Aquatische Ökosysteme und globaler Klimawandel

Aquatische Ökosysteme sind entscheidende Bestandteile der globalen Umwelt. Sie tragen nicht nur wesentlich zur biologischen Vielfalt und ökologischen Produktivität bei, sondern erbringen auch eine Vielzahl von Leistungen für die menschliche Bevölkerung, darunter Wasser für Trink- und Bewässerungszwecke, Erholungsmöglichkeiten und Lebensraum für wirtschaftlich wichtige Fischereien. Die aquatischen Systeme sind jedoch zunehmend direkt und indirekt durch menschliche Aktivitäten bedroht. Zusätzlich zu den Herausforderungen, die sich durch Landnutzungsänderungen, Umweltverschmutzung und Wasserumleitung ergeben, wird erwartet, dass aquatische Systeme schon bald dem zusätzlichen Stress des globalen Klimawandels ausgesetzt sein werden.

„Aquatic Ecosystems and Global Climate Change“ ist der siebte in einer Reihe von Berichten, die die möglichen Auswirkungen des Klimawandels auf die Umwelt in den USA untersuchen. Er beschreibt die wahrscheinlichen Auswirkungen des Klimawandels im nächsten Jahrhundert auf die aquatischen Ökosysteme in den USA. Die Autoren des Berichts, Dr. N. LeRoy Poff, Mark Brinson und John Day, Jr. stellen fest:

• Der Anstieg der Wassertemperaturen als Folge des Klimawandels wird grundlegende ökologische Prozesse und die geografische Verteilung von aquatischen Arten verändern. Solche Auswirkungen können gemildert werden, wenn die Arten versuchen, sich anzupassen, indem sie in geeignete Lebensräume abwandern. Die Veränderung potenzieller Wanderkorridore durch den Menschen kann jedoch die Fähigkeit der Arten zur Umsiedlung einschränken, was die Wahrscheinlichkeit des Aussterbens von Arten und des Verlusts der biologischen Vielfalt erhöht.
• Veränderungen der saisonalen Niederschlags- und Abflussmuster werden die hydrologischen Merkmale aquatischer Systeme verändern und sich auf die Artenzusammensetzung und die Produktivität des Ökosystems auswirken. Die Populationen aquatischer Organismen reagieren empfindlich auf Veränderungen der Häufigkeit, Dauer und des Zeitpunkts extremer Niederschlagsereignisse wie Überschwemmungen oder Dürreperioden. Veränderungen im jahreszeitlichen Ablauf der Schneeschmelze werden die Strömungen der Flüsse verändern und möglicherweise die Fortpflanzung vieler aquatischer Arten beeinträchtigen.
• Der Klimawandel wird wahrscheinlich die empfindlichen Süßwasser- und Küstenfeuchtgebiete weiter belasten, die bereits durch eine Vielzahl anderer menschlicher Einflüsse, wie veränderte Abflussregime und eine Verschlechterung der Wasserqualität, beeinträchtigt sind. Feuchtgebiete sind ein wichtiger Lebensraum für viele Arten, die an andere Umweltbedingungen schlecht angepasst sind, und dienen als wichtige Bestandteile der Küsten- und Meeresfischerei.
• Aquatische Ökosysteme können sich nur begrenzt an den Klimawandel anpassen. Die Verringerung der Wahrscheinlichkeit signifikanter Auswirkungen auf diese Systeme wird entscheidend von menschlichen Aktivitäten abhängen, die andere Quellen von Ökosystemstress reduzieren und die Anpassungsfähigkeit verbessern. Dazu gehören die Erhaltung von Auwäldern, die Verringerung der Nährstoffbelastung, die Wiederherstellung geschädigter Ökosysteme, die Minimierung der Grundwasserentnahme und die strategische Platzierung neuer Stauseen, um nachteilige Auswirkungen zu minimieren.

Die Autoren und das Zentrum bedanken sich bei Dr. Virginia Burkett, Judy Meyer, Elizabeth Strange und Alan Covich für ihre Beiträge zu diesem Bericht. Das Zentrum dankt auch Joel Smith von Stratus Consulting für seine Unterstützung bei der Verwaltung dieser Umweltverträglichkeitsstudie.

Zusammenfassung

Klimaveränderungen in dem für die Vereinigten Staaten in den nächsten 100 Jahren prognostizierten Ausmaß werden in den Vereinigten Staaten erhebliche Veränderungen der Temperatur- und Niederschlagsmuster verursachen. Solche klimatischen Veränderungen stellen ein ernsthaftes Risiko für Binnensüßwasserökosysteme (Seen, Bäche, Flüsse, Feuchtgebiete) und Küstenfeuchtgebiete dar und können zahlreiche wichtige Dienstleistungen, die sie für die menschliche Bevölkerung erbringen, beeinträchtigen.

