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Fotosynthese ist ein essenzieller Prozess für das heutige Leben auf der Erde. Pflanzen und Algen wandeln dabei mithilfe von lichtabsorbierenden Stoffen wie Chlorophyll Lichtenergie in chemische Energie um. Mit dieser Energie bauen sie aus Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser organische Stoffe – vornehmlich Kohlenhydrate wie Glukose – auf, wobei Sauerstoff als Abfallprodukt anfällt.
Lebewesen, die nicht selbst zur Fotosynthese fähig sind, etwa wir Menschen, hängen indirekt von diesem Prozess ab, da sie ihm ihre Nahrung und den lebensnotwendigen Sauerstoff verdanken. Dieser Prozess funktioniert allerdings nur unter bestimmten Temperaturbedingungen.
Im Licht dieser Tatsachen sind die Ergebnisse einer neuen Studie, die im Fachmagazin «Nature» erschienen ist, bedeutsam. Das Forschungsteam um den Ökologen Christopher Doughty von der University of Northern Arizona nutzte neue Methoden zur Messung der Temperatur von Blättern und Blattwerk in tropischen Wäldern. Die Wissenschaftler kombinierten Satellitendaten von thermischen Sensoren auf der Internationalen Raumstation (ISS) mit Beobachtungen aus Feldversuchen und gewannen so ein umfassendes Bild der aktuellen Blatttemperaturen der tropischen Wälder in Südamerika, Afrika und Südostasien.
Das Forschungsteam kam zum Schluss, dass die Blätter dort bei Temperaturen über 46,7 Grad ihre Fähigkeit zur Fotosynthese zu verlieren beginnen. Es handelt sich dabei nicht um eine scharf definierte Grenze, sondern um einen Mittelwert: Wenn die Sonne auf die Blätter scheint, können sie sich stark aufheizen, wobei einzelne Blätter viel heisser werden können als die Durchschnittstemperatur des gesamten Blätterdaches. Manche Blätter werden sogar so heiss, dass sie keine Fotosynthese mehr betreiben können. Sind sie den Extremtemperaturen länger als acht Minuten ausgesetzt, beginnen sie abzusterben.
Es verwundert nicht, dass den Forschern deshalb die Klimaerwärmung Sorgen macht – es besteht die Gefahr, dass dadurch immer mehr Blätter ihre Fähigkeit zur Fotosynthese einbüssen und absterben. Derzeit überschreiten gemäss den Erkenntnissen der Studie nur 0,01 Prozent der Blätter in tropischen Wäldern diese kritische Temperatur.
Doch die Forscher modellierten in einer Simulation, was passieren könnte, wenn sich die Lufttemperaturen im Zuge der Klimaerwärmung erhöhen. Dazu setzten sie Blätter in Baumkronen bei Tests in Brasilien, Puerto Rico und Australien Temperaturerhöhungen um zwei, drei und vier Grad aus. «Wir waren wirklich überrascht zu sehen, dass die Temperatur der Blätter um bis zu acht Grad Celsius ansteigt, wenn es nur ein paar Grad wärmer wird», stellt Doughty fest. «Das zeigt einen beunruhigenden, nicht linearen Trend, den wir nicht erwartet hatten.»
Die Modelle der Wissenschaftler weisen darauf hin, dass bei fortschreitendem Klimawandel ganze Baumkronen absterben könnten. Der Kipppunkt liegt gemäss den Simulationen bei einer globalen Erwärmung von knapp vier Grad. Derzeit steuert die Welt zwar auf einen Wert von 2,4 Grad Erwärmung zu, doch ein solcher Temperaturanstieg um vier Grad erscheint durchaus realistisch, falls nicht weltweit restriktive Massnahmen zur Verringerung der CO₂-Emissionen eingeführt werden.
Eine Erwärmung um vier Grad könnte dazu führen, dass der Anteil der Blätter, die zu heiss werden und absterben, auf 1,4 Prozent steigt. Dies würde wiederum die kühlende Wirkung des Blätterdachs reduzieren und die Bäume zusätzlichem Stress aussetzen. Wenn die Zahl der abgestorbenen Blätter zunimmt, können schliesslich auch die Bäume eingehen.
Am stärksten gefährdet ist laut der Studie der Amazonas-Regenwald, wo die Temperaturen bereits etwas höher sind als im Kongo-Becken. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Bäume im Amazonasgebiet schneller absterben als in Zentralafrika. Dies ist ein Indiz dafür, dass erhöhte Temperaturen in der Tat ursächlich für die erhöhte Sterblichkeit sind, zumindest teilweise.
Laut Christopher Still, Professor für Waldökosysteme an der Oregon State University, liefert die Studie – an der er nicht beteiligt war – einige neue Erkenntnisse. Meist stehe die Auswirkung der Trockenheit auf den Verlust von Bäumen im Vordergrund, doch die Studie zeige, dass es nicht nur um Trockenheit gehe. Man müsse sich auch Gedanken über die Temperaturen machen, denen die Blätter ausgesetzt sind, sagte Still dem US-Fernsehsender CNN.
Er räumte zwar ein, dass die Zahlen aus der Studie niedrig seien, fügte jedoch hinzu: «Ich würde mich weniger auf die Prozentsätze konzentrieren, sondern mehr auf die Vorstellung von Blättern, die gegen diese wirklich hohen Temperaturen ankämpfen, und darauf, wie oft das passiert, wie lange es anhält und was es wirklich bedeutet.»
Das Ökosystem des Amazonas-Regenwalds ist, wie sich einmal mehr herausstellt, fragiler als angenommen. Wenn sich dieser riesige Tropenwald letztendlich in eine Savanne oder gar in ein unbewohnbares Gebiet verwandeln könnte, wäre das nicht etwa deshalb so verheerend, weil dann hier viel weniger Sauerstoff produziert würde. Die oft genannten 20 Prozent der globalen Sauerstoffproduktion sind massiv übertrieben.
Doch allein der brasilianische Regenwald speichert nach Berechnungen des Potsdam Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) zwischen 290 und 440 Milliarden Tonnen CO₂ in Biomasse und in Böden. Sterben die Bäume ab, gelangt ein grosser Teil dieses Kohlenstoffs in Form von Treibhausgasen in die Atmosphäre. Die tropischen Wälder, die ungefähr neun Prozent der Landfläche der Erde einnehmen, sind aber nicht nur als Kohlenstoffsenken von Bedeutung. Sie sind auch sehr wichtige Klimaregulatoren – und sie beherbergen mehr als die Hälfte aller Spezies des Planeten.
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