In der Nähe des Polarkreises im Norden Alaskas weichen Wälder der Tundra. Die Forscher untersuchen, wie sich das erwärmende Klima auf die Ökologie dieser nördlichen Grenze auswirken könnte.
Von Kevin Krajick. Reed mit freundlicher Genehmigung von State of the Planet
In der Brooks Range im Norden Alaskas geht die Erde, wie die meisten von uns wissen, zu Ende. Fahren Sie von Fairbanks, der nördlichsten Stadt des nordamerikanischen Straßennetzes, den geschotterten Dalton Highway hinauf. Der unbewohnte boreale Wald erstreckt sich in alle Richtungen. Ungefähr 200 Meilen weiter passieren Sie den Polarkreis, jenseits dessen die Sonne im Hochsommer niemals untergeht oder im Winter aufgeht. Schließlich werden die Bäume dünner und sehen dürrer aus. Die hügelige Landschaft erhebt sich in große Berge, und Sie schlängeln sich durch die kahlen, rasiermesserscharfen Gipfel der Brooks. Auf halbem Weg durch die Berge haften verstreute Fichten nur am Talboden; Ein weiteres Gefälle ist die Tundra, die nur von tief liegenden Pflanzen bedeckt ist. Bei etwa 320 Meilen von Fairbanks passieren Sie die letzten kleinen Bäume. Dahinter liegen die kargen Gebiete der North Slope, die am industriellen Küstenort Deadhorse und den Ölfeldern der Prudhoe Bay enden - der einzige Grund, warum diese Straße überhaupt hier ist.
In der Nähe des Polarkreises im Norden Alaskas beginnen die Wälder der Tundra Platz zu machen. wie kalte Luft, gefrorene Böden und Mangel an Sonnenlicht Bäume auspressen. Forscher untersuchen, wie sich das erwärmende Klima auf die Ökologie dieser Grenze auswirken kann. Foto über Kevin Krajick
Die nördliche Baumgrenze, hinter der das Klima für Bäume zu rau ist, umkreist alle nördlichen Landmassen der Erde auf einer Länge von mehr als 13.000 Kilometern. Es ist die größte ökologische Übergangszone auf der Oberfläche des Planeten - eine unscharfe Grenze, die sich tatsächlich nach Norden und Süden windet und je nach Gebietsschema allmählich oder scharf erscheint.
Im hohen Norden erwärmt sich das Klima zwei- bis dreimal schneller als der globale Durchschnitt. Infolgedessen unterliegen sowohl die Tundra- als auch die borealen Wälder massiven physischen und biologischen Veränderungen. Die Details und die Aussichten bleiben jedoch unklar. Wird die Erwärmung dazu führen, dass die Wälder voranschreiten und die Tundra ausbrechen? Wenn ja, wie schnell? Oder wird die Erwärmung die Wälder - und vielleicht auch die Tundra-Vegetation - verringern, indem mehr Waldbrände und Insektenausbrüche verursacht werden? Was wird aus den unzähligen Vögeln und Tieren, die von einer oder beiden Umgebungen abhängen? Und werden die enormen Mengen an Kohlenstoff, die in den gefrorenen Böden und Bäumen des Nordens gespeichert sind, zunehmen oder freigesetzt, um eine noch stärkere Erwärmung zu verursachen?
Die Baumgrenze ist die längste ökologische Übergangszone auf der Erdoberfläche und umkreist die nördlichen Landmassen Nordamerikas und Eurasiens auf einer Länge von rund 1300 Meilen. Hier ist die Region hinter den Bäumen rot. Unten rechts ist Alaska zu sehen, wo jetzt Forscher in der Region jenseits des Polarkreises arbeiten. Karte mit freundlicher Genehmigung von US Fish and Wildlife Service
Um diese Fragen zu beantworten, arbeiten Wissenschaftler des Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University und anderer Institutionen an einem langfristigen Projekt, um herauszufinden, was das Überleben von Bäumen in dieser Grenzumgebung ermöglicht oder nicht. Sie haben Überwachungsflächen eingerichtet, die günstig an der Autobahn am Rande der Bäume liegen. Hier messen Instrumente kontinuierlich Luft- und Bodentemperatur, Niederschlag, Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und andere Parameter für die nächsten Jahre und vergleichen diese mit dem Wachstum und Überleben von Bäumen. Die Feldforschung ist Teil des größeren arktischen borealen Vulnerabilitätsexperiments (ABoVE), eines mehrjährigen von der NASA geförderten Projekts, das groß angelegte Satellitenbeobachtungen der nördlichen Regionen mit diesen groß angelegten Bodenuntersuchungen kombinieren soll.