Die geografischen Verbreitungsgebiete vieler Wasser- und Feuchtgebietsarten werden durch die Temperatur bestimmt. Die durchschnittlichen globalen Oberflächentemperaturen werden bis zum Jahr 2100 voraussichtlich um 1,5 bis 5,8 °C ansteigen (Houghton et al., 2001), wobei der Anstieg in den Vereinigten Staaten höher ausfallen könnte (Wigley, 1999). Es wird erwartet, dass der prognostizierte Anstieg der Durchschnittstemperatur in den Vereinigten Staaten die derzeitigen Verteilungsmuster von Pflanzen und Tieren in Süßwasserökosystemen und küstennahen Feuchtgebieten erheblich stören wird. So werden beispielsweise Kaltwasserfische wie Forellen und Lachse voraussichtlich aus großen Teilen ihres derzeitigen Verbreitungsgebiets in den kontinentalen Vereinigten Staaten verschwinden, wenn die Erwärmung dazu führt, dass die Wassertemperatur ihre thermischen Toleranzgrenzen überschreitet. Arten, die in Lebensräumen nahe der thermischen Toleranzgrenze isoliert leben (wie Fische in den Flüssen der Great Plains) oder seltene und gefährdete Lebensräume bewohnen (wie alpine Feuchtgebiete), könnten in den Vereinigten Staaten aussterben. Im Gegensatz dazu werden viele Fischarten, die wärmeres Wasser bevorzugen, wie z.B. der Wolfsbarsch und der Karpfen, ihr Verbreitungsgebiet in den Vereinigten Staaten und Kanada mit der Erwärmung der Oberflächengewässer möglicherweise ausdehnen.

Die Produktivität von Süßwasserökosystemen im Binnenland und von Feuchtgebieten an der Küste wird sich durch den Anstieg der Wassertemperaturen ebenfalls erheblich verändern. Wärmere Gewässer sind von Natur aus produktiver, aber die besonderen Arten, die dort gedeihen, können unerwünscht oder sogar schädlich sein. So ist beispielsweise damit zu rechnen, dass die in vielen Seen während warmer, nährstoffreicher Perioden auftretenden Blüten von „störenden“ Algen in Zukunft häufiger auftreten werden. Große Raubfische, die kühles Wasser benötigen, könnten mit der Erwärmung des Oberflächenwassers aus kleineren Seen verschwinden, was indirekt zu einer verstärkten Blüte von Plagealgen führen kann, die die Wasserqualität beeinträchtigen und potenzielle Gesundheitsprobleme mit sich bringen können.

Es wird erwartet, dass die Erwärmung in Alaska Permafrostgebiete auftauen wird, wodurch der Grundwasserspiegel im Sommer sinken kann; das anschließende Austrocknen von Feuchtgebieten wird das Risiko von katastrophalen Torfbränden und die Freisetzung großer Mengen von Kohlendioxid (CO2) und möglicherweise Methan in die Atmosphäre erhöhen.

Zusätzlich zu ihren unabhängigen Auswirkungen werden Temperaturänderungen synergetisch mit Veränderungen im saisonalen Zeitplan des Abflusses in Süßwasser- und Küstensysteme wirken. Generell wird sich die Wasserqualität aufgrund der erwarteten Verringerung des Abflusses im Sommer und der erhöhten Temperaturen wahrscheinlich stark verschlechtern. Diese Auswirkungen werden sich auch auf aquatische Arten auswirken, da die Lebenszyklen vieler Arten eng mit der Verfügbarkeit und dem saisonalen Rhythmus von Wasser aus Niederschlägen und Abflüssen verbunden sind. Darüber hinaus wird der Verlust der Schneedecke im Winter eine wichtige Quelle der Grundwasseranreicherung und des Sommerabflusses stark reduzieren, was zu einer möglicherweise signifikanten Absenkung des Wasserstandes in Bächen, Flüssen, Seen und Feuchtgebieten während der Vegetationsperiode führen wird.

Im Folgenden werden die derzeitigen Erkenntnisse über die möglichen Auswirkungen des Klimawandels auf die aquatischen Ökosysteme der USA zusammengefasst:

1. Wasser- und Feuchtgebietsökosysteme sind sehr anfällig für den Klimawandel. Die Stoffwechselraten von Organismen und die Gesamtproduktivität von Ökosystemen werden direkt durch die Temperatur reguliert. Es ist zu erwarten, dass der prognostizierte Temperaturanstieg die derzeitigen Verteilungsmuster von Pflanzen und Tieren in aquatischen Ökosystemen stören wird. Änderungen der Niederschläge und des Abflusses verändern die Menge und Qualität des Lebensraums für Wasserorganismen und beeinflussen somit indirekt die Produktivität und Vielfalt der Ökosysteme.

