Teil B

Die Klimaveränderung bringt, so wie viele andere Naturereignisse, Gewinner und Verlierer hervor.

Erläutere, ausgehend von einer langfristigen globalen Temperaturänderung, jeweils drei positive und drei negative Folgen für Pflanzen.

Leite daraus vier mögliche Auswirkungen für Tiere ab.

Beziehe in deine Darstellung Sachverhalte aus der nachfolgenden Materialsammlung ein.

20 BE

Material 1

„Das Klima im engeren Sinn ist definiert als statistisches Durchschnittswetter, das in einer Region über Monate bis hin zu Tausenden von Jahren herrscht.“

Anzahl heißer Tage (Tage mit einem Lufttemperatur-Maximum über 30 °C) in Deutschland

Jährliche mittlere Tagesmitteltemperatur in Deutschland der Jahre 1881 bis 2020

Material 2

Höhenstufen der Vegetation in den Alpen

Material 3

Gehölze benötigen einen Kältereiz im Winter in Form von Frost, um wieder auszutreiben, Blüten auszubilden und weniger anfällig für biotischen Stress zu sein.

Obstart	Anzahl der Kältestunden zur Erfüllung des Kältereizes
Kiwi
Feige
Apfel
Kirsche
Erdbeere

Anzahl von Kältestunden zur Beendigung der Winter-Ruhephase physiologischer Prozesse ausgewählter Obstarten (sorten- und standortabhängig)

Für die Keimung reifer Samen mancher Pflanzen wie Bärlauch, Waldmeister, Schlüsselblume und Heidelbeere ist ein Kältereiz ebenfalls Voraussetzung. Damit die Samen im Herbst nicht gleich keimen und dann in der kalten Jahreszeit erfrieren, enthalten sie eine schützende Keimblockade aus hemmenden Substanzen. Durch niedrige Temperaturen im Winter werden diese hemmenden Substanzen abgebaut. Erst nach einigen Wochen mit Temperaturen um den Gefrierpunkt ist die „Kaltschranke“ überwunden und die Pflänzchen können auskeimen. Derartige Pflanzen nennt man Kaltkeimer.

Material 4

Der Begriff „Phänologie“ bezeichnet heute im Wesentlichen die Beobachtung von Entwicklungsvorgängen von Lebewesen im Freien. So wird z. B. in einem deutschlandweiten Beobachtungsnetz erfasst, wann in den einzelnen Jahren die Blüte bestimmter Pflanzen einsetzt oder wann Blätter der Laubbäume abfallen. Diese phänologischen Phasen hängen u. a. von der Temperaturentwicklung in den jeweiligen Jahren ab.

Beginn der Schneeglöckchenblüte (Gebietsmittel von Deutschland)

Beginn der Apfelblüte (Gebietsmittel von Deutschland)

Blattfall der Stieleiche (Gebietsmittel von Deutschland)

Dauer der Vegetationsperiode (Gebietsmittel von Deutschland)

Material 5

Trotz sich verändernder Temperaturen über lange Zeiträume besteht nach wie vor in vielen Regionen Frostgefahr.

Standort

Höhe ü. NN

Jan

Feb

Mrz

Apr

Mai

Jun

Jul

Aug

Sep

Okt

Nov

Dez

Jahr

Jena

Gera

Martinroda

Kleiner Inselsberg

Neuhaus a. Rennweg

Schmücke

Anzahl der Frosttage an ausgewählten Messstationen Thüringens – Mittelwerte von 1991– 2020 (generiert am 19. 02. 2021 vom Deutschen Wetterdienst)

„Spätfrost“ – auch Frühjahrsfrost genannt – ist Frost, der nach Beginn der Vegetationsperiode auftritt und vielen Pflanzen (und Tieren) gefährlich werden kann.

Material 6

„Durch Klimaänderungen können natürliche Ausbreitungsgrenzen, wie Flüsse, Gletscher oder Schneeflächen verändert werden. Auf diese Weise können Populationen geteilt werden aber auch Arten zusammentreffen, die sich früher nie begegnet sind.“

Folgen der Temperaturänderung für Pflanzen

Die Modifikationen der Temperatur, wie etwa der Zunahme der Durchschnittstemperaturen, die Aufwärtstendenz bei der Anzahl heißer Tage (M 1) sowie ausgedehnte Hitzeperioden, bringen für zahlreiche Pflanzen positive Effekte mit sich.

Die ansteigenden Temperaturen in Deutschland führen zu einer Verlängerung der Phase des Pflanzenwachstums. Gemäß den Daten aus Material 4 verzeichnet die Dauer der Vegetationsperiode im Zeitraum von 1960 bis 2020 eine kontinuierliche Zunahme. Für die Flora ist dies vorteilhaft, da ihr mehr Zeit für das Wachstum und den Aufbau von Biomasse zur Verfügung steht. Beispielsweise verschiebt sich der herbstliche Laubfall der Stieleiche seit dem Jahr 1960 tendenziell nach hinten (M 4), weswegen die Bäume über einen längeren Zeitraum belaubt bleiben und fotosynthetisch aktiv sein können. Infolge der ausgedehnten Vegetationszeit gelingt es vielen Pflanzenarten zudem, pro Jahr eine deutlich größere Menge an Nachkommen hervorzubringen.

