre hinweg erfassten sie regelmäßig Stämme und Baumkronen – auf insgesamt mehreren Hundert Hektar Regenwald.

Die Ergebnisse sind eindeutig. Die durchschnittliche Baumgröße nahm pro Jahrzehnt um 3,3 Prozent zu. Besonders stark legten die mächtigsten Stämme zu: Bei ihnen lag das Plus bei knapp sechs Prozent. Auch die Gesamtbiomasse des Waldes stieg – ein Hinweis darauf, dass mehr Kohlenstoff gebunden wird.

Große Bäume profitieren am stärksten

Die Analyse zeigt, dass sich die Struktur des Waldes verändert. Große Stämme mit mehr als 40 Zentimetern Durchmesser nahmen um 6,6 Prozent pro Jahrzehnt zu. Kleine Bäume unter 20 Zentimetern Durchmesser gingen dagegen um 1,2 Prozent zurück. Besonders das Unterholz dünnte aus – minus 3,6 Prozent. Mittelgroße Bäume zwischen 20 und 30 Zentimetern blieben stabil.

Die größten Stämme sind dabei die eigentlichen Gewinner. Ihre Biomasse wuchs um 8,4 Prozent pro Jahrzehnt. Auch die Bäume im Kronendach legten mit 2,8 Prozent zu. Die Holzdichte blieb unverändert – ein Hinweis darauf, dass das Wachstum nicht auf Kosten der Stabilität geht.

CO2 wirkt wie eine Wachstums-Spritze

Warum wächst der Wald so stark? Nach Ansicht der Forscher ist vor allem der steigende Kohlendioxidgehalt der Luft entscheidend. Pflanzen nutzen CO2 für die Photosynthese – je mehr vorhanden ist, desto mehr können sie wachsen.

„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass vor allem steigende CO2-Werte das Wachstum ankurbeln und dabei nicht nur große, sondern auch kleine Bäume entlasten, indem ihre Lichtunterversorgung weniger kritisch wird“, erklärt Dr. Esquivel-Muelbert.

Auch Professorin Beatriz Marimon von der Universidade do Mato Grosso sieht den Trend positiv: „Dies ist eine gute Nachricht. Wir hören regelmäßig, wie Klimawandel und Fragmentierung den Amazonas bedrohen. Aber währenddessen sind die Bäume in ungestörten Wäldern größer geworden; selbst die größten Exemplare haben trotz dieser Bedrohungen weiter profitiert.“

Der Amazonas wird ungleicher

Mit dem Wachstum steigt auch die Ungleichheit im Wald. Der sogenannte Gini-Koeffizient, ein Maß für die Verteilung, legte pro Jahrzehnt um ein Prozent zu. Große Bäume werden also dominanter.

„Die Zunahme ist in absoluten Zahlen bei den größten Stämmen am stärksten. Das führt zu wachsender Dominanz großer Bäume im Ökosystem“, sagt Professor Tim Baker von der University of Leeds. Für den Regenwald bedeutet das: Einige wenige Riesenbäume bestimmen zunehmend, wie viel Kohlenstoff gebunden wird und wie widerstandsfähig das Ökosystem bleibt.

Klimawandel macht Amazonas-Bäume zu Riesen: Ein Risiko bleibt

Viele Experten hatten befürchtet, dass vor allem große Bäume durch Dürre, Windbruch oder Hitze besonders stark leiden könnten. Doch bisher deutet nichts darauf hin. „Wir finden keine Hinweise, dass große Bäume im Amazonas seltener oder kleiner werden. Die erwarteten negativen Klimaeffekte werden bislang durch den positiven Effekt von CO2 übertroffen“, so Esquivel-Muelbert.

Damit bleibt der Regenwald vorerst ein stabiler Kohlenstoffspeicher. Doch die Forscher warnen, dass sich das ändern könnte, wenn Klimaextreme zunehmen oder die Vorteile des zusätzlichen CO2 schwächer werden.

Abholzung als größter Feind

Neben dem Klima ist es vor allem die Abholzung, die den Amazonas bedroht. „Große tropische Bäume sind mehrere Hundert Jahre alt. Wir können nicht einfach neue Bäume pflanzen und erwarten, dass sie ähnliche Kohlenstoff- oder Biodiversitätsleistungen erbringen“, warnt Dr. Rebecca Banbury Morgan von der University of Bristol.

Damit wird klar: Der Schutz der bestehenden Wälder ist unverzichtbar. Selbst groß angelegte Aufforstungsprogramme könnten die Rolle der alten Bäume nicht ersetzen.

Wie sich der Amazonas künftig verändert

Für die Wissenschaftler ist klar, dass die Entwicklung eng mit der Klimapolitik verbunden ist. „Große Bäume sind enorm wertvoll für die Aufnahme von CO2 aus der Atmosphäre, und diese Studie bestätigt das. Trotz der Befürchtungen, dass der Klimawandel den Amazonas schwächen könnte, wirkt der Düngeeffekt des CO2 weiterhin. Das zeigt die bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit dieser Wälder – zumindest im Moment“, so Esquivel-Muelbert.

Professor Oliver Phillips von der University of Leeds ergänzt: „Auch wenn das Wachstum bisher anhält, könnte es in den kommenden Jahrzehnten abflachen oder kippen, wenn die Sterblichkeit steigt oder die CO2-Vorteile nicht mehr ausreichen, um die Stressfaktoren des Klimawandels auszugleichen.“

Kurz zusammengefasst:

• Im Amazonas-Regenwald sind die Bäume in den letzten 30 Jahren deutlich größer geworden – vor allem durch den Klimawandel legen die größten Exemplare stark an Masse zu.
• Ursache ist vor allem der steigende CO2-Gehalt in der Atmosphäre, der wie ein Dünger wirkt und das Wachstum der Bäume beschleunigt.
• Dadurch speichert der Amazonas derzeit mehr Kohlenstoff, doch Abholzung und Klimaextreme könnten diesen Vorteil in Zukunft gefährden.

Übrigens: Im ostafrikanischen Udzungwa-Gebirge haben Forscher eine bislang unbekannte Baumart entdeckt – Tessmannia princeps, ein Riese, der über 3.000 Jahre alt werden kann. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © JopkeB via Wikimedia unter CC BY-SA 4.0