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10.11.2020

Treibhauseffekt und Emissionsszenarien Wie wirken sich Änderungen in der Zusammensetzung unserer Atmosphäre auf das Klimageschehen aus?

Landnutzungsänderungen

Einleitung

Viel früher als durch die Verbrennung fossiler Energieträger hat der Mensch das Klima beeinflusst, indem er die Bodenbedeckung seines Lebensraumes veränderte. Der erste Eingriff in die natürliche Landschaft war der kontrollierte Gebrauch von Feuer, der vor etwa eineinhalb Millionen Jahren in Afrika begann und in der Umgebung menschlicher Gemeinschaften zu Veränderungen der Vegetation und Biodiversität führte, die lange Zeit aber sehr kleinräumig blieben.

Der erste große Schritt zur Landnutzungsänderung erfolgte dann durch die neolithische Agrarrevolution im frühen Holozän beim Übergang von der Jäger- und Sammler- zur Ackerbau- und Viehzuchtgesellschaft. Im östlichen Mittelmeerraum und anderen Zentren wie Indien, China und Mittelamerika kam es regional zu ausgedehnten Waldrodungen zugunsten von Ackerland und Weiden. Zu Beginn der Industrialisierung hatten große Gebiete rund um das Mittelmeer und im übrigen Europa, in Indien und im nordöstlichen China ihre Waldbedeckung verloren. Dieser Prozess hielt bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts an und breitete sich weltweit aus. Schätzungen beziffern die historischen Waldverluste zwischen 800 und 2015 auf 22 Mio. km2 (Boysen, L., V. Brovkin, J. Pongratz et al., 2020).

In den letzten drei Jahrzehnten hat sich die Verlustrate von 7,8 Mio. ha pro Jahr auf 4,7 Mio. ha pro Jahr verringert. In den mittleren und hohen Breiten sind sogar wieder leichte Zugewinne der Waldfläche zu verzeichnen. Allerdings schritt die Entwaldung in den Tropen Südamerikas und Afrikas in den letzten Jahrzehnten besonders schnell voran (siehe Abbildung unten). Gegenwärtig bedecken Wälder eine Fläche von ca. 40 Mio. km2 bzw. 31 % der Landoberfläche der Erde (FAO, 2020).

Abb. 1: Änderung der regionalen  Waldgebiete nach Kontinenten, 1990-2020 (FAO, 2020)

Abb. 1: Änderung der regionalen Waldgebiete nach Kontinenten, 1990-2020 (FAO, 2020)

Welche Folgen hat der Ersatz einer natürlichen Bodenbedeckung durch Ackerland und Weideflächen für das Klima? Im Mittelpunkt steht dabei die Umwandlung von Wald in Acker- und Weideland. Aber auch andere Veränderungen wie das Ersetzen von natürlichem Wald durch Wirtschaftswald, die Trockenlegung von Mooren, die Überformung von natürlichen Landschaften durch Städte und Siedlungen, Verkehrs- und Industrieanlagen etc. sind von Bedeutung. Durch derartige Änderungen der Bodenoberfläche wird eine Reihe von klimatisch relevanten Prozessen angestoßen, die sich in die beiden Gruppen biogeochemische und biogeophysikalische Folgen einteilen lassen. Beide Prozesse wirken nicht linear, sondern sind Rückkopplungsprozesse, bei denen das durch die anthropogene Bodennutzung veränderte Klima wieder auf die Landvegetation zurückwirkt.

Biogeochemische Prozesse

Kohlendioxid

Die biogeochemischen Prozesse beinhalten einen veränderten Austausch von Treibhausgasen zwischen der terrestrischen Biomasse und der Atmosphäre durch anthropogene Änderungen der Bodenbedeckung. An erster Stelle steht dabei das Kohlendioxid (CO2). Pflanzen nutzen CO2 aus der Atmosphäre und bauen über die Photosynthese Biomasse auf; einen Teil des Kohlendioxids geben sie durch Respiration und Verrottung an die Atmosphäre wieder ab.

