Einfluss des Menschen und Ökosystemmanagement

Treibhauseffekt und Klimawandel

Der natürliche Treibhauseffekt ist die Voraussetzung für Leben, wie wir es kennen. Kurzwellige Sonnenstrahlung durchdringt die Atmosphäre und erwärmt die Erdoberfläche. Die Erde gibt langwellige Wärmestrahlung ab. Treibhausgase wie Wasserdampf, $\mathrm{CO_2}$, Methan und Distickstoffmonoxid absorbieren einen Teil davon und strahlen ihn zur Erde zurück. Ohne diesen Effekt läge die mittlere Temperatur bei etwa −18 °C statt bei etwa +15 °C.

Beim anthropogenen Treibhauseffekt nimmt die Konzentration der Treibhausgase durch menschliche Aktivitäten zu. Hauptursachen sind die Verbrennung fossiler Energieträger, Rodung von Wäldern und die Landwirtschaft (Methan aus Rinderhaltung und Reisanbau). Es wird mehr Wärmestrahlung zurückgehalten, und die mittlere Temperatur steigt. Belege dafür sind Messreihen wie die $\mathrm{CO_2}$-Kurve von Mauna Loa und Eisbohrkerne: Eingeschlossene Luftblasen zeigen die Zusammensetzung der Atmosphäre über Hunderttausende Jahre.

Rückkopplung: die Eis-Albedo-Rückkopplung

Die Albedo gibt den Anteil der einfallenden Strahlung an, der reflektiert wird. Helle Flächen wie Schnee haben eine hohe Albedo, dunkle Flächen eine niedrige. Es gilt: absorbierte Leistung = Einstrahlung $\cdot\,(1 - \text{Albedo})$.

Beispiel: Bei $250\,\mathrm{W/m^2}$ Einstrahlung absorbiert eine Schneedecke (Albedo 0,8) nur $250 \cdot 0{,}2 = 50\,\mathrm{W/m^2}$. Eine Wiese (Albedo 0,2) absorbiert dagegen $250 \cdot 0{,}8 = 200\,\mathrm{W/m^2}$.

Schmilzt Eis, wird die Fläche dunkler und nimmt mehr Strahlung auf. Das verstärkt die Erwärmung, und es schmilzt noch mehr Eis. Eine solche Wirkung, die den Ausgangsprozess verstärkt, heißt positive Rückkopplung. Eine negative Rückkopplung wirkt dagegen dem Ausgangsprozess entgegen und stabilisiert (Homöostase).

Auswirkungen bewerten: geografisch, zeitlich, sozial

• Geografisch: Meeresspiegelanstieg betrifft Küsten und Inselstaaten, Dürre betrifft andere Regionen, Starkregen wieder andere.

• Zeitlich: $\mathrm{CO_2}$ bleibt lange in der Atmosphäre. Heutige Emissionen wirken über Jahrzehnte bis Jahrhunderte. Deiche und Wälder müssen lange im Voraus geplant werden.

• Sozial: Die Länder mit den geringsten Emissionen und den geringsten Mitteln für Anpassung sind oft am stärksten betroffen (Globaler Süden gegenüber Globalem Norden).

Biodiversität, Neobiota und Schlüsselarten

Biodiversität hat drei Ebenen: genetische Vielfalt (innerhalb einer Art, z. B. Apfelsorten), Artenvielfalt und Vielfalt der Ökosysteme (z. B. Wald, Moor und Wiese in einer Landschaft). Gründe für ihren Schutz: Ökosysteme liefern Leistungen (Bestäubung, Hochwasserschutz, sauberes Wasser), Vielfalt erhöht die Stabilität gegenüber Störungen, und viele Menschen sehen auch einen Eigenwert der Natur.

Neobiota sind Arten, die nach 1492 durch den Menschen in ein Gebiet gelangt sind. Ist eine Art etabliert und verdrängt sie heimische Arten, nennt man sie invasiv. Beispiele in NRW sind Riesen-Bärenklau, Japanischer Knöterich und Waschbär. Gründe für den Erfolg: wenig Fressfeinde, hohe Vermehrung, Konkurrenzvorteile. Dadurch sinkt oft die Artenvielfalt.

Eine Schlüsselart hat einen im Vergleich zu ihrer Häufigkeit sehr großen Einfluss auf ihr Ökosystem. Der Biber staut Bäche auf und schafft Feuchtflächen für viele andere Arten. Fällt eine Schlüsselart aus, verändert sich die gesamte Lebensgemeinschaft.

Konflikte lösen: Naturschutz und Nutzung

Der Biber zeigt, dass ein Gewinn für die Biodiversität Kosten für Landwirte verursachen kann. Für solche Konflikte gibt es ein festes Vorgehen:

Ökosystemmanagement und Renaturierung

Wer ein gestörtes Ökosystem schützen oder wiederherstellen will, geht in der Klausur in drei Schritten vor. Zuerst beschreibt man die Ursache-Wirkungs-Kette, dann die Folgen, dann die Maßnahme mit Begründung.

