"Der Klimawandel ist Realität, aber das Erdsystem ist komplex"

Klimareporter°: "Das System bricht zusammen", warnte die Atmosphärenphysikerin Oksana Tarasova von der Weltwetterorganisation WMO vor wenigen Monaten. Anlass war der höchste Anstieg der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre seit Messbeginn vor fast 70 Jahren – wohl auch ausgelöst durch schwächere natürliche Senken, vor allem die Landökosysteme. Herr Reichstein, können wir gerade zusehen, wie hier was aus den Fugen gerät?

Markus Reichstein: Die Möglichkeit existiert. Es ist eine valide Hypothese, aber bislang eben nur eine Hypothese. Es gibt nach wie vor große Unsicherheiten.

Glücklicherweise landen von unseren CO₂-Emissionen nur 44 bis 45 Prozent in der Atmosphäre. Dieser Anteil ist über die letzten Jahrzehnte erstaunlich stabil geblieben. Das Team des Global Carbon Project hat zwar eine Schwächung der Landsenke festgestellt, das muss aber nicht zwangsläufig ein Klimasignal und unumkehrbar sein.

Nicht nur das sich verändernde Klima übt Druck auf die Ökosysteme aus, auch die Landnutzung – vor allem Entwaldung – ist ein großer Faktor. Dazu kommt, dass es unheimlich schwer ist, zwischen langfristiger Klimaveränderung und natürlicher Variabilität des Klimas zu unterscheiden.

Die große Frage – und erst dann könnte man von einem Systemzusammenbruch sprechen – ist: Setzt sich eine positive Rückkopplung im Klimasystem durch, also eine selbstverstärkende Wirkung der Erderwärmung? 

Bild: Tristan Vostry

Markus Reichstein

ist Direktor am Max-Planck-Institut für Bio­geo­chemie in Jena und Professor für globale Geo­ökologie an der Universität Jena, außerdem Gründungs­direktor der Ellis Unit Jena und Vorstands­mitglied des Deutschen Klima­konsortiums. Er erforscht die Wechsel­wirkungen zwischen Atmosphäre, Vegetation und Böden, insbesondere im Klimawandel und mit den Effekten von Klimaextremen.

Da stochert die Wissenschaft im Dunkeln?

Unsere CO₂-Emissionen haben eine ganze Reihe von Auswirkungen auf das System. Da gibt es einmal den CO₂-Düngungseffekt: Eine höhere CO₂-Konzentration fördert das Pflanzenwachstum.

Außerdem führt die Erderwärmung zu einer längeren Vegetationsperiode in den höheren Breiten. Das sind also beides negative Rückkopplungen, die die Klimaerwärmung bremsen.

Aber es gibt natürlich auch zahlreiche positive Rückkopplungen. Bei höheren Temperaturen nimmt die biologische Atmung zu. Faustregel ist: Je zehn Grad Erwärmung verdoppelt sich die biologische Atmung und dementsprechend der CO₂-Ausstoß.

Während höhere Temperaturen – isoliert betrachtet – für viele Ökosysteme sogar positive Effekte haben können, sind es indirekte Effekte, die zusätzlichen Druck aufbauen: veränderte Wasserkreisläufe, eine Zunahme von Extremwetterereignissen. Das setzt vielen Ökosystemen zu und vermindert ihre Fähigkeit, CO₂ aufzunehmen.

Das alles sind komplexe Zusammenhänge, die verschiedene Ökosysteme wieder ganz unterschiedlich betreffen. Und für viele Weltregionen fehlen schlicht verlässliche Daten. Mit Sicherheit lässt sich meines Erachtens deshalb nicht sagen, ob hier ein System an seine Grenzen stößt.

Aber die Wahrscheinlichkeit beziehungsweise das Risiko von noch schlimmeren Folgen des Klimawandels steigt mit jeder Tonne zusätzlicher Emission.

Die letzten drei Jahre lagen im Schnitt über der 1,5-Grad-Marke. Der jährliche CO₂-Anstieg hat sich seit den 1960ern verdreifacht, im Jahr 2024 sogar mehr als vervierfacht. Die Landökosysteme haben bisher ein Drittel aller menschlichen CO₂-Emissionen aufgenommen, seit einer Dekade ist es laut Global Carbon Project nur noch ein Fünftel. Das alles reicht noch nicht, um von einem Klimasignal sprechen zu können?