Ein zusätzlicher Vorteil für die Flora daselbst resultiert aus den erhöhten Temperaturen per se, da die grundlegenden Lebensfunktionen unter diesen Bedingungen beschleunigt ablaufen. Dies lässt sich mithilfe der RGT-Regel begründen. Diese besagt, dass sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion bei einer Temperatursteigerung um näherungsweise verdoppelt. Die Vitalfunktionen lassen sich auf diese Weise effektiver vollziehen. Wie aus Material 1 hervorgeht, lässt sich für die durchschnittliche Tagestemperatur im Jahresmittel in Deutschland seit 1881 eine steigende Tendenz nachweisen. Für eine Vielzahl von Pflanzen und deren Metabolismus erweist sich dies zunächst als vorteilhaft, wenngleich zu beachten ist, dass diese Effekte nicht für sämtliche Pflanzenarten in gleichem Maße zutreffen.

Eine weitere Konsequenz der langfristigen globalen Erwärmung betrifft die Verschiebung der natürlichen Verbreitungsareale (M 6). Ein positiver Aspekt für Pflanzen besteht darin, dass sie sich in neuen Regionen ansiedeln können. Betrachtet man die vertikale Gliederung der Vegetation in den Alpen (M 2), wird eine unmittelbare Kopplung zwischen dem Klima und der Pflanzendecke deutlich. Bei steigenden Temperaturen ist davon auszugehen, dass sich beispielsweise die Grenze des ewigen Schnees nach oben verlagert, wodurch Pflanzen in größeren Höhenlagen existieren können. Zudem verringern sich die Phase des Wachstums sowie die Wuchshöhe der Pflanzen in den Alpen mit zunehmender Höhe und der damit einhergehenden Abkühlung. Im Falle einer Temperaturerhöhung steht zu erwarten, dass die Pflanzen auch in höheren Lagen eine verlängerte Wachstumsphase aufweisen und größere Wuchshöhen erreichen.

Der weltweite Temperaturwandel bringt jedoch ebenso eine Vielzahl an negativen Auswirkungen für die Pflanzenwelt mit sich. Im Folgenden werden drei exemplarische Beispiele hierfür dargelegt.

Wie aus Material 3 ersichtlich wird, erweist sich die Erwärmung für spezifische Pflanzen wie Äpfel, Kirschen oder Erdbeeren als problematisch, da diese auf eine definierte Menge an Kältestunden angewiesen sind, um ihre winterliche Ruhephase zu beenden und neue Triebe zu bilden. Material 3 macht zudem deutlich, dass der Faktor Temperatur für sogenannte Kaltkeimer wie Bärlauch, Waldmeister oder Heidelbeeren eine essenzielle Rolle spielt. Die Samen dieser Arten weisen im Herbst eine Keimhemmung auf, die durch spezifische Substanzen bedingt ist. Der Abbau dieser inhibitorischen Stoffe erfolgt ausschließlich durch hinreichend niedrige Temperaturen während der Wintermonate. Bleibt die Demontage dieser Hemmstoffe aus, unterbleibt der Keimprozess.

Ungeachtet der generell ansteigenden Temperaturen existiert in manchen Regionen nach wie vor das Risiko von Frostereignissen (M 5). Dies ist deshalb besonders folgenschwer, weil der Blühbeginn vieler Pflanzen sich immer weiter nach vorne im Jahr verschiebt. So verdeutlicht Material 4, dass die Apfelblüte zunehmend früher einsetzt. Wenn im Anschluss an eine längere Periode milder Temperaturen, in der viele Pflanzen bereits ausgetrieben und Blüten angelegt haben, Spätfrost auftritt, zeigen sich an zahlreichen Gewächsen Frostschäden. Solche Schädigungen tragen zu einer verminderten Produktion von Samen und Früchten bei.

Analog dazu, dass der Temperaturwandel Pflanzen das Erschließen neuer Areale ermöglicht, kann er auch den Verlust adäquater Habitate nach sich ziehen. Die Frequenz heißer Tage in Deutschland nimmt zu (M 1), wodurch eine wachsende Zahl an Pflanzen vermehrt unter Trockenstress leidet. Nicht jede Pflanzenart besitzt Anpassungen an Hitzeperioden und Aridität. So wurden beispielsweise diverse Waldflächen in Deutschland in der jüngeren Vergangenheit durch Trockenheit, Stürme sowie Schädlingspopulationen massiv beeinträchtigt. Insbesondere Fichtenmonokulturen in den Regionen des Harzes und in Thüringen erlitten infolge der ausgedehnten Trockenphasen sowie des Befalls durch Borkenkäfer erhebliche Schäden oder wurden vollständig vernichtet.