Beispiel Emscher: Der Fluss wurde lange als Abwasserkanal mit Betonsohle genutzt (Ursache). Folge: wenig Sauerstoff, wenige Arten. Renaturierung bedeutet, einen Lebensraum wieder naturnah zu gestalten, z. B. mit Windungen, Auen und getrenntem Abwasser. Der Erfolg zeigt sich an Indikatoren wie Artenzahl und Sauerstoffgehalt. Beispiel für eine Datenauswertung: Stieg die Zahl der Bachtierarten von 15 (1995) auf 24 (2015) und der Sauerstoffgehalt von 3,0 auf 7,5 mg/L, so beträgt die Zunahme der Artenzahl $\dfrac{9}{15} = 60\,\%$. Beide Indikatoren belegen, dass die Maßnahmen wirken.

Beispiel Sauerland: Fichtenmonokulturen wurden wegen schnellen Wachstums gepflanzt. Sie sind aber anfällig gegen Sturm (Kyrill 2007), Trockenheit und Borkenkäfer. Die Schäden sind in Reinbeständen größer als in Mischwäldern. Der Umbau zu Mischwald erhöht die Vielfalt und damit die Stabilität.

Maßnahmen bewerten und nachhaltig nutzen

Nachhaltige Entwicklung verbindet drei Dimensionen: ökologisch, ökonomisch und sozial. Eine Maßnahme ist nachhaltig, wenn sie künftigen Generationen ihre Möglichkeiten nicht nimmt. Der Begriff stammt aus der Forstwirtschaft (von Carlowitz): Es darf nur so viel Holz geschlagen werden, wie nachwächst.

Kriterien aufstellen und abwägen

Eine Bewertung hat feste Schritte: Maßnahmen beschreiben, Kriterien aufstellen (z. B. Wirksamkeit, Kosten je eingesparter Tonne, Dauer bis zur Wirkung, Nebenwirkungen auf die Biodiversität, Gerechtigkeit), jede Maßnahme je Kriterium beurteilen, abwägen und die Entscheidung begründen. Verschiedene Gewichtungen der Kriterien führen zu verschiedenen, aber jeweils begründbaren Ergebnissen.

Maximaler Dauerertrag

Ein Fischbestand wächst nach: Der Zuwachs $Z$ hängt von der Bestandsgröße $B$ ab. Bei kleinem Bestand ist er klein, weil wenige Tiere sich fortpflanzen. Bei sehr großem Bestand ist er klein, weil Nahrung und Raum knapp werden. Dazwischen liegt ein Maximum.

Wird dem Bestand jedes Jahr genau der Zuwachs entnommen, bleibt er gleich groß. Der größte Fang, der dauerhaft möglich ist, heißt maximaler Dauerertrag (MSY). Er liegt beim Maximum der Zuwachskurve.

Beispiel: $Z = 0{,}3 \cdot B \cdot \left(1 - \dfrac{B}{800}\right)$. Das Maximum liegt bei $B = 400$ kt mit $Z = 0{,}3 \cdot 400 \cdot 0{,}5 = 60$ kt/a. Der Zuwachs beträgt höchstens 60 kt/a. Eine Fangquote von 70 kt/a ist daher größer als jeder mögliche Zuwachs. Der Bestand schrumpft, die Quote ist nicht nachhaltig.

Auf einen Blick

• Natürlicher Treibhauseffekt: notwendig (+15 °C statt −18 °C). Anthropogener Treibhauseffekt: zusätzliche Treibhausgase durch Menschen. Belege: Messreihen, Eisbohrkerne.

• Prozentuale Änderung = Änderung : Ausgangswert. Absorbierte Strahlung = Einstrahlung $\cdot\,(1-\text{Albedo})$. Eis-Albedo-Rückkopplung = positive Rückkopplung.

• Auswirkungen bewerten: geografisch, zeitlich, sozial.

• Biodiversität: genetische Vielfalt, Artenvielfalt, Ökosystemvielfalt. Neobiota, invasive Arten, Schlüsselarten (Biber).

• Bewerten: Kriterien aufstellen, Optionen abwägen, Entscheidung begründen; deskriptiv und normativ trennen.

• Nachhaltige Nutzung: Entnahme höchstens gleich Zuwachs, maximaler Dauerertrag beim Maximum der Zuwachskurve.

Zurück zum Anfang: Deiche, die Emscher und die Fichten im Sauerland sind Folgen oder Antworten auf menschliches Handeln. Mit Ursache-Wirkungs-Ketten, Daten und offenen Kriterien lassen sich diese Fälle auswerten und bewerten.