Wird eine biomassenreiche Vegetation wie natürlicher Wald z.B. mit Hilfe von Brandrodung durch eine Agrar- oder Weidefläche ersetzt, kommt es zu einer Netto-Abgabe von CO2 an die Atmosphäre, da Ackerpflanzen oder Gras wesentlicher weniger Kohlendioxid speichern als Bäume. Bei Freisetzung von Kohlenstoff durch Entwaldung verbindet er sich mit Sauerstoff zu dem Treibhausgas CO2, wodurch sich die Atmosphäre erwärmt, was wiederum verschiedene (auch geophysikalische) Rückwirkungen zur Folge hat wie

  • ein verstärktes Pflanzenwachstum durch den sogenannten CO2-Düngungseffekt,
  • eine erhöhte Respiration und Verrottung und damit CO2-Emission durch höhere Temperaturen,
  • eine Verringerung der Verdunstung mit Auswirkungen auf Niederschlag und Temperatur durch weniger Wasser speichernde Vegetation,
  • eine Ausweitung der Waldbedeckung in höheren Breiten und damit mehr Strahlungsabsorption.

Hinzu kommt, dass die Nettoprimärproduktion des neuen Bewuchses zumeist geringer ist als die der ursprünglichen Vegetation. Und vorübergehend wird daher durch die Verrottung der ursprünglichen Vegetation mehr Kohlendioxid an die Atmosphäre abgegeben, als die neue Vegetation aus der Atmosphäre aufnimmt.

Gegenwärtig (Mittel von 2007-2016) belaufen sich die Emissionen von Kohlendioxid aus der Land- und Forstwirtschaft auf 5,2 GtCO2/Jahr bzw. 13% aller anthropogenen CO2-Emissionen (Jia, G., E. Shevliakova, P. Artaxo et al., 2019). Ursachen sind hauptsächlich die Waldvernichtung in den Tropen, aber auch die Trockenlegung von Feuchtgebieten und Waldbrände. Um 1900 waren die Emissionen aus der Landwirtschaft doppelt so hoch wie die aus der Verbrennung fossiler Energieträger und wurden erst nach Mitte des 20. Jahrhunderts von diesen als dominierende Quelle abgelöst. Seit Beginn der Industrialisierung hat die Veränderung der Bodenbedeckung rund 30% der Kohlenstoff-Emissionen verursacht (205 GtC von 645 GtC anthropogenen Emissionen insgesamt) (Friedlingstein, P., M.W. Jones, M. O'Sullivan, et al., 2019). Mit Beginn des neuen Jahrhunderts haben die Emissionen durch eine (vorübergehende) Reduktion der Entwaldung in Südamerika und Wiederaufforstung in Regionen wie den USA, Europa, China und Indien abgenommen (Perugini, L. et al., 2017), was inzwischen wieder einer Zunahme gewichen ist (siehe Abbildung unten).

Abb. 2: Historische Emissionen von Kohlenstoff nach Quellen 1850-2018 (Andrew, R., 2019)

Abb. 2: Historische Emissionen von Kohlenstoff nach Quellen 1850-2018 (Andrew, R., 2019)

Blickt man weiter in die menschliche Geschichte zurück, haben landwirtschaftliche CO2-Emissionen möglicherweise sogar schon vor Tausenden von Jahren für eine leichte Erwärmung des globalen Klimas gesorgt. Die Vertreter der Hypothese eines „frühen Anthropozän“ um den US-amerikanischen Forscher W.F. Ruddiman setzen den Beginn eines klimatischen Einflusses anthropogen bedingter Emissionen von Kohlendioxid und Methan bereits vor 7000 bzw. 5000 Jahren vh. an (Ruddiman, W. F., D. Q. Fuller, J. E. Kutzbach, P.C. Tzedakis et al., 2016). Ursache seien vor allem der Getreideanbau im östlichen Mittelmeerraum und der Nassreisanbau in Süd- und Ostasien gewesen, deren Emissionen von Kohlendioxid und Methan einen Temperaturanstieg bis zum Beginn der Industrialisierung von 0,8 °C bewirkt und damit eine ähnlich hohe Erwärmung wie der anthropogene Klimawandel seit Beginn der Industrialisierung verursacht hätten, allerdings über einen wesentlich größeren Zeitraum von mehreren Jahrtausenden. Gegen diese Hypothese hat es allerdings auch gravierende Einwände gegeben, die vor allem die angenommenen anthropogenen CO2-Emissionen als zu hoch kritisieren (Harrison, S. P., M.-J. Gaillard, B.D. Stocker et al., 2020).