Auswirkungen für Tiere

Innerhalb eines Ökosystems nehmen Tiere die Rolle der Konsumenten ein, da sie ihre Energie aus der von Pflanzen bereitgestellten Biomasse beziehen. Demnach sind die Konsumenten existentiell von den pflanzlichen Produzenten abhängig. Flora und Fauna stehen über mehr oder minder vielschichtige Nahrungsnetze miteinander in Verbindung. Eine Transformation der Pflanzengemeinschaften zieht somit unweigerlich gravierende Konsequenzen für die Tierbestände nach sich.

Wie dargelegt, bedingen die thermischen Veränderungen unter anderem eine Dezimierung der sogenannten Kaltkeimer. Diese Gewächse bilden das Fundament der Nahrungskette. Tierarten, deren Überleben an diese spezifischen Pflanzen gekoppelt ist, sind infolgedessen von Nahrungsknappheit betroffen, was den Wettbewerb untereinander massiv verschärft. Dies beeinträchtigt die Reproduktionsrate, sodass die Populationsgrößen stark zurückgehen. Sollten die primären Futterpflanzen nicht mehr in ausreichendem Maße verfügbar sein und ein Wechsel auf alternative Nahrungsressourcen fehlschlagen, droht diesen Arten im Extremfall das Aussterben.

Demgegenüber herrscht durch eine ausgedehnte Vegetationsphase ein optimiertes Nahrungsangebot für die Tierwelt. Verzögert sich beispielsweise der herbstliche Laubabwurf bei Bäumen wie der Stieleiche, bietet dies Tieren erhebliche Vorteile. Da Tiere als Konsumenten auf pflanzliche Kost angewiesen sind, erweist sich ein zeitlich verlängerter Zugriff auf diese Ressourcen im Jahreszyklus als vorteilhaft. Die gesteigerten Temperaturen kurbeln das Wachstum der Pflanzen an, wodurch der Tierwelt im Allgemeinen eine größere Menge an pflanzlicher Biomasse zur Verfügung steht.

Die durch Hitze und Trockenheit hervorgerufene Degradation von Habitaten betrifft die Tierwelt in gleicher Weise wie die Pflanzenwelt. Finden Tiere in ihrer angestammten Umgebung aufgrund des Absterbens der dortigen Flora keine Nahrung mehr, versuchen sie unter Umständen, in alternative Lebensräume abzuwandern oder auf andere Futterpflanzen auszuweichen. Ein solcher Wechsel ist jedoch vielfach blockiert. Pflanzen und Tiere haben im Zuge der evolutionären Entwicklung spezifische Anpassungen an ökologische Faktoren wie Wasserverfügbarkeit, Lichtverhältnisse und Temperaturbereiche herausgebildet. Stenöke Organismen fungieren oft als Indikator- oder Zeigerarten, da sie bezüglich mindestens eines Faktors eine geringe ökologische Potenz besitzen. Derartige Spezies vermögen Schwankungen bestimmter abiotischer Umweltvariablen (in diesem Kontext der Temperatur) kaum zu kompensieren und sterben infolgedessen häufig aus.

Eine durch den Temperaturanstieg induzierte zeitliche Verschiebung der Blühphase mancher Pflanzen birgt ebenfalls Risiken, sofern die Blütezeit einsetzt, bevor die entsprechenden Bestäuberorganismen (wie Bienen) phänologisch aktiv sind. Diese Konstellation verdeutlicht die hochgradig synchronisierten, engen Interaktionen zwischen Flora und Fauna. Für die Bestäuber fallen dadurch essenzielle Nahrungsquellen fort, was eine Intensivierung sowohl der innerartlichen als auch der zwischenartlichen Konkurrenz zur Folge hat.

Fazit

Die fortschreitende globale Erwärmung stellt eine Bedrohung für eine Vielzahl von Spezies dar. Vor allem für hochspezialisierte Organismen mit einem schmalen Toleranzfenster verschlechtern sich die Überlebenschancen drastisch. Die Konsequenz ist eine Destabilisierung des Gefüges der Nahrungsketten, was das biologische Gleichgewicht tiefgreifend stört. Dies repräsentiert jedoch lediglich einen Teilaspekt der Klimakrise. Die graduellen Transformationen unserer Biosphäre rufen zahlreiche weitere ökologische Krisen hervor, darunter das Abschmelzen von Gletschern, das Ansteigen des globalen Meeresspiegels, die Denaturierung von Böden durch Versalzung, die marine Versauerung sowie die fortschreitende Desertifikation.

Der Klimaschutz muss demnach auf staatlicher sowie globaler Ebene mit deutlich höherer Priorität verfolgt werden.