IPCC-Bericht veröffentlicht: Wie steht es um die Binnengewässer?

Rita Adrian ist Leitautorin von Teil 2 zum Sechsten Sachstandsbericht des
Weltklimarates (IPCC), der heute erschienen ist. Sie wirkte im Kapitel
über „Terrestrische und Süßwasser-Ökosysteme und ihre Dienstleistungen"
mit. Rita Adrian ist Professorin für Limnologie an der Freien Universität
Berlin und leitete bis Ende 2021 die Abteilung für Ökosystemforschung des
Leibniz-Institutes für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB). Ihre
Devise für dieses Interview: Lass die Zahlen sprechen! Anlässlich des
Sechsten IPCC-Berichts also sechs Zahlen, die beispielhaft für die
bisherigen und prognostizierten Auswirkungen des Klimawandels auf Gewässer
stehen.

Frau Adrian, nun ist es geschafft, ihr Beitrag zum IPCC Bericht. Was geht
Ihnen durch den Kopf?

Dieser IPCC-Bericht wurde von 270 Autoren aus 67 verschiedenen Ländern
zusammengestellt und stellt den „Goldenen Standard“ des wissenschaftlichen
Erkenntnisstandes zu den Auswirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme und
Gesellschaften dar. Die IPCC-Berichte sind eine einzigartige
Zusammenarbeit zwischen Forschenden, die den Bericht schreiben und
Regierungen, die den Bericht in Auftrag gegeben haben und als Grundlage
für politische Entscheidungen nutzen. Unser Bericht wird Grundlage für die
Diskussionen der COP27-Verhandlungen im November dieses Jahrs in Ägypten
sein. Trotz der enormen Anstrengung ist es als Wissenschaftlerin sehr
befriedigend. Wir haben sehr gute Evidenzen zu den Folgen der
Klimaveränderungen für Binnengewässer. Die Datengrundlage aus der
Langzeitforschung, von experimentellen Untersuchungen, der Fernerkundung
und der Modellierung verbessert sich zunehmend. Wir können also recht gut
in die Zukunft sehen. Forschende sind zunehmend in internationalen
Netzwerken aktiv, um die Effekte des Klimawandels lokal und vor allem
global zu erforschen.
In der Rolle der Bürgerin wünsche ich mir nun natürlich die Festlegung von
klaren Zielen, wie wir Emissionen senken und Ökosysteme resilienter
gegenüber dem Klimawandel gestalten.

Wir haben ausgemacht, heute über Zahlen zu sprechen. Sie haben mir sechs
verschiedene genannt, die exemplarisch für das Thema Gewässer im
Klimawandel stehen. Beginnen wir mit der 3:

Die 3 steht für die Binnengewässer selbst, die als dritter Lebensraum
neben dem Land und dem Meer in den politischen Diskursen oft unter den
Tisch fallen. Im Sechsten Sachstandsbericht des Weltklimarates wird den
Binnengewässern und ihrer Ökologie sowie dem Wasser als Ressource große
Bedeutung eingeräumt. Das ist notwendig! Der Klimawandel beeinträchtigt
Seen und Flüsse sowie die Menschen und andere Lebewesen, die davon
abhängig sind. Binnengewässer haben sich bereits stark erwärmt, sie
verlieren Sauerstoff, die Eisbedeckung schwindet. Höhere
Wassertemperaturen fördern Algenblüten mit negativen Auswirkungen für die
Trinkwasserversorgung und die Freizeitnutzung. Immer mehr Flüsse und
Kleinstgewässer fallen ganz oder zeitweise trocken mit negativen Folgen
für die Biodiversität. Der globale Erwärmungstrend geht außerdem mit
extremen Trockenperioden und Fluten einher. Viele Regionen sind von
Wasserverknappung und Rückgang der Grundwasserstände betroffen. In Europa
ist der Mittelmeerraum besonders betroffen, aber auch Brandenburg. Die
Auswirkungen von Fluten mussten wir im letzten Jahr im Ahrtal schmerzlich
erleben.

Bei Klimawandel denkt man ja zuerst an Erwärmung – beginnen wir damit. Was
ist, wenn wir in die Zukunft des Klimawandels schauen – und das tun
Forschende ja mittels mathematischer Modellszenarien. Wie wird die
Erwärmung der Gewässer aussehen?