Natalie Boelman, eine Ökologin am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University, misst die Höhe von Bäumen auf einem Untersuchungsgrundstück. Bild über Kevin Krajick.
Der Pflanzenphysiologe Kevin Griffin von Lamont-Doherty sagte:
Es gibt viele Bedingungen, die sich darauf auswirken, ob Bäume wachsen können oder nicht.
Der wichtigste ist Wärme; Bäume sind im Allgemeinen nur dann lebensfähig, wenn die durchschnittliche Temperatur in der Vegetationsperiode über 6,4 ° C liegt. Aber das ist nicht die ganze Antwort, sagte Griffin.
Wir wissen auch, dass es um Dinge wie Wasser, Wind, Nährstoffe geht, wie viel Licht empfangen wird, ob es direktes oder diffuses Licht ist, die Schneedecke im Winter - es ist eine komplexe Kombination. Wie das alles funktioniert, genau das möchten wir herausfinden.
Unter der Leitung von Jan Eitel, einem Forstwissenschaftler an der Universität von Idaho, kamen die Wissenschaftler Anfang Juni mit einem Kleintransporter an, um die Parzellen einzurichten. Fast niemand lebt zwischen Fairbanks und Deadhorse, aber sie konnten sich in einer Lodge in der ehemaligen Goldgrabensiedlung Wiseman niederlassen, einem größtenteils menschenleeren Hüttenhaufen (derzeit etwa 20 Einwohner) aus dem frühen 20. Jahrhundert in der Nähe der Autobahn. Von hier aus pendelten die Wissenschaftler täglich zu einem halben Dutzend Standorten, die aufgrund ihrer ökologischen Schärfe ausgewählt wurden. bei jedem von ihnen konnte man von den Bäumen bis in die angrenzende Tundra gehen, nur ein kleines Gefälle. Das nördlichste Grundstück befindet sich in der Nähe eines bescheidenen Wahrzeichens, der sogenannten Letzten Fichte, einem ausgehungerten Baum mit einem Metallschild mit der Aufschrift „Weitester Nordfichtenbaum in der alaskischen Pipeline - Nicht schneiden“. Vor ungefähr einem Jahr , jemand hat es gekürzt.
Bäume wachsen hier sehr langsam; Dieser, den Boelman untersucht, ist ungefähr 15 Jahre alt. Bild über Kevin Krajick.
Teil des Projekts ist die Kartierung der Standorte mit LiDAR, einer Vermessungstechnologie, die einen Pulslaser abschießt, um eine exquisit detaillierte 3D-Landschaftskarte zu erstellen. Mit einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern werden Grundriss, einzelne Äste und Pflanzendecken abgebildet. In dieser Umgebung, in der Bäume kaum hängen, können kleinste Abweichungen in der Topographie oder der Temperatur einen Unterschied auf Lebenszeit für einen Sämling ausmachen. ein Bett aus tiefem Moos kann es in Wärme wickeln; Ein subtiler Steinschlag, ein hervorstehender Felsbrocken oder ein anderer Baum könnten ihn vor heftigen Winden schützen.
Die meisten Böden im hohen Norden sind jedoch dauerhaft direkt unter der Oberfläche gefroren, und das wärmende Klima verändert nicht die furchtbar geringe Menge an Licht, die die Pflanzen den größten Teil des Jahres erreicht. Ein benachbarter Baum kann auch gerade genug Schatten spenden, damit ein Sämling nicht genug Licht und Wärme bekommt, und ein zu dichter Baumbestand kann die gesamte Bodentemperatur verringern, die er selbst zum Wurzeln und zur Aufnahme von Nährstoffen benötigt. Die Umfragen, die alle paar Tage von automatischen Kameras wiederholt werden, sollen zeigen, wie sich die Landschaft im Laufe der Zeit verändert.