Ja und nein. Das Signal der Klimaänderung ist unumstritten. Zudem ist die Wahrscheinlichkeit vieler Wetterextreme eindeutig angestiegen – bis dahin, dass einige tödliche Hitzewellen, zum Beispiel 2024 im Mittelmeerraum, ohne Klimawandel quasi unmöglich gewesen wären.

Auch ist klar, dass Ökosysteme darunter leiden. Jedoch ist nicht klar, was in Bezug auf die globale Kohlenstoffaufnahme davon langfristiger Trend ist und was natürliche Variabilität.

Anfang der 2000er Jahre gab es den sogenannten Climate Hiatus. Das war eine Phase, in der sich das Klima über mehr als zehn Jahre deutlich langsamer erwärmte.

Die Klimaskeptiker haben damals sofort die Erderwärmung für beendet erklärt. Aber auch das war natürliche Variabilität. Es gibt diese Schwankungen, und wir können heute nicht sagen, ob die Landsenke in den kommenden Jahren nicht auch wieder zulegen kann.

Cerrado in Brasilien: Landökosysteme speichern weniger Kohlenstoff als in zurückliegenden Jahrzehnten. (Bild: Denis Conrado/Wikimedia Commons)

Welche natürlichen Schwankungen sind das?

Anfang der 2000er waren das unter anderem mehrere La‑Niña-Ereignisse und eine negative, also kühle Phase der Pazifischen Dekaden-Oszillation, kurz PDO. Die Jahre 2023 und 2024 waren hingegen von einem starken El‑Niño-Ereignis und einer positiven PDO-Phase geprägt.

Und in vielen Regionen gab es hohe Abholzungsraten. Das war meist das Hauptsignal, und es ist kein Wunder, dass dann die Senkenleistung nachlässt.

Bitte nicht falsch verstehen: Den Klimawandel gibt es, aber das Erdsystem ist komplex.

Lassen Sie uns eine kurze Reise durch die großen Ökosysteme der Welt machen. Erster Stopp: tropischer Regenwald. Amazonien und Südostasien sollen seit einigen Jahren keine Senke mehr sein. Und laut einer aktuellen Studie hat auch der lange als stabil geltende afrikanische Regenwald seine Senkenfunktion verloren.

Die Situation in den Tropen ist in jedem Fall kritisch. Zur Afrika-Studie: Die Forscher haben methodisch sauber gearbeitet, aber es bleiben große Unsicherheiten.

Die Verluste werden gut abgebildet, die Zuwächse hingegen kaum. Die Studie basiert auf Fernerkundungsdaten. Ein plötzlicher Kahlschlag lässt sich daraus relativ zuverlässig ablesen, das langsame Wachstum eines ohnehin dichten Waldes jedoch weniger.

Das haben die Autoren versucht, über modellbasierte Annahmen auszugleichen. Das ist grundsätzlich richtig, bleibt aber mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Auf die Gesamtbilanz würde ich deshalb nicht allzu viel wetten.

Unabhängig davon hat sich die Situation aber auch dort ohne Frage verschlechtert.

Das Global Carbon Project sieht im Amazonas-Regenwald vor allem das Klima als Treiber der Verschlechterung und in Afrika vor allem Nutzungskonflikte, also Holzeinschlag und Landnutzung. Teilen Sie diese Einschätzung?

Das wird nicht direkt empirisch bestimmt, sondern über globale Vegetationsmodelle. Das Problem ist: Diese Modelle bilden viele relevante Prozesse nicht oder nur unzureichend ab. Entsprechend ist die Unsicherheit bei der Zuordnung der Waldveränderungen zu einzelnen Treibern besonders groß.

Es gibt allerdings auch empirische Entwaldungsraten, die mit in die besagte Studie eingeflossen sind. Anhand dieser Daten lassen sich schon gewisse Aussagen treffen. Auch in Südamerika war die Entwaldung ein wichtiger Faktor.

Unstrittig ist aber, dass es in den vergangenen Jahren gerade in Südamerika extreme Dürren gab. Diese nehmen nachweislich zu und führen zu einer erhöhten Belastung der Wälder.

Wandern wir ein paar tausend Kilometer nach Norden: Die gemäßigten Wälder gelten als widerstandsfähiger gegenüber dem Klimawandel. Allerdings hat laut der letzten Bundeswaldinventur auch der deutsche Wald netto mehr Kohlenstoff verloren als aufgenommen. Für ganz Europa fällt die Bilanz noch nicht so schlecht aus, aber auch hier nimmt die Senkenleistung ab.