Methan und Distickstoffoxid

Neben Kohlendioxid sind auch Methan und Distickstoffoxid wichtige Treibhausgase aus Landwirtschaft und Landnutzungsänderungen. Für die Emissionen von Methan sind vor allem der Reisanbau und die Viehzucht von Bedeutung. Seit 2000 ist die Viehzucht für 66% der landwirtschaftlich bedingten Methan-Emissionen verantwortlich. An erster Stelle der Viehzucht-Emissionen steht Asien mit 37%, dann Nordamerika mit 26%. Die Emissionen durch den Reisanbau betragen 24% der Agraremissionen, wovon 89% aus Asien stammen (Jia, G., E. Shevliakova, P. Artaxo et al., 2019).

Die Wachstumsrate der N2O-Emissionen zeigt eine stetige Zunahme. Die Landwirtschaft ist aufgrund der Anwendung von Wirtschaftsdünger und synthetischen Düngemitteln/Mineraldünger mit Zweidritteln bzw. ca. 9 TgN2O/Jahr die größte Quelle anthropogener N2O-Emissionen. Ein zentrales Problem ist die mangelnde Abstimmung zwischen Stickstoffbedarf und –anwendung. Etwa 50% des in der Landwirtschaft angewandten Stickstoffs werden nicht von den Pflanzen aufgenommen. Auch auf Weideland steigt die Stickstoffemission beträchtlich und macht inzwischen etwa die Hälfte der landwirtschaftlichen N2O-Emissionen aus (Jia, G., E. Shevliakova, P. Artaxo et al., 2019).

Andererseits haben Untersuchungen in jüngster Zeit zunehmend gezeigt, dass auch Wälder eine Quelle von CH4 und N2O sowie von flüchtigen organischen Verbindungen, die ebenfalls zum Treibhauseffekt beitragen, sind, ihre Abholzung also auch eine Verringerung der Emissionen dieser Treibhausgase bedeuten würde (Popkin, G., 2019). So haben Messkampagnen im Amazonas Regenwald überraschend hohe Methanemissionen aus der überirdischen Vegetation ergeben. Ähnliche Messprojekte laufen in Sibirien und global durch Satelliten von der NASA. Gegenwärtig liegen aber nicht genügend Daten vor, um die globale Bedeutung dieser Effekte auch nur annähernd quantitativ abschätzen zu können.

Biogeophysikalische Prozesse

Die biogeophysikalischen Effekte der Landnutzungsänderungen besitzen in erster Linie eine lokale Wirkung. Auch hier gehen die stärksten Wirkungen von der Umwandlung von Wald in Acker- und Weideland aus.

Abb. 3: Wichtige klimatische Effekte von Wald (Dieter Kasang, Klimawiki, 2011)

Abb. 3: Wichtige klimatische Effekte von Wald (Dieter Kasang, Klimawiki, 2011)


Mit der Beseitigung von Wald ändern sich wesentliche Prozesse, die das lokale und regionale Klima beeinflussen. Sie lassen sich in drei Gruppen einteilen.

Strahlungsprozesse

  • In erster Linie ändert sich die Albedo (Reflektivität im kurzwelligen Bereich) der Erdoberfläche. Eine Waldbedeckung besitzt aufgrund der dunklen Oberfläche der Belaubung eine geringe Albedo und reflektiert daher weniger einfallende Solarstrahlung. Das dunkle Kronendach absorbiert vielmehr die kurzwellige Sonneneinstrahlung . Eine Ackerfläche ist dagegen deutlich heller und reflektiert mehr Solarstrahlung, wodurch ein Abkühlungseffekt entsteht. In hohen und mittleren Breiten erstrecken sich im Winterhalbjahr über Acker- und Weideflächen weiträumige Schneedecken, die in noch viel höherem Maße die Solarstrahlung reflektieren.
  • Wald nimmt bei Niederschlag mehr Wasser auf als eine Agrarfläche und verdunstet es auch wieder. Dadurch entstehen Wasserdampf und Wolken in der Atmosphäre. Wasserdampf ist ein Treibhausgas und emittiert Wärmestrahlen auch in Richtung Erdoberfläche. Wolken zeigen zwar ebenfalls einen Treibhauseffekt, durch die Reflexion von Sonnenstrahlen zurück ins All wirken sie allerdings vor allem abkühlend.