Hier wachsen laubabwerfende Zwergweiden und Espen, aber die einzigen echten Bäume im hohen Norden sind die Fichten. Sobald man Wurzeln schlägt, wächst es langsam - sehr langsam. Eines Tages gealterten Lee Vierling, Fernerkundungsspezialist an der Universität von Idaho, und Natalie Boelman, Ökologin von Lamont, einige kleinere, indem sie Quirle zählten. Eine tannenbaumgroße Fichte, die knapp über ihre Köpfe reichte, war 96 Jahre alt. es hatte anscheinend 1920 angefangen zu wachsen. Vierling sagte:
Woodrow Wilson war damals Präsident. Der erste Weltkrieg war gerade zu Ende. “Die höchsten Bäume erreichen 20 bis 30 Fuß, eine Höhe, die Fichten in ein oder zwei Jahrzehnten weiter südlich erreichen können. Diese stehen wahrscheinlich seit 200 bis 300 Jahren.
Der Pflanzenphysiologe Kevin Griffin von Lamont-Doherty prüft ein Instrument zur Überwachung der Photosyntheseaktivität eines Fichtenbaums. Bild über Kevin Krajick.
Bei wärmerem Wetter werden diese Bäume mit ziemlicher Sicherheit schneller wachsen, und dieses Wetter ist bereits da. Bei 24-Stunden-Tageslicht arbeitete das Team bis zu 14 Stunden am Tag, wobei die meiste Zeit bei starker Sonne geschwitzt wurde.Um diese Zeit erreichte das Thermometer in Deadhorse einen Rekord von 85 Grad Fahrenheit - identisch mit dem New Yorker Central Park am selben Tag.
Die Gastgeberin des Teams in Wiseman, Heidi Schoppenhorst, hat hier ihr ganzes Leben verbracht. Sie sagte:
Die Bäume boomen hier wirklich. Das Klima erwärmt sich und es regnet im Juni mehr, wenn es wirklich darauf ankommt.
Es gibt bereits Beweise aus Satellitenbildern, dass die Tundra dahinter grüner und buschiger wird. Viele Wissenschaftler erwarten, dass die Baumgrenze irgendwann voranschreitet, und einige Studien sollen zeigen, dass dies bereits geschieht. Einige Modelle sagen voraus, dass die Hälfte der aktuellen Tundra bis 2100 konvertiert werden könnte, andere sagen jedoch, dass der Prozess viel langsamer sein würde. Auf der anderen Seite wird in einigen Studien behauptet, dass sich die Bäume tatsächlich in Gebieten zurückziehen, da die Hitze die Wälder abtrocknet und invasiven Insekten und Bränden hilft, wachsende Gebiete zu zerstören.
In Alaska sollen sich die Brände in den kommenden Jahrzehnten laut einer Studie vervierfachen, und es wird bereits verwüstet. Auf dem Weg nach oben durchliefen die Wissenschaftler mehrere große Gebiete, die in den letzten Jahren zu geschwärzten Stöcken reduziert worden waren. In diesem Jahr hat ein Brand um Fort McMurray im Norden Albertas 80.000 Einwohner vertrieben und einen Teil der Stadt eingeebnet. Vor einigen Jahren war Boelman Teil eines Teams, das ein blitzartiges Feuer aus dem Jahr 2007 untersuchte, das 400 Quadratmeilen Tundra auf der North Slope verbrannte - das größte jemals aufgezeichnete Tundra-Feuer in einem Gebiet, in dem Tausende von Jahren vergehen können Feuer überhaupt.
Der Teamleiter Jan Eitel von der Universität von Idaho stellt eine solarbetriebene Radarkamera auf, die ein Untersuchungsgebiet über Jahre hinweg kontinuierlich scannt, um zu erfassen, wie Bäume auf sich ändernde Bedingungen reagieren. Bild über Kevin Krajick.