Legt man das höchste Klimaszenario zugrunde werden die Wassertemperaturen,
wie wir sie beispielsweise während der letzten Hitzesommer in Europa
beobachten konnten, zunehmend „normal“ sein. Laut Modellszenarien werden
sich die Seen mit jedem Anstieg der Lufttemperatur um 1° C schätzungsweise
um 0,9 °C erwärmen. Ein Forschungsteam unter Beteiligung des IGB hat im
letzten Jahr eine Studie dazu publiziert. Sie prognostizierten auch die
künftige Entwicklung unter verschiedenen Szenarien. In einem
emissionsarmen Szenario wird sich die durchschnittliche Erwärmung der Seen
in der Zukunft voraussichtlich bei +1,5 °C über dem vorindustriellen
Niveau stabilisieren. In einer Welt mit hohen Emissionen könnten diese
Veränderungen zu einem Anstieg von +4,0 °C führen.

4 °C, das klingt dramatisch im Vergleich zu steigenden Lufttemperaturen.
Zu welchen Problemen führt eine solche Erhöhung der Wassertemperatur?

Im IPCC Bericht weisen wir darauf hin, dass die Wassertemperatur der
Haupttreiber für fast alle Prozesse im Gewässer ist. Sie beeinflusst die
thermische Struktur, die Eisbedeckung, die Durchmischung des Wasserkörpers
von Seen, die Nährstoffdynamik und die Wachstumsraten von Organismen. Mit
der Erwärmung durchmischen sich die Seen weniger vollständig. Das hat zur
Folge, dass die tiefen Wasserschichten nicht mehr ausreichend mit
Sauerstoff versorgt werden.

Der Sauerstoffgehalt im Wasser nimmt also ab?

Ja, im globalen Mittel lag der Verlust in den oberen warmen
Wasserschichten bei 4 bis 5 Prozent, was durch die verminderte Löslichkeit
von Sauerstoff bei höheren Temperaturen bedingt ist. Im Tiefenwasser lag
der Verlust in den vergangenen Dekaden bereits bei rund 18 Prozent. Der
Sauerstoffverlust im Tiefenwasser folgt einem physikalischen Prinzip und
hängt mit den steigenden Wassertemperaturen an der Oberfläche und einer
längeren Wärmeperiode im Jahresverlauf zusammen: Erwärmt sich das
Oberflächenwasser bei stabilen Tiefwassertemperaturen, nimmt der
Dichteunterschied zwischen diesen Schichten, die sogenannte thermische
Schichtung, zu. Je stärker und länger diese Schichtung ist, desto
unwahrscheinlicher ist eine Durchmischung. So wird weniger Sauerstoff in
die tieferen Wasserschichten eingemischt. Ein Beispiel negativer
Rückkopplung der Erwärmung.

Welche Auswirkungen hat der verringerte Sauerstoffgehalt?

Das ist insbesondere für die kälteliebenden Fischarten problematisch, die
sich im kalten Tiefenwasser aufhalten. Diese Arten können nur bedingt nach
oben ausweichen – da es dort zu warm für sie ist. Sie unterliegen einem
doppelten Stress: durch Wärme und den Sauerstoffmangel. Mit höheren
Temperaturen steigen die Kosten für den Stoffwechsel – was sich negativ
auf das Wachstum und die Vermehrung auswirkt – mit Einbußen für die
Biodiversität und die Fischerei. Dies ist für Länder, in denen Fisch eine
wesentliche Nahrungsquelle für die Menschen ist – wie in Teilen Afrikas –
ein großes Problem. Hier werden große Verluste unter zukünftigen
Klimaszenarien im IPCC Bericht prognostiziert. Neben den Verlusten für die
Fischerei verlieren wir in diesen Seen auch einen großen Teil der
endemischen Fischarten, die nur in diesen Seen vorkommen. In unseren
Breiten verschiebt sich die südliche Ausbreitungsgrenze kälteliebender
Fischarten nach Norden. Dies betrifft beispielsweise Maränen, Lachsartige
Fische, oder den Stint.

Die Verfügbarkeit von Sauerstoff beeinflusst aber auch die Wasserqualität:
Unter sauerstofffreien Bedingungen düngen sich eutrophe d.h.
nährstoffreiche Seen aus dem Sediment heraus selbst. Das verstärkt die
Entwicklung von Algenblüten, mit negativen Auswirkungen auf die
Trinkwasserversorgung und dem Freizeitwert für die Bevölkerung. Dies ist
ein klassisches Beispiel einer positiven Rückkopplung, die durch die
Erwärmung und die Veränderung im Schichtungsverhalten von Seen initiiert
wird. Eine nachhaltige Landwirtschaft mit reduzierten Nährstoffeinträgen
in die Gewässer ist eine Option der Anpassung.

Sie sprachen das thermische Schichtungsverhalten an. inwiefern spielt das
eine Rolle für die Algenentwicklung und die Wasserqualität?