Wärmeflüsse

  • Verdunstung entzieht der Umgebung Energie und wirkt daher lokal abkühlend. Steigt die feuchte Luft auf, kommt es zur Kondensation und die Wärme wird an Ort und Stelle wieder freigesetzt. Durch diesen Fluss latenter Wärme kühlt sich die bodennahe Luft ab und die Luft in größerer Höhe erwärmt sich. Die abkühlende Wirkung in Bodennähe durch die Verdunstung aus den Öffnungen der Blätter wird Transpiration genannt; es handelt sich um dieselbe Verdunstungskälte, die Menschen und Tiere beim Schwitzen erzeugen.
  • Bei Beseitigung von Wald nimmt außerdem die Rauigkeit der Erdoberfläche ab. Dadurch kommt es weniger zur Bildung von Luftwirbeln und damit nimmt im Mittel auch der Transport von fühlbarer Wärme von unten nach oben ab, wodurch die bodennahe Luftschicht sich erwärmt.

Wasserkreislauf

  • Größere Wälder erzeugen besonders in den Tropen über die Speicherung von Niederschlag, Verdunstung, Kondensation, Wolkenbildung und erneutem Niederschlag ihren eigenen Wasserkreislauf. Bei kahlem oder nur mit Kulturpflanzen bewachsenem Boden fließen die Niederschläge weitgehend ab und es verdunstet deutlich weniger Wasser.
  • Werden Wälder durch großräumig bewässerte landwirtschaftliche Nutzflächen ersetzt, kann es auch zu dem gegenteiligen Effekt kommen. Die Verdunstung wird während der Bewässerungszeit erheblich verstärkt. Dadurch kann es nicht nur zur Abnahme der maximalen Tagestemperatur um -3 °C bis -8 °C und zur Abmilderung von Hitzewellen kommen, sondern es werden auch erhöhte Niederschläge, und das sogar in entfernten Regionen, erzeugt. So wurden höhere Niederschläge in Ostafrika durch die ausgedehnten Bewässerungsgebiete in der nordindischen Ganges-Ebene verursacht (De Vrese, P., S. Hagemann, and M. Claussen, 2016a).

Klimaänderungen

Biogeochemische Klimaeffekte

Die biogeochemischen Folgen der Landnutzungsänderungen resultieren im Wesentlichen in der verstärkten Emission der Treibhausgase Kohlendioxid, Methan und Distickstoffoxid. Diese langlebigen Treibhausgase bewirken einen globalen Temperaturanstieg. Nach Modellabschätzungen durch He et al. (2014) hat es während des Holozäns auf globaler Ebene eine Erwärmung nur durch biogeochemische Effekte von 0,9 °C gegeben (He, F. et al., 2014), der geophysikalische Effekte allerdings weitgehend entgegengewirkt haben (s.u.).

Beobachtungsbasierte Schätzungen der biogeochemischen Erwärmung während der historischen Epoche (seit ca. Mitte des 19. Jahrhunderts) liegen bei ca. 0,25 °C. Modellsimulationen über die zukünftigen Emissionen durch Landnutzungsänderungen bis 2100 nach dem Szenario RCP8.5 zeigen eine breite Spanne von +0.04 °C bis +0,35 °C (Jia, G., E. Shevliakova, P. Artaxo et al., 2019). Die geographische Verteilung der biogeochemischen Erwärmung folgt den bekannten räumlichen Mustern der Erwärmung durch langlebige Treibhausgase, mit stärkeren Erwärmungen auf dem Land im Vergleich zu den Ozeanen und in höheren Breiten im Vergleich zu niederen Breiten.