2. Der Anstieg der Wassertemperatur wird zu einer Verschiebung der thermischen Eignung der aquatischen Lebensräume für die ansässigen Arten führen. Der Erfolg, mit dem sich Arten durch die Landschaft bewegen können, hängt von den Ausbreitungskorridoren ab, die regional unterschiedlich sind, aber im Allgemeinen durch menschliche Aktivitäten eingeschränkt werden. Fische in Tieflandbächen und -flüssen, die keine Verbindung nach Norden haben, und Arten, die kühles Wasser benötigen (z. B. Forellen und Lachse), werden wahrscheinlich am stärksten betroffen sein. Einige Arten werden ihr Verbreitungsgebiet in den Vereinigten Staaten ausdehnen.

3. Saisonale Verschiebungen im Abflußverhalten der Flüsse werden erhebliche negative Auswirkungen auf viele aquatische Ökosysteme haben. Bäche, Flüsse, Feuchtgebiete und Seen in den westlichen Gebirgen und den nördlichen Ebenen werden wahrscheinlich am stärksten betroffen sein, da diese Systeme stark von der Schneeschmelze im Frühjahr beeinflusst werden und die Erwärmung dazu führen wird, dass der Abfluss in den Wintermonaten früher erfolgt.

4. Der Verlust von Feuchtgebieten in den borealen Regionen Alaskas und Kanadas wird wahrscheinlich zu einer zusätzlichen Freisetzung von CO2 in die Atmosphäre führen. Modelle und empirische Studien deuten darauf hin, dass die globale Erwärmung das Schmelzen des Permafrosts in nördlichen Feuchtgebieten verursachen wird. Die anschließende Austrocknung dieser borealen Torfgebiete wird dazu führen, dass der im Torf gespeicherte organische Kohlenstoff als CO2 und möglicherweise als Methan in die Atmosphäre freigesetzt wird.

5. Feuchtgebiete an der Küste sind besonders anfällig für den Anstieg des Meeresspiegels im Zusammenhang mit dem globalen Temperaturanstieg. Die Überflutung von Feuchtgebieten an der Küste durch den Anstieg des Meeresspiegels bedroht die Feuchtgebietspflanzen. Für den Fortbestand vieler dieser Systeme ist ein kontinuierlicher Eintrag von Schwebstoffen aus einfließenden Bächen und Flüssen erforderlich, um die Bodenakkretion zu ermöglichen.

6. Die meisten spezifischen ökologischen Reaktionen auf den Klimawandel können nicht vorhergesagt werden, da neue Kombinationen einheimischer und nicht einheimischer Arten in neuartigen Situationen interagieren werden.Solche neuartigen Wechselwirkungen können die Zuverlässigkeit der Bereitstellung von Ökosystemgütern und -dienstleistungen durch Wasser- und Feuchtgebietsökosysteme beeinträchtigen.

7. Erhöhte Wassertemperaturen und saisonal verringerte Flussläufe werden viele Ökosystemprozesse verändern, was direkte gesellschaftliche Kosten verursachen kann. Zum Beispiel werden wärmere Gewässer in Verbindung mit einem hohen Nährstoffabfluss wahrscheinlich die Häufigkeit und das Ausmaß schädlicher Algenblüten erhöhen, wodurch die Wasserqualität verringert wird und potenzielle Gesundheitsprobleme entstehen.

8. Die Art und Weise, wie sich der Mensch an ein sich veränderndes Klima anpasst, wird den zukünftigen Zustand der Süßwasser- und Feuchtgebietsökosysteme im Binnenland und an der Küste stark beeinflussen. Die Minimierung der nachteiligen Auswirkungen menschlicher Aktivitäten durch eine Politik, die eine stärker wissenschaftlich fundierte Bewirtschaftung der aquatischen Ressourcen fördert, ist der erfolgreichste Weg zu einer anhaltenden Gesundheit und Nachhaltigkeit dieser Ökosysteme. Zu den Prioritäten der Bewirtschaftung sollte es gehören, die aquatischen Ressourcen zu geeigneten Zeiten mit einer angemessenen Wasserqualität und -menge zu versorgen, die Nährstoffbelastung zu reduzieren und die Ausbreitung exotischer Arten einzuschränken.

Insgesamt deuten diese Schlussfolgerungen darauf hin, dass der Klimawandel eine erhebliche Bedrohung für die Artenzusammensetzung und die Funktion der aquatischen Ökosysteme in den Vereinigten Staaten darstellt. Es bestehen jedoch entscheidende Unsicherheiten darüber, wie bestimmte Arten und ganze Ökosysteme auf den Klimawandel reagieren werden. Diese ergeben sich sowohl aus der Ungewissheit darüber, wie sich das regionale Klima verändern wird, als auch daraus, wie komplexe ökologische Systeme reagieren werden. Da der Klimawandel die Produktivität der Ökosysteme und die Artenzusammensetzung verändert, sind viele unvorhergesehene ökologische Veränderungen zu erwarten, die die Güter und Dienstleistungen, die diese Systeme für den Menschen bereitstellen, bedrohen können.