In Mitteleuropa gab es 2018 und 2019 eine extreme Trockenheit. Die hat den Wäldern, besonders den Fichten-Monokulturen, stark zugesetzt.

Dazu kamen warme Winter, die die Ausbreitung des Borkenkäfers begünstigt haben. Es kam zu massivem Waldsterben, ebenso zu einer Absenkung der Produktivität, auch in Buchenwäldern durch Kronenverlichtung und andere Stressfolgen.

Für Europa verfügen wir über deutlich genauere Daten. Die Abschwächung der Senkenfunktion ist hier klar mit Wetterextremen verknüpft, die ohne den Klimawandel kaum in dieser Häufigkeit und Intensität möglich gewesen wären.

Das kann sich in den kommenden Jahren wieder etwas entspannen. Der Zusammenhang ist aber sehr eindeutig.

Auch die mitteleuropäischen Wälder können nicht mehr wie früher als CO₂-Senken gelten. (Bild: Jacek Karczmarz/​Wikimedia Commons)

Und trotzdem plant die Europäische Union – ebenso wie Deutschland – ihre Wälder als dauerhafte Senke ein.

Das ist eine sehr riskante Strategie, wie zunehmend sichtbar wird. Davor warnen wir in der Wissenschaft seit vielen Jahren.

Wir versuchen, das der Politik oft mit einer Schwamm-Analogie zu erklären: Der Wald kann wie ein Schwamm CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen. Wird er jedoch unter Druck gesetzt – etwa durch den Klimawandel –, gibt er diesen Kohlenstoff auch wieder frei.

Bisher sind wir damit nicht wirklich durchgedrungen.

Lassen Sie uns noch auf die borealen Wälder schauen. Es sind die mit Abstand größten Wälder der Erde. Doch wie die Waldbrände etwa in Kanada 2023 gezeigt haben, sind auch sie kein dauerhaft sicherer Kohlenstoffspeicher.

Genau – die Waldbrände Kanadas haben mit mehr als anderthalb Milliarden Tonnen so viel CO₂ freigesetzt wie ein großer Industriestaat in einem Jahr.

Die borealen Wälder stehen unter Druck durch Trockenheit, Feuer und Insekten. Auch hier gibt es komplexe Wechselwirkungen. Zum Beispiel kann Feuer die isolierende Sicht aus Moosen und organischer Auflage zerstören, was im Sommer zu stärkerer Bodenerwärmung und Verlust von Kohlenstoff führen kann.

Apropos Boden: Trotz aller Unsicherheiten lassen sich die Ökosysteme der Erde mit besseren Fernerkundungsmethoden immer genauer beobachten. Verbirgt sich also im Boden, wo kein Fernerkundungssensor hineinblicken kann, die eigentliche Datenlücke?

In der Tat. Zwischen 750 und 850 Milliarden Tonnen Kohlenstoff befinden sich als CO₂ in der Atmosphäre. Etwas weniger, etwa 600 Milliarden Tonnen, in der oberirdischen Biomasse. Und zwischen 2.500 und 3.000 Milliarden Tonnen Kohlenstoff stecken im Boden – also deutlich mehr als in der Vegetation und der Atmosphäre zusammen.

Und da auch Satelliten schlecht in den Boden hineinschauen können und lokale Messungen aufwändig sind, wissen wir tatsächlich noch weniger über potenzielle Dynamiken im Boden. Aber sicher ist, dass sich erwärmender oder auftauender Boden, CO₂ freisetzt. Das ist also eine selbstverstärkende Rückkopplung im Klimasystem.

Noch weiter im Norden legt das tauende Eis neue Böden frei. Gibt es Anzeichen für ein "Arctic Greening"?

Neuere Atmosphärenmessungen deuten darauf hin.

Dafür muss ich ein bisschen ausholen: Die CO₂-Konzentration steigt Jahr von Jahr an, schwankt aber im Jahresverlauf. Im Mai erreicht sie ihr Maximum. In den folgenden Monaten sinkt sie wieder, wenn die Vegetation wächst und viel CO₂ aufnimmt. Im Herbst kehrt sich dieser Trend wieder um.

Wir beobachten nun, dass diese Jahresschwankung in den vergangenen Jahren zugenommen hat. Dafür gibt es zwei Erklärungsansätze. Erstens: eine Intensivierung der Landwirtschaft. Da dieser Effekt jedoch vor allem von Messstationen in hohen Breiten, etwa in Alaska, beobachtet wird, passt das nicht wirklich.

