Hat die Forschung überhaupt noch genug Zeit, die Folgen der Klimaerwärmung im Experiment zu erfassen?

Für alle LeserEs ist eigentlich eine vorsichtige Warnung, die jetzt Humboldt-Professorin Dr. Tiffany Knight von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) mit einer neuen Untersuchung ausspricht. Denn auch die Forscher wissen nicht, welche Folgen der Klimawandel tatsächlich für unsere Ökosysteme hat. Und das ist keine Entwarnung, auch wenn es zu wenig realistische Experimente gibt, die die Folgen simulieren.
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Wenn es um die Folgen des Klimawandels für Ökosysteme geht, gibt es bisher noch eine große Wissenslücke, stellt sie fest. Die meisten Experimente dazu sind unrealistisch, weil sie nicht auf gängigen Klimavorhersagen für die jeweilige Region basieren. Deshalb gibt es bisher fast keine verlässlichen Daten dazu, wie Ökosysteme in Zukunft aussehen werden. Zu diesem – eigentlich nicht überraschenden – Schluss kommt ein Team von mitteldeutschen Biodiversitätsforschern in der Fachzeitschrift „Global Change Biology“. Für die Arbeit hat es die verfügbaren Studien zu dem Thema ausgewertet. Die Forschenden fordern, gemeinsame Standards für künftige Experimente einzuführen.

Dass es den vom Menschen verursachten Klimawandel gibt, ist unstrittig. Ebenso, dass er die Ökosysteme der Welt verändern wird. Debattiert wird jedoch über das Ausmaß und auch über die Folgen.

„Um Vorhersagen darüber zu treffen, wie Pflanzengemeinschaften auf den Klimawandel reagieren und wie unsere Ökosysteme in Zukunft aussehen werden, brauchen wir weltweit realistische Freilandexperimente“, sagt Humboldt-Professorin Dr. Tiffany Knight von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ). Sie leitet am Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig die Arbeitsgruppe „Räumliche Interaktionsökologie“.

In der Natur kommen Lebewesen nicht „für sich“ vor. Sie sind alle Teil eines ganzen Ökosystems, das große Toleranzen hat. Aber was passiert, wenn diese Toleranzen überschritten werden? Wenn zu viele Angehörige des Ökosystems mit veränderten Temperatur-, Wasser- und Nahrungsangeboten nicht mehr zurechtkommen und verschwinden? Wann wird das ganze System dadurch beeinträchtigt? Und wie verändert es sich dann? Und wie schnell passiert das?

Alles Fragen, die eigentlich nur in jahrelangen Freiluftexperimenten beantwortet werden könnten. Aber diese Zeit hat die Forschung eigentlich nicht mehr.

Auch wenn Tiffany Knight betont, dass es vor allem Freilandversuche sind, mit denen sich Auswirkungen von Klimaeffekten auf Pflanzengemeinschaften untersuchen lassen. „Unsere Umwelt ist extrem komplex. Unzählige Umweltfaktoren beeinflussen, wie Pflanzengemeinschaften aufgebaut sind und funktionieren. Gleichzeitig beeinflussen sich diese Faktoren auch gegenseitig. Freilandexperimente können uns dabei helfen, die Bedeutung von speziellen Umweltfaktoren gezielt zu untersuchen“, so Knight.

Das Forschungsteam führte eine umfangreiche Literaturrecherche zu dem Thema durch und suchte nach Studien, die den Zusammenhang zwischen Klimafaktoren und den Folgen für Pflanzengemeinschaften experimentell erforscht haben.

„Bei diesen Experimenten werden Temperatur und Niederschlag künstlich verändert, um den Effekt auf die Pflanzengemeinschaft zu untersuchen“, erklärt Dr. Lotte Korell aus Knights Arbeitsgruppe, Erst-Autorin der Studie. Insgesamt konnte das Team 76 Studien ausmachen, bei denen entweder der Niederschlag, die Temperatur oder beides gesteuert wurde.

„Uns hat überrascht, dass den meisten dieser Studien keine Klimavorhersagen für die jeweiligen geografischen Regionen zugrunde lagen. Häufig stimmten die Vorhersagen und die tatsächlichen Manipulationen nicht einmal annähernd überein“, sagt Korell. Diese Diskrepanz sei auf viele Gründe zurückzuführen, so die Biologin. Viele der Experimente hätten gar nicht das Ziel gehabt, die Folgen des Klimawandels zu untersuchen. Andere wurden durchgeführt, bevor es für die jeweiligen Regionen genauere Klimaprognosen gab.

„Diese Experimente sind – wissenschaftlich gesehen – nicht falsch oder schlecht. Sie helfen uns aber nicht dabei, die aktuellen Fragen zum Klimawandeln zu beantworten“, sagt Tiffany Knight.

Gängige Klimamodelle gehen, je nach Region, von Schwankungen bei Niederschlag bis zu 25 Prozent und Temperatur um bis zu rund 5 Grad Celsius aus. Fast alle der untersuchten Studien variierten Niederschlag aber deutlich extremer: Hier schwankten die Werte zwischen -100 und +300 Prozent. Die Temperatur-Experimente unterschätzten dagegen eher die Klimaprognosen für das Worst-Case-Szenario.

„Die Konsequenz ist, dass es bis heute keine verlässlichen Daten zu den Folgen des Klimawandels gibt. Deshalb können wir uns nicht gut auf die Zukunft vorbereiten“, sagt Lotte Korell. „Deshalb wissen wir noch zu wenig darüber, wie Ökosysteme auf den Klimawandel reagieren und welche Maßnahmen wir ergreifen müssen, um ihr Fortbestehen zu gewährleisten.“

Auch grundlegende Fragen sind noch nicht geklärt. Zum Beispiel, ob es einen linearen Zusammenhang zwischen Klimawandel und den Reaktionen von Ökosystemen gibt oder ob gewisse Schwellenwerte existieren, bei denen sich ein Ökosystem gravierend oder unerwartet verändert. Oder ob es dann sogar zusammenbricht. Auch das gehört zur Fragestellung.

Knight schlägt deshalb vor, globale Standards zu entwickeln, mit dem Klima-Experimente unter realistischen Vorhersagen durchgeführt werden. Aber eine Frage kann auch das nicht beantworten: Wie viel Zeit bleibt eigentlich noch, das zu erforschen, wenn die reale Erderwärmung mit sichtbaren Folgen für die Ökosysteme auch in Deutschland längst im Gang ist – und zwar in einem Tempo, das viel früher für einschneidende Veränderungen sorgt, als wohl von den Forschern erwartet.

Über die Studie: Korell L., Auge H., Chase J., Harpole S., Knight T. We need more realistic climate change experiments for understanding ecosystems of the future. Global Change Biology (2019). doi: 10.1111/gcb.14797

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