Vom Klimawandel und wie er den Abfluss von „grünem“ gegenüber „blauem“ Wasser aus dem Gebirge verändert

In Hitzesommern tritt in höheren Lagen im Gebirge das Paradox auf, dass Bäche kaum Wasser führen, die Vegetation jedoch üppig grün ist. Quelle: iStock

Forscher der ETH Zürich erklären das Phänomen, dass in Trockenperioden die Vegetation in großer Höhe besser wächst als normal / Weitreichende Folgen

Bisher ging die Wissenschaft davon aus, dass die meisten Pflanzen während Dürren unter Trockenstress leiden. Um Wasserverluste zu vermeiden, schließen sie bei Trockenheit ihre Spaltöffnungen, wachsen nicht mehr und verdorren schlimmstenfalls. Während Dürren sinkt deshalb die Verdunstung von Wasser aus der Pflanzenwelt sowie von Boden- und Wasseroberflächen, was Fachleute als Evapotranspiration bezeichnen. „In höheren Lagen, etwa bewaldeten Berggebieten, ist das jedoch nicht der Fall“, sagt Simone Fatichi, Oberassistent am Institut für Umweltingenieurwissenschaften der ETH Zürich.

Beobachtungen aus dem Hitzesommer 2003 (und den vergangenen heißen und trockenen Sommern) deuten darauf hin, dass Bergwälder und Grasland in höheren Lagen während Dürren sogar mehr Wasser in die Luft abgeben als in üblichen Wachstumsperioden mit durchschnittlichen Temperaturen und ausreichend Niederschlag.

Der Grund dafür: Wärme und viel Sonnenschein bringen die Pflanzen zu stärkerem Wachstum; dabei saugt das Grüne viel mehr Wasser aus dem Boden als sonst. Dementsprechend war die Evapotranspiration in höheren Lagen bei Trockenheit viel höher als erwartet.

Nun haben Fatichi und weitere Wissenschaftler dieses Phänomen mithilfe eines Computermodells erstmals großräumig für den gesamten Alpenbogen untersucht. Damit konnten sie berechnen, wie groß die Anteile sind von „grünem“ Wasser, also solchem, das durch Evapotranspiration in die Luft gelangt, und von „blauem“ Wasser, dem Abfluss von Wasser in Bächen, Flüssen und Seen.

Anhand der Simulation berechneten Fatichi und sein Doktorand Theodoros Mastrotheodoros, dass die Evapotranspiration von bewaldeten Berggebieten in einer Höhenlage von 1300 bis 3000 m im Hitzesommer 2003 in weiten Teilen der Alpen überdurchschnittlich hoch war. In dem Sommer führten die Fließgewässer der Alpen im Durchschnitt nur die Hälfte der sonst üblichen Wassermenge und der Anteil an diesem Defizit der Abflussmengen, der aufs Konto der Evapotranspiration ging, lag gemäß den Berechnungen der ETH-Forscher bei einem Drittel. „Die Vegetation dieser Höhenlage war also maßgeblich daran beteiligt, den halb ausgetrockneten Flüssen und Bächen das Wasser abzugraben“, betont Fatichi.

In einem durchschnittlichen Sommer (links) verdunstet weniger Wasser durch die Vegetation als in einem Sommer, der von Dürre und Hitze geprägt ist. Das verschärft den Wassermangel in Bächen. Grafik: Michael Stünzi / ETH Zürich

Weiter simulierten die Forscher auch eine Temperaturerwärmung um 3 Grad im Alpenraum – ein Szenario, das Ende dieses Jahrhunderts Realität werden könnte. Eine solche Erwärmung könnte die jährliche Verdunstung weiter erhöhen, und zwar um 6 Prozent. Umgerechnet in Niederschlag bedeutet dies, dass die verdunstete Wassermenge vergleichbar wäre mit einem jährlichen Rückgang der Niederschlagsmenge in den Alpen um durchschnittlich 45 Liter pro Quadratmeter.

Diese Menge entspricht 3 bis 4 Prozent des Jahresniederschlags. Der jährliche Niederschlag und dessen Veränderungen sind bei weitem die wichtigsten Faktoren, welche die Abflussmenge kontrollieren.

Die Konsequenzen: Die Abflussmengen in Flüssen und Bächen kommen künftig noch stärker unter Druck. „Es wird aufgrund der Tendenz zu warmen und trockenen Sommern eine Verschiebung von blauem zu grünem Wasser geben“, sagt Fatichi.

Diese Umstände könnten die Rolle der Alpen als „Wasserschloss Europas“ in Frage stellen. In den Alpen entspringen die 4 großen europäischen Flüsse Rhein, Rhone, Inn und Po. Diese versorgen rund 170 Millionen Menschen mit Wasser und sichern einen wichtigen Teil der Stromproduktion sowie der Landwirtschaft.

Dabei spielen gleich mehrere Faktoren zusammen: Durch die Klimaerwärmung wird mit generell weniger Niederschlag gerechnet, die Gletschereisreserven schwinden und in trockenen und warmen Sommern verschärft die Evapotranspiration das Problem geringerer Abflussmengen zusätzlich.

Mastrotheodoros T, et al. More green and less blue water in the Alps during warmer summers. Nature Climate Change, published online 27th 2019, doi: 10.1038/s41558-019-0676-5

Quelle: Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich

(04.02.2020)