Biogeophysikalische Klimaeffekte

Die biogeophysikalischen Prozesse durch Landnutzungsänderungen sind nicht nur sehr vielfältig und in ihrer klimatischen Wirkung oft gegenläufig. Hinzu kommt, dass sie stark davon abhängig sind, in welchen Klimazonen und – in mittleren und hohen Breiten – auch in welcher Jahreszeit sie sich ereignen. Die Albedo z.B. wird bei Entwaldung dort am stärksten erhöht und wirkt damit besonders abkühlend, wo immergrüne Wälder bei ausreichender Sonneneinstrahlung weiträumig verschneiten Grasflächen weichen, d.h. in hohen Breiten im Frühjahr. In den Tropen dagegen nehmen bei Entwaldung vor allem die Verdunstung und die Rauigkeit ab, woraus in beiden Fällen ein Erwärmungseffekt resultiert. Räumlich wirken sich biogeophysikalische Prozesse am stärksten in jenen Regionen auf das Klima aus, wo sie verursacht werden, während die globalen Effekte geringer ausfallen. Da langfristige Beobachtungen weitgehend fehlen, beruhen quantitative Einschätzungen zumeist auf idealisierten Modell-Experimenten, die von einer 100prozentigen Entwaldung in der jeweiligen Klimazone ausgehen. Eine Sichtung der seit dem Jahr 2000 erschienenen wissenschaftlichen Literatur zum Thema kommt zu den folgenden Ergebnissen (siehe Übersicht in Abbildung unten) (Perugini, L. et al., 2017):

Abb. 4: Regionale und globale biophysikalische Temperatureffekte bei einer idealisierten totalen Entwaldung in der borealen, gemäßigten und tropischen Klimazone sowie der globale Effekt bei einer Entwaldung in allen drei Klimazonen (ganz rechts) (Eigene Darstellung; Daten nach Perugini, L et al, 2017)

Abb. 4: Regionale und globale biophysikalische Temperatureffekte bei einer idealisierten totalen Entwaldung in der borealen, gemäßigten und tropischen Klimazone sowie der globale Effekt bei einer Entwaldung in allen drei Klimazonen (ganz rechts) (Eigene Darstellung; Daten nach Perugini, L et al, 2017)

Bei einer totalen Entwaldung in den hohen Breiten bzw. der borealen Klimazone würde sich das globale Klima nur durch biophysikalische Effekte vor allem aufgrund der höhere Albedo und des Schnee-Albedo-Feedbacks sowie einer Ausdehnung von Meereis (als Feedback) deutlich um -0,49 °C abkühlen. Dabei handelt es sich um einen Mittelwert verschiedener Untersuchungen, die eine Spanne von -0,9 °C bis -0,23 °C umfassen. Über den borealen Landgebieten selbst liegt die Abkühlung sogar bei -2,18 °C (-4 °C bis -0,82 °C). Allerdings maskiert der Jahresmittelwert jahreszeitliche Unterschiede. So nimmt im ersten Sommer nach der Entwaldung die Verdunstung deutlich ab und der dadurch bedingte Erwärmungseffekt übertrifft den Abkühlungseffekt infolge der höheren Albedo, die durch die geringere sommerliche Schneebedeckung ohnehin weniger hoch ausfällt (Jia, G., E. Shevliakova, P. Artaxo et al., 2019).

In der gemäßigten Zone sind die globalen klimatischen Folgen einer totalen Entwaldung mit -0,5 °C ähnlich hoch wie in den hohen Breiten. Auch die regionalen Auswirkungen zeigen eine Abkühlung, jedoch mit -0,73 °C deutlich geringer als in der borealen Zone. Der Grund dürfte in dem Erwärmungseffekt durch die verringerte Verdunstung und die geringeren latenten und sensiblen Wärmeflüsse während der Wachstumszeit liegen. Der Albedo-Effekt, der sich vor allem im Winter auswirkt, überwiegt jedoch auch hier, wenn auch nicht so deutlich wie in den höheren Breiten.

