Spuren der Industrie im Wasserturm Asiens Studie: Wie Treibhausgase und Luftverschmutzung das Ökosystem auf dem Tibetischen Hochland verändern

Das Tibetische Plateau wird oft als „Wasserturm Asiens“ bezeichnet. Es speichert und reguliert Wasser und versorgt damit fast zwei Milliarden Menschen mit Süßwasser. Seine zahlreichen Seen reagieren empfindlich auf den Klimawandel und bewahren langfristige Umweltinformationen in ihren Sedimenten. Die Studie eines internationalen Forschungsteams unter Leitung der Technischen Universität Braunschweig zeigt jetzt, dass Treibhausgasemissionen und industrielle Luftverschmutzung das sensible Ökosystem der Seen im vergangenen Jahrtausend stark verändert haben. Die Wissenschaftler*innen haben dazu unter anderem Sedimente aus dem Nam Co-See untersucht. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Der Nam Co mit dem Nyainqêntanglha-Gebirge im Hintergrund. Bildnachweis: Wengang Kang

Das Tibetische Hochland, zusammen mit der Hindukusch-Karakorum-Himalaya-Region, verfügt über mehr Schnee und Eis als jede andere Region auf der Erde, ausgenommen der Polarregionen. Aufgrund dessen reagiert die Hochgebirgsregion besonders empfindlich auf Klimaänderungen, wodurch ihr bei der Analyse der Klimaauswirkungen eine besondere Bedeutung zukommt. In den vergangenen Jahren haben sich Forschende des DFG-Graduiertenkollegs TransTiP mit den Veränderungen der dortigen Geoökosysteme befasst.

„Unsere Ergebnisse entschlüsseln das komplexe Zusammenspiel von natürlichen und anthropogenen Klimaantrieben, auf die sogar See-Ökosysteme abgelegener Regionen ganz empfindlich reagieren, und deren Auswirkungen in Seesedimenten archiviert werden“, sagt Professorin Antje Schwalb, Leiterin des Instituts für Geosysteme und Bioindikation der TU Braunschweig und Sprecherin des Graduiertenkollegs TransTiP. „Außerdem freue ich mich, dass die Neugier und Ausdauer, mit der unser ehemaliger Doktorand Wengang Kang dieses Thema vorangebracht hat, nun mit einer Veröffentlichung in Nature Communications belohnt wird, und Beijing mit Braunschweig über unser Graduiertenkolleg hinaus auch weiter verbunden bleibt.“

Rekonstruktion vergangener Klima- und Umweltveränderungen

Sediment-Probenahme auf dem Nam Co. Bildnachweis: Wengang Kang

Um zu untersuchen, wie natürliche und vom Menschen verursachte Klimatreiber die Ökosysteme der Seen auf dem Tibetischen Plateau geprägt haben, rekonstruierten die Forschenden anhand von Seesedimenten Umwelt- und ökologische Veränderungen im Nam Co, dem drittgrößten See dieser Region. Der rund 2.000 Quadratkilometer große See befindet sich auf einer Höhe von 4.720 Metern über dem Meeresspiegel. Geochemische Indikatoren, darunter Titan, dienten zur Rekonstruktion der Schwankungen der südasiatischen Monsunniederschläge, während fossile Reste von Kieselalgen und Pigmenten die langfristigen ökologischen Reaktionen im See dokumentierten.

„Dieser Ansatz lieferte einen detaillierten Überblick darüber, wie das Ökosystem des Sees auf vergangene Klima- und Umweltveränderungen reagierte“, sagt Dr. Wengang Kang, Erstautor der Studie.

Zusätzlich nutzte das internationale Forschungsteam einen sogenannten „Climate-Fingerprinting“-Ansatz, eingebracht von Céline Bonfils vom Lawrence Livermore National Laboratory, USA. Dafür werteten die Forschenden Simulationen mehrerer Erdsystemmodelle aus, die die Klimaentwicklung der vergangenen 1.000 Jahre nachbilden. So konnten sie natürliche Klimaschwankungen von Veränderungen unterscheiden, die durch äußere Einflüsse verursacht wurden. Auf diese Weise ließ sich bestimmen, welchen Anteil unter anderem Vulkanausbrüche, Veränderungen der Erdbahnparameter, Treibhausgase und von Menschen verursachte Luftverschmutzung an den beobachteten Klimaschwankungen haben.

