Anzeichen des Klimawandels in der Pflanzen- und Tierwelt

In der Phänologie werden jahreszeitlich wiederkehrende Erscheinungen in der Pflanzen- und Tierwelt beobachtet wie zum Beispiel Austrieb und Blüte von Pflanzen oder die Wiederkehr von Zugvögeln im Frühjahr. Diese Phänomene, auch phänologische Phasen genannt, stehen zum Teil in engem Zusammenhang mit Umweltfaktoren wie der Lufttemperatur. Sie sind deshalb besonders sensible Indikatoren für allmähliche Veränderungen des Klimas und zeigen positive wie negative ökologische Auswirkungen des Klimawandels auf. Andere Reaktionen in der Pflanzen- und Tierwelt wie die Veränderung von Arealen und Verbreitungsgebieten, insbesondere ihre Verschiebung in Richtung Pole und höhere Lagen sowie die Veränderung der Zusammensetzung und der Dynamik der Ökosysteme sind ebenfalls bekannt. Der Eintritt von phänologischen Phasen ist aber der geradlinigste Prozess, um die Folgen der Klimaerwärmung aufzuspüren und soll deshalb im Mittelpunkt des folgenden Beitrages stehen.

In den letzten vier bis fünf Jahrzehnten werden Frühlingsaktivitäten wie die Eiablage oder der erster Gesang von Vögeln, die Rückkehr von Zugvögeln, das Erscheinen von Schmetterlingen, das Laichen von Amphibien sowie der Austrieb und die Blüte von Pflanzen früher beobachtet als in der Zeit zuvor. Mittlerweile existiert eine Vielzahl von Studien, die eine durchschnittliche Verfrühung von Blattentfaltung und Blüte um 1,4 bis 3,1 Tage pro Dekade in Europa bzw. um 1,2 bis 2,0 Tage (im Einzelfall auch 3,8 Tage) pro Dekade in Nordamerika festgestellt haben (Walther et al. 2002).

Die Auswertung der Daten der in den sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts mit geklonten Bäumen und Sträuchern angelegten Internationalen Phänologischen Gärten in Europa war dabei ein wichtiger Meilenstein. Anhand der Beobachtungen an diesen genetisch identischen Pflanzen konnte für große Regionen in Europa gezeigt werden, dass sich der Zeitpunkt von Blattentfaltung und Blüte in den letzten 30 Jahren im Mittel um rund sechs Tage verfrüht hat, während sich Herbstphasen wie Blattverfärbung oder Blattfall im selben Zeitraum fast überall um durchschnittlich 4,8 Tage verspäteten, folglich die Vegetationsperiode um rund elf Tage länger geworden war (Menzel und Fabian 1999).

Herbstphasen wie Laubverfärbung und Laubfall tendieren zu späteren Eintrittsterminen. Diese Veränderungen variieren jedoch stärker und sind weniger einheitlich ausgeprägt als im Frühjahr. Das liegt unter anderem daran, dass bei den Herbstphasen neben der Temperatur, die nahezu ausschließlich den Eintritt des Frühjahrs steuert, auch andere Einflussgrößen, wie z. B. Wasserstress von Bedeutung sind. In Europa hat sich über die letzten 30 Jahre der Zeitpunkt der Laubverfärbung um 0,3 bis 1,6 Tage pro Dekade verspätet. Unter Berücksichtigung des Frühjahrs verlängerte sich hieraus die Vegetationsperiode um bis zu 3,6 Tage pro Dekade in den letzten drei bis fünf Jahrzehnten (Walther et al. 2002, Menzel 2002).

Die in Europa und Nordamerika beobachtete verlängerte Vegetationsperiode stimmt sehr gut überein mit Veränderungen, die man anhand von Vegetationsindizes aus Satellitenbildern für die mittleren und höheren Breiten der Nordhalbkugel abgeleitet hat (Myneni et al. 1997, Zhou et al. 2001). Auch aus dem Jahresgang des CO₂-Gehalts mit seinem winterlichen Maximum auf der Nordhalbkugel lässt sich ein früherer Eintritt des Frühjahrs ableiten, denn die Abnahme zum sommerlichen Minimum tritt heute sieben Tage früher ein als noch 1960 (Keeling et al. 1996). Die Höhe dieser jährlichen Schwankungen in den CO₂-Messreihen und den Vegetationsindices aus Satellitendaten belegen auch eine verstärkte pflanzliche Aktivität während der Vegetationsperiode. Aufzeichnungen über das Auftauen und Zufrieren von Flüssen und Seen weisen ebenfalls auf eine fortschreitende Ausdehnung der warmen Jahreszeit bzw. der frostfreien Periode hin.

Die phänologische Reaktion von Pflanzen auf veränderte Temperaturen spiegelt sich auch im Tierreich wider. In Abb. 3 sind die Ergebnisse phänologischer Beobachtungen an Vögeln und Pflanzen sowie mittlere Frühjahrstemperaturen in Deutschland gegenübergestellt. Andere Beispiele aus der Tierwelt betreffen beispielsweise die Erstbeobachtung von Schmetterlingen oder das Laichen verschiedener Amphibienarten (z. B. des Laubfrosches), die an vielen Stellen nun früher beobachtet werden. Eine Vielzahl von Vogelarten in Europa und Nordamerika brütet im Mittel 6 bis 14 Tage früher als noch vor 30 Jahren. Bei den Zugvogelarten in unseren Breiten wird in den letzten Jahrzehnten ein zunehmend späterer Wegzug, ein früherer Heimzug, eine Verkürzung der Zugstrecken oder häufigeres Überwintern im Brutgebiet beobachtet. So kommen Zugvögel nun um 1,3 bis 4,4 Tage pro Dekade früher an (Walther et al. 2002).

Der Einfluss der Temperatur auf Frühjahrsaktivitäten im Tierreich konnte an zahlreichen Beispielen untersucht werden. Bei Zugvögeln spielt zusätzlich der Temperaturverlauf auf der Wanderroute eine Rolle. Die Reaktion der Vögel auf die Temperatur wird durch Tageslänge, genetische Regulationsmechanismen sowie die Populationsgröße und -dichte verändert. Deshalb ist die Reaktion bei Langstreckenziehern komplexer, von denen einige Arten keine Reaktion bzw. auch Verspätungen zeigen. Daneben dehnen südeuropäische Tierarten zunehmend ihre Verbreitungsgebiete nach Mitteleuropa aus und wandern in Mitteleuropa ein (z. B. Delta-Lehmwespe, Feuerlibelle).