Ja, es ist wie immer komplexer als es auf dem ersten Blick erscheint. Im
IPCC-Bericht zeigen wir, dass Im Mittel die Algenbiomasse in Seen global
in den vergangenen Dekaden gestiegen ist – durch den positiven direkten
Effekt höherer Temperaturen auf das Algenwachstum und dem indirekten
Effekt der internen Düngung als Folge der Verlängerung in der thermischen
Schichtung im Sommer, wie zuvor erwähnt. In tiefen nährstoffarmen Seen
nimmt die Algenbiomasse aber eher ab.

Die veränderte Temperaturschichtung beeinflusst also die
Nährstoffverfügbarkeit im Gewässer?

Genau! Und die Wirkung dessen lässt sich auf einen Satz reduzieren: Grün
wird grüner und blau wird blauer. Das Phänomen „grüne Seen werden grüner“
spiegelt die zuvor erwähnte kausale Wirkungskette für nährstoffreiche Seen
wider: höhere Temperaturen – längere thermische Schichtung – Verlust von
Sauerstoff in der Tiefe – interne Düngung aus dem Sediment – Zunahme der
der Eutrophierung – Zunahme der Algenbiomasse, die das Wasser grün
erscheinen lässt.
Dies ist in tiefen nährstoffarmen „blauen Seen“ anders. Das Tiefenwasser
ist oftmals die einzige Nährstoffquelle, wenn die Nährstoffe in den oberen
Wasserschichten aufgezehrt sind. Von diesem Nährstoffdepot sind die
lichtdurchfluteten oberen Wasserschichten durch Verlängerung der
thermischen Schichtung inzwischen länger getrennt. Im Durchschnitt sinkt
die Algenbiomasse – die Seen werden „blauer“. Dies kann mit Verlusten für
die Binnenfischerei einhergehen.

Wir haben nun vornehmlich vom Sommer gesprochen, was geschieht im Winter?

Seen frieren heute im globalen Mittel 2 bis 3 Wochen später zu und tauen 1
bis 3 Wochen früher auf.  Laut Modellszenarien werden sich die Seen mit
jedem Anstieg der Lufttemperatur um 1 °C schätzungsweise um 0,9 °C
erwärmen und 10 Tage an Eisbedeckung verlieren. Hinzu kommt, dass Seen
immer häufiger keine durchgehende Eisbedeckung mehr aufweisen, sondern in
einem Winter mehrmals zufrieren und wieder auftauen. Diese
intermittierende Eisbedeckung ist eine Beobachtung, die wir auch am
Berliner Müggelsee gemacht haben. Im IPCC-Bericht beschreiben wir, dass
sich die geographische Zone, in der Seen nun eine intermittierende
Eisbedeckung ausbilden, weiter nach Norden verschiebt. Das heißt etwa,
dass in Südschweden heute Eisbedingungen vorherrschen wie wir sie hier im
Berliner Raum vor einigen Dekaden hatten.

Warum ist die Eisbedeckung von Bedeutung? Es heißt doch: Still und starr
ruht der See?

Obwohl der Winter gemeinhin als eine Zeit relativer Ruhe gilt, sind die
Ökosystemfunktionen in dieser Jahreszeit dynamisch. Darüber hinaus gibt es
zunehmend Belege dafür, dass die Bedingungen im Winter die Voraussetzungen
für die Bedingungen im Sommer schaffen und sich beispielsweise
Temperaturveränderungen in tiefen Seen über mehrere Jahre fortpflanzen.
Die Eisbedeckung verändert einen See grundlegend, indem sie diesen von der
umgebenden Landschaft und Atmosphäre isoliert. Die Dicke und die optischen
Eigenschaften von Eis und Schnee regulieren die Menge der Sonnenstrahlung,
die in den See eindringt, und schirmen ihn gleichzeitig vor Wind ab.
Folglich ist die Eisbedeckung ein wichtiger Faktor, der die Durchmischung
des Wassers in Seen reguliert und vertikale thermische und chemische
Gradienten strukturiert. Das ist beispielsweise für die
Sauerstoffverfügbarkeit in der Wassersäule von Bedeutung. Der Verlust von
Eis hat einen Vorteil für Fische. Der Wasserkörper bleibt im Winter
durchmischt – und bleibt mit Sauerstoff aufgefüllt. Das ist unten dem Eis
anders. Hier kommt es zur Zehrung von Sauerstoff – der in sehr kalten
Wintern immer mal wieder zu lokalem Fischsterben führt.

Wie verändern sich denn die Lebensbedingungen für die Wasserlebewesen
allgemein?