Im Gegensatz zu der gemäßigten und der borealen Klimazone hat eine totale Entwaldung in den Tropen sowohl regional als auch global eine biophysikalische Erwärmung zur Folge. Die globale Temperatur erhöht sich in Modellexperimenten nur leicht um 0,16 °C. Die regionale Erwärmung fällt dagegen mit einem Mittelwert von 0,6 °C deutlicher aus. In den Tropen dominieren bei einer Entwaldung eindeutig die geringere Verdunstung und damit ein geringerer latenter Wärmefluss gegenüber der abkühlenden Wirkung der höheren Albedo.

Global würde eine Entwaldung in allen drei Klimazonen nur aufgrund der biogeophysikalischen Effekte nach Perugini et al. (2017) als Mittelwert der Modellexperimente auf eine Temperaturabnahme von mehr als 1 °C hinauslaufen. Das bedeutet, dass die Abkühlung durch die Entwaldung in den mittleren und hohen Breiten deutlich gegenüber der tropischen Erwärmung durch Entwaldung überwiegt.

Einige wenige der von Perugini et al. (2017) untersuchten Modellexperimente haben auch Simulationen über eine angenommene umfassende Aufforstung in den drei Klimazonen durchgeführt. Die Klimaeffekte zeigen erwartungsgemäß im Vergleich zu einer Entwaldung gegensätzliche Temperaturänderungen, die jedoch von geringerem Umfang sind. So wird eine Aufforstung in der borealen Zone eine Erwärmung von 1,2 °C in den hohen Breiten selbst zur Folge haben (global 0,13 °C), in der gemäßigten Zone von 0,56 °C (global 0,04 °C) und in den Tropen eine Abkühlung von -0,17 °C (global -0,07 °C). Global würde eine umfassende Aufforstung in allen drei Klimazonen durch biogeophysikalische Auswirkungen eine Temperaturzunahme von 0,76 °C bedeuten.

Gesamtabschätzung der Klimawirkung von umfassender Entwaldung bzw. Wiederaufforstung

Der IPCC-Sonderbericht von 2019 über „Climate Change and Land“ (Klimawandel und Land) bietet für die drei Haupt-Klimazonen auf Grundlage der veröffentlichten Forschungsliteratur eine Gesamtabschätzung sowohl der biogeochemischen wie der geophysikalischen Klimafolgen einer umfassenden Entwaldung wie einer umfassenden Wiederaufforstung (Jia, G., E. Shevliakova, P. Artaxo et al., 2019). Sie ist in der Abbildung unten zusammengefasst.

Abb. 5: Biochemische (rot) bzw. biophysikalische (blau) Effekte einer umfassenden Entwaldung (Kreise) bzw. Aufforstung (Kreuze) in den drei Hauptklimazonen der Erde. Die großen Kreise zeigen die klimatischen Folgen für die jeweilige Klimazone an, die kleinen Kreise das globale Mittel. Die einzelnen Kreise bzw. Kreuze stehen für einzelne wissenschaftliche Untersuchungen (Jia, G., E. Shevliakova, P. Artaxo et al., 2019)

Abb. 5: Biochemische (rot) bzw. biophysikalische (blau) Effekte einer umfassenden Entwaldung (Kreise) bzw. Aufforstung (Kreuze) in den drei Hauptklimazonen der Erde. Die großen Kreise zeigen die klimatischen Folgen für die jeweilige Klimazone an, die kleinen Kreise das globale Mittel. Die einzelnen Kreise bzw. Kreuze stehen für einzelne wissenschaftliche Untersuchungen (Jia, G., E. Shevliakova, P. Artaxo et al., 2019)

Auffällig ist die starke Streuung der Ergebnisse, die teilweise weit auseinanderliegen. Dennoch ist deutlich, dass eine Entwaldung in der borealen Zone sowohl regional (-1,8 °C) wie global (-0,55 °C) eine Abkühlung bewirkt, die vor allem durch die höhere Albedo bedingt ist. Die Erwärmung durch die Freisetzung von Kohlendioxid ist demgegenüber mit einem Mittelwert von 0,11 °C deutlich weniger wirksam. Weniger klar sind die Auswirkungen einer Waldbeseitigung in der gemäßigten Zone. Der IPCC-Sonderbericht gibt für die globale Wirkung einen Mittelwert von +0,20 °C für die Emission von CO2 und von -0,13 °C für die biophysikalischen Prozesse an, ohne beide Werte miteinander zu verrechnen. Für die Region selbst bedeutet die Entwaldung hiernach eine leichte Abkühlung von -0,4 °C, wobei die jahreszeitlichen Unterschiede stark sind. In den Tropen bewirken sowohl die Treibhausgasemissionen als auch die biophysikalischen Effekte eine globale Erwärmung, für die der IPCC einen Mittelwert von +0,53 bzw. +0,1 °C angibt.