Die zweite und überzeugendere Hypothese ist daher, dass im hohen Norden mehr Photosynthese stattfindet. In diesen Regionen erwärmt sich das Klima deutlich schneller als bei uns: Während sich das globale Mittel um etwa 1,5 Grad erhöht hat und die Temperaturen in Deutschland um rund drei Grad gestiegen sind, liegen wir in der Arktis bereits bei fünf bis sechs Grad.

Tauender Permafrostboden setzt CO₂ frei, die genauen Vorgänge harren noch der Aufklärung. (Bild: Laika Ante Cibum/​Wikimedia Commons)

Dort entstehen also neue Senken?

In der Tundra scheint das tatsächlich so zu sein, aber hier müssen wir Vegetation und Boden getrennt betrachten. Die Vegetation nimmt in der Regel mehr CO₂ auf, der Boden gibt aufgrund der Erwärmung mehr CO₂ ab.

Welcher Effekt überwiegt, kann von Ökosystem zu Ökosystem variieren. Das Auftauen von Permafrost verändert ganze Landschaften und setzt viel Kohlenstoff frei. Teilweise gelangt der über Erosion aber auch in die Ozeane, wo er dann in der Tiefe gespeichert werden kann.

Die Quintessenz ist also: Ob uns das Erdsystem in zehn, 20 oder 50 Jahren um die Ohren fliegt, wissen wir nicht? 

Es gibt viele verschiedene Prozesse, die oft miteinander verknüpft sind – und jeder bringt Unsicherheiten mit. Modelle versuchen, diese Prozesse gegeneinander abzuwägen, mit dem Effekt, dass sich alle einzelnen Unsicherheiten summieren.

Es ist dennoch plausibel, dass die Senken in Zukunft weiter abnehmen werden. Als Take-Home-Message: Es gibt Unsicherheiten, aber es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Senkenfunktion schwächer wird. Das birgt ein enormes Risiko, und wir müssen uns darauf einstellen.

Es gibt viele internationale Initiativen zum Schutz oder zur Aufforstung von Wäldern. Ist das der richtige Ansatz?

Bestehende Wälder zu schützen, Kohlenstoff zu sichern und Biodiversität zu erhalten, ist grundsätzlich richtig und wichtig. Vorstöße wie Brasiliens Tropical Forest Forever Facility sind deshalb zu begrüßen.

Bei der Aufforstung ist die Lage komplex. Sie kann sinnvoll sein, muss es aber nicht – besonders problematisch wird es, wenn damit CO₂-Emissionen kompensiert werden sollen.

Das Problem der CO₂-Märkte ist, dass allein das CO₂ einen Preis bekommen hat. Dadurch gibt es einen wirtschaftlichen Anreiz, Kohlenstoff zu gewinnen – auch dort, wo es ökologisch keinen Sinn macht.

Das geht so weit, dass Savannen aufgeforstet werden und damit das ganze Ökosysteme zerstört wird.

Die Klimakrise darf nie isoliert betrachtet werden. Alle planetaren Grenzen müssen berücksichtigt werden. Kohlenstoff lässt sich einfach messen und mit einem Preis versehen. Biodiversität ist zum Beispiel schwieriger zu quantifizieren und fällt deshalb leider oft hinten runter.

Gibt es andere Wege, um die natürlichen Senken wieder zu stärken?

Langlebige Holzprodukte werden völlig unterschätzt. Standardmodelle gehen davon aus, dass nach der Holzernte das CO₂ nur kurz gebunden bleibt. Das muss nicht so sein.

Balken im Hausbau oder ein Esstisch können über Jahrzehnte bis Jahrhunderte CO₂ speichern. Gleichzeitig steigert die nachhaltige Entnahme die Produktivität im Wald. So hätte man eine ständige CO₂-Senke, während das entnommene CO₂ nicht in die Atmosphäre zurückkehrt.

Hans Joachim Schellnhuber, ehemaliger Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung, hat diese Idee mit dem 2019 gegründeten "Bauhaus Erde" populär gemacht. Die obligatorische Gegenfrage lautet: Verträgt sich dieser Ansatz mit naturnahen Wäldern oder landen wir bei Wirtschaftsforsten?

Gerade Deutschland hat eine lange Historie naturnaher Bewirtschaftungsmethoden. Plenterwälder, in denen einzelne Bäume entnommen werden, ohne Altersstruktur oder Biodiversität zu beeinträchtigen, sind ein Beispiel, wie beides kombiniert werden kann.