Ja, nicht nur die schlechtere Wasserqualität und veränderte
Sauerstoffbedingungen beeinflussen die Lebewesen im Gewässer. Es ist auch
die Veränderung im thermischen Lebensraum. Man muss sich das so
vorstellen: Die meisten Lebewesen im Wasser sind wechselwarm – das heißt,
sie gleichen ihre Temperatur an die Umgebungstemperatur des Wassers an.
Dabei hat jede Art ihren individuellen Temperaturbereich, an den ihre
Körperfunktionen wie Stoffwechsel und Fortpflanzung angepasst sind. Dieser
Temperaturbereich bestimmt weitgehend, in welcher Tiefe und wann im
Jahresverlauf Arten in Seen vorkommen. Innerhalb des großen Wasserkörpers
gibt es also unterschiedliche – warme und kalte – Temperaturlebensräume.
Wir haben quantifiziert, dass die Temperaturlebensräume zwischen den
Zeiträumen 1978-1995 und 1996-2013 in 139 Seen global für weniger
anpassungsfähige Arten, z.B. Arten die auf eine Tiefe und eine Jahreszeit
beschränkt sind, um fast 20 Prozent reduziert wurden – bei einem
Erwärmungstrend von ca. 1 °C. Für wärmeliebende Arten kann dies eine
Zunahme des thermischen Habitats in der gleichen Größenordnung bedeuten.
Wir werden die kälteliebenden Arten – wie bspw. die Rotforelle oder die
Maräne – verlieren. Wärmetolerante Arten wie Brassen, Plötzen oder der
Zander könnten profitieren.

Veränderte Lebensräume in Gewässern, aber fallen auch Lebensräume ganz
weg?

Ja, leider! Im neuen IPCC-Bericht dokumentieren wir, dass die
Klimaerwärmung überlagert durch Hitzeextreme, die bereits durch
Dammbildungen oder Wasserentnahmen verursachte enorme Fragmentierung von
Flüssen verstärkt. Etwa 60 Prozent der globalen Fließgewässerstrecken
trocknen zeitweise aus. Wenn Gewässerabschnitte zeitweise trockenfallen,
bedeutet das gerade für wandernde Fischarten eine unüberbrückbare Hürde.
Zudem werden Ufersedimente freigelegt und mit Luftsauerstoff versorgt.
Dies führt zu einer Erhöhung des mikrobiellen Abbaus von organischem
Material unter Freisetzung von Treibhausgasen. Dies ist nur einer der
Mechanismen, die Seen und trockenfallende Flüsse zu Treibhausgas-Quellen
für die Atmosphäre machen – und damit die Klimaerwärmung in positiver
Rückkopplung verstärken.

Liebe Frau Adrian, nun haben wir alle „Zahlen“ aufgedeckt. Zum Abschluss
ein letztes „Wort“?

Die IPCC-Berichte sind eine Erfolgsgeschichte. Wissenschaftliche
Genauigkeit ist das Gütesiegel – zuvor von hunderten Forschenden,
Fachleuten und Regierungsmitgliedern evaluiert. Hier können wir
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unsere Ergebnisse und
Risikoabschätzungen in eine Form bringen, die als Grundlage für eine
politische Umsetzung genutzt werden kann.

*****

Die Zahlen in Kürze:

#3!: Binnengewässer werden als 3. Bereich neben dem Land und dem Meer
vernachlässigt. Zwar bedecken sie nur 1 Prozent der Erdoberfläche, sind
aber Lebensraum für 30 Prozent der Wirbeltierarten. Sie sind eine wichtige
Trinkwasserressource, Quelle für Nahrung und Erholungsorte.

#4°C: Wenn wir die Emissionen nicht reduzieren, werden sich Gewässer laut
mathematischer Prognosen um 4 °C erwärmen.

#18%: Der Sauerstoffgehalt in den Süßwasserseen nimmt rapide ab – um ein
Vielfaches schneller als in den Ozeanen. So sank zum Beispiel in den
letzten vier Jahrzehnten der Sauerstoffgehalt im tiefen Wasser von Seen
der gemäßigten Breiten um rund 18 Prozent.

#10d: Laut Modellszenarien werden sich die Seen mit jedem Anstieg der
Lufttemperatur um 1 °C um rund 0,9 °C erwärmen und jährlich 10 Tage kürzer
von Eis bedeckt sein.

#20%: Forschenden untersuchten, wie sich Temperaturlebensräume in Seen als
Reaktion auf den Klimawandel bereits verändert haben – ob sie schrumpfen
oder sich ausdehnen. Für weniger anpassungsfähige Arten reduzierten sich
die Lebensräume zwischen den Zeiträumen 1978-1995 und 1996-2013 weltweit
um fast 20 Prozent.

#60%: 60 Prozent der globalen Fließgewässerstrecken fallen an mindestens
einem Tag im Jahr trocken – über alle Kontinente und klimatischen Zonen
hinweg. Über die Hälfte der Weltbevölkerung lebt in der Nähe dieser
zeitweise trockenfallenden Flüsse – Tendenz steigend. Die Folgen:
Lebensräume schwinden und Treibhausgase werden aus den trockenfallenden
Bereichen freigesetzt.