Weniger Eis, mehr Gletscherschmelzwasser

Die Studie zeigt, dass vor allem zwei große klimatische Prozesse den Wasserhaushalt des Tibetischen Plateaus und die See-Ökosysteme im Verlauf der vergangenen tausend Jahre maßgeblich geprägt haben.

Der erste Prozess bezieht sich auf die Temperatur. Vor der Industrialisierung kühlten Vulkanausbrüche das Klima immer wieder ab und beeinflussten somit das Ökosystem im See. Seit dem 19. Jahrhundert hat die durch Treibhausgase verursachte Erderwärmung diesen Mechanismus jedoch grundlegend verändert: Der See ist kürzer durch Eis bedeckt, mehr Gletscherschmelzwasser fließt hinzu. Dadurch wurden ökologische Veränderungen ausgelöst: etwa eine starke Umstrukturierung der Kieselalgen-Gemeinschaften sowie das Entstehen ökologischer Bedingungen, die in früheren Warmphasen nicht zu beobachten waren.

Im zweiten Prozess stehen die Niederschläge im Fokus. Veränderungen der Lage der innertropischen Konvergenzzone (ITCZ), einem langgestreckten Tiefdruckgebiet in Äquatornähe, bestimmten, wie viele Monsunregenfälle das Tibetische Plateau erreichten. Dadurch beeinflussten sie den Salzgehalt der Seen und die Zusammensetzung der Kieselalgen, die empfindlich auf Veränderungen des Salzgehalts reagieren. In der Zeit vor der Industrialisierung wurde dieser Mechanismus vor allem durch Vulkanausbrüche sowie Veränderungen der Erdbahnparameter gesteuert, die das Klima unterschiedlich beeinflussten. Im Industriezeitalter führten vom Menschen verursachte Sulfat-Aerosole aus Europa und Nordamerika, die beispielsweise bei der Verbrennung von Kohle und Erdöl entstehen, dazu, dass sich diese Zone außergewöhnlich weit nach Süden verschob. Dies löste Mitte des 20. Jahrhunderts die schwerste Dürre aus, die die Forschenden in ihrer Rekonstruktion nachweisen konnten. Strengere Vorschriften zur Luftreinhaltung und die seit den 1970er-Jahren anhaltende Erwärmung durch Treibhausgase sorgten dafür, dass sich die Niederschlagsmengen rasch erholten und der Salzgehalt der Seen stark sank.

Von der Vergangenheit über die Gegenwart in die Zukunft

„Unsere Ergebnisse liefern Belege dafür, dass anthropogene Einflüsse einige der abgelegensten und klimasensibelsten Ökosysteme der Welt grundlegend umgestalten. Darüber hinaus deuten unsere Erkenntnisse darauf hin, dass diese Veränderungen wahrscheinlich anhalten werden, wenn sich die Erwärmung der Erde, der Verlust von Gletschern und hydroklimatische Verschiebungen verstärken“, betont Dr. Wengang Kang.

Künftige Forschung

Mithilfe der im Rahmen einer internationalen Bohrkampagne gewonnenen Tiefbohrkerne aus dem Nam Co können die Forschenden nun weiter untersuchen, wie klimatische Einflüsse und Seeökosysteme über mehrere Glazial-Interglazial-Zyklen hinweg miteinander interagierten. Gleichzeitig wird die zukünftige Forschung darauf abzielen, die Rekonstruktion von Ökosystemen aus der Vergangenheit mit aktuellen Beobachtungen und Klimaprognosen zu verknüpfen. Damit spannen die Wissenschaftler*innen einen Bogen von der Vergangenheit über die Gegenwart in die Zukunft, um so Ökosystemveränderungen besser zu verstehen. Dies könnte auch die Prognosen darüber verbessern, wie tibetische Seen auf die anhaltende Erwärmung, den Gletscherschwund und die sich verändernde Monsundynamik reagieren könnten.