Boelman streichelte die Nadeln einer nahe gelegenen Fichte bis zu ihrer Schulter, aber wahrscheinlich viel älter als sie, und sagte:
Die Unterschiede zwischen Tundra und Bäumen sind wirklich interessant, zumal man davon ausgeht, dass einer in den anderen eindringt.
Boelman ist Teil eines separaten ABoVE-Projekts, in dem Forscher Tiere aus dem Norden wie Karibus, Bären, Elche, Wölfe und Adler per Funk markieren, um zu sehen, wohin sie sich in Bezug auf wechselnde Feuer- und Wetterbedingungen bewegen. Boelman hat in Nord-Alberta mit der Markierung amerikanischer Rotkehlchen gearbeitet, von denen bekannt ist, dass sie weite Gebiete bewohnen und weite Strecken abwandern. Wenn anekdotische Beweise irgendetwas bedeuten, könnte der Trend nach Norden gehen; In den letzten 20 Jahren mussten einige Inuit-Gemeinschaften, die noch nie Rotkehlchen gesehen hatten, einen Namen für sie erfinden: "Koyapigaktoruk".
Auf ihrer ersten Reise in den Norden macht die Lamont-Doherty-Doktorandin Johanna Jensen Angaben zu einer verkabelten Fichte. Die Studie wird nicht nur langfristige Informationen zum Klimawandel liefern, sondern auch jungen Wissenschaftlern die Möglichkeit bieten, direkt vor Ort zu arbeiten. Bild über
Ein paar Tage nach der Installation komplexer Anordnungen von Sensoren, Kameras und Datenloggern sowie von Solarzellen und Kabelsalat entdeckten die Wissenschaftler ein unerwartetes Phänomen in der Tierwelt: Kaninchen, die im Wald grassieren, kauen gerne durch die Kabel und ihre Ausrüstung war ausgefallen. Das Team führte schnell Reparaturen und improvisierte Abwehrmaßnahmen durch und vergrub die Drähte in schwammigem Moos oder umgab sie mit Palisaden aus scharfen, toten Stöcken. Es wurden Pläne für die Gewinnung von Hühnerdraht für eine dauerhaftere Lösung erstellt.
Kaninchen gedeihen in der Tundra nicht so, aber wenn sich die Bäume und Sträucher nach Norden bewegen, bewegen sich die Kaninchen wahrscheinlich mit. Dies gilt auch für andere Lebewesen, die solche Lebensräume bevorzugen, wie Luchs, Elch, Schwarzbär und Weißkronenspatz. Diejenigen, die die Tundra bevorzugen, müssten sich dann anpassen oder herausschubsen. Dazu gehören Moschusochsen und Brutvögel wie Lappland Longspurs und Schneehühner. Einige Tiere, darunter Karibus und Wölfe, bewegen sich saisonal zwischen den beiden.
Boelman ist neutral in Bezug auf das Ergebnis.
Die Leute gehen davon aus, dass alles schlecht wird, wenn sich das Ökosystem ändert. Aber mit dem Klimawandel gibt es fast immer Gewinner und Verlierer. Einige Arten werden leiden, aber andere werden davon profitieren.
Auf dem Dalton Highway selbst vollzieht sich der Wandel rasant. In der Nähe der Studienplätze gruben die Arbeiter einen endlosen Graben, um eine Glasfaserleitung nach Deadhorse zu legen. Unerschrockene Touristen, angeregt durch das milde Wetter, fuhren in schwer beladenen Fahrzeugen vorbei und winkten. Ein Mann, der eine große Vorrichtung vom Typ eines Kinderwagens nach Süden schob, befand sich angeblich auf einer Mission, um von Deadhorse nach Austin, Texas, zu gehen. Riesige Lastwagen rasten nach Norden und trugen Kabel, Rohre und Fertighäuser. Einige trugen Benzin gegen den Ölfluss in die entgegengesetzte Richtung. Der Kreislauf der fossilen Brennstoffe wurde geschlossen. Raffinierte Energie kehrte zurück, um die Produktion von Rohenergie aufrechtzuerhalten.