Die Experimente zur Aufforstung sind insofern von Bedeutung, als das Erreichen der Klimaziele, zu denen sich die Staaten auf der Pariser Klimakonferenz von 2015 verpflichtet haben, nach Einschätzung vieler Wissenschaftler ohne sog. „negative Emissionen“, d.h. den Entzug von Kohlendioxid aus der Atmosphäre, nicht möglich sein wird (Rickels, W., C. Merk, J. Honneth, J. Schwinger, M. Quaas und A. Oschlies, 2019). Diese negativen Emissionen werden u.a. von der Aufforstung erwartet. Das 2- bzw. 1,5-Grad-Ziel von Paris wird auf direktem Weg nur erreichbar sein, wenn in dem anlaufenden Jahrzehnt ab 2020 die CO2-Emissionen global drastisch gesenkt werden. Da das wenig realistisch erscheint, gehen Szenarien vielfach davon aus, dass zunächst 1,5 °C bzw. 2 ° C für eine gewisse Zeit überschritten werden und dass man in der 2. Hälfte des Jahrhunderts durch CO2-Entnahme aus der Atmosphäre bis zum Ende des Jahrhunderts die globale Mitteltemperatur wieder auf 1,5 bzw. 2 °C senkt.

Dafür werden verschiedene Climate-Engineering-Maßnahmen diskutiert, wie die Abscheidung von CO2 bei Kraftwerken und seine anschließende Speicherung (CSC = Carbon Capture an Storage), die Düngung bestimmter Regionen des Ozeans, um eine verstärkte CO2-Aufnahme durch Algen anzuregen, oder eben die Aufforstung im großen Stil. Inwieweit das Pflanzen von Bäumen einen wirksamen Beitrag zum Klimaschutz leisten kann, ist wissenschaftlich jedoch hoch umstritten. Wälder wirken nicht nur in verschiedenen Klimazonen mal abkühlend, mal erwärmend, wie oben erläutert, sondern sind selber auch eine Quelle von Treibhausgasen wie Methan und Distickstoffoxid. Hinzu kommt, dass idealisierte Modellexperimente einer umfassenden Aufforstung nichts über deren Realisierungsmöglichkeit aussagen.

Aufforstung und Wiederaufforstung stehen in Konkurrenz mit dem Anbau von Nahrungsmitteln bei einer wachsenden Weltbevölkerung. Um jährlich 1,1-3,3 Gt CO2 (bei gegenwärtigen Emissionen von über 40 Gt CO2 pro Jahr) durch das Pflanzen von Bäumen aus der Atmosphäre zu entnehmen, wäre eine Landfläche von 320-970 Mio. ha nötig, was etwa der Hälfte der globalen Ackerfläche von 1,45 Mrd. ha entspricht. Zur Anregung des Pflanzenwachstums müsste in großen Mengen Stickstoffdünger angewendet werden, der die Emission des starken Treibhausgases N2O zur Folge hätte, wodurch der Effekt der CO2-Speicherung weitgehend verpuffen würde (EASAC 2018). Aufforstungen sind daher nur als unterstützende Maßnahmen einer Klimapolitik zu sehen, die auf die unmittelbare und radikale Reduzierung der Emissionen anthropogener Treibhausgase ausgerichtet ist. In Kombination mit einer Beibehaltung der gegenwärtigen Emissionstrends sind Aufforstungen, um einen gefährlichen Klimawandel zu vermeiden, dagegen weitgehend unwirksam.

Autorin

Dr. Dieter Kasang
im Auftrag des Climate Service Center Germany (GERICS) des Helmholtz-Zentrum Geesthacht

Quellen