Biome im Wandel: Der Einfluss des Menschen

 

Qualitative Trends bei Ökosystemen und ihren Leistungen


Homo sapiens hat seit seiner globalen Ausbreitung, die mit der Landnahme von Nord- und Südamerika vor etwa zehntausend Jahren als im wesentlichen abgeschlossen gelten konnte, durch seine Jagdpraktiken, die nach Ansicht eines Teils der Wissenschaftler zur Ausrottung vieler Großtierspezies beitrugen, durch die Erfindung von Ackerbau und Viehzucht mit der folgenden Umwandlung von Landflächen in bebaute Felder und genutzte Weiden, durch den modernen großmaßstäblichen Fischfang sowie den heute global wirksamen Eintrag von Chemikalien in Luft, Wasser und Boden einen erheblichen Einfluss auf die Oberflächenverwendung und -Natürlichkeit genommen.
Im folgenden werden beispielhaft zeitliche Entwicklungsindikatoren für Biome, Lebewesen und Effekte für den Menschen gezeigt.

 
                        Konversion terrestrischer Biome
      hellbraun: vor 1950; orange: 1950-1990; dunkelbraun: 1990-2050 (Vorhersage)
Quelle: MEA 2005 (1)

Die Graphik rechts zeigt den Konvertierungsgrad der wichtigsten Biome von ihrem natürlichen, vormenschlichen Grundzustand (auf Basis des Klimas seit Ende der letzten Kaltzeit vor etwa zehntausend Jahren) zu ihrem kultivierten Zustand oder ihrer geänderten Nutzung heute.
Man kann ablesen, dass außer den wenig genutzen Biomen Tundra und Taiga (borealer Wald) alle zwischen 20 % und 70 % konvertiert sind, mit erschreckenden Prognosen von weiteren 15-30 % bis 2050 für alle tropischen Biome, Feuchtgebiete und offen bewachsenes Bergland (1).

Eine andere Studie schaut quasi rückwärts, von heute in die Vergangenheit, und schätzt die Natürlichkeit der Biome in ihrer heutigen Flächenzusammensetzung ab (Biomklassifizierung nach Natürlichkeit, (2)). Dort werden Tundra und borealer Wald mit (jeweils gerundet) 90 % Natürlichkeit angegeben, der tropische Regenwald mit 75 %, weitere wichtige Biomtypen mit um die 50 % Natürlichkeitsgrad.
Die "neuen" Flächennutzungsformen "kultiviert" und "versiegelt" betragen ca. 20 % der Landoberfläche (2).

Auch wenn beide Sichtweisen nicht direkt miteinander vergleichbar sind, erschließt sich, dass im groben Durchschnitt die terrestrische Erdoberfläche heute zur Hälfte anthropogen verändert ist, mit deutlichen Schwerpunkten im tropischen und gemäßigten Klimabereich.

Es folgen beispielhaft Verlustangaben für einige Biome.

  • Der globale Waldbestand nimmt netto jährlich um 73 000 Quadratkilometer ab, dies entspricht 0,18 % pro Jahr. Auf nationaler Ebene beträgt der Verlust bis über 2 % (s. auch Wald als Kohlenstoffspeicher). Wälder beherbergen 80-90 % der terrestrischen Biodiversität (15).
  • Feuchtgebiete, mit etwa 6 % der Landfläche und 2 % der Küste, haben in den vergangenen 100 Jahren 50 % verloren. Speziell Mangroven nahmen in den letzten 30 Jahren um 20 % ab (15).
  • Tropische Korallenriffe bedecken nur 1,2 % der Kontinentalschelf-Fläche, beherbergen jedoch ein Viertel aller Meeresfischarten. 20 % sind zerstört, 30 % sind beschädigt, 60 % sind bedroht durch Temperaturerhöhung und Übersäuerung (15)


 
                                                                                        Living Planet Index 1970-2008                                                                               
                                                 links: gesamt
Quelle: WWF 2012 (3)
                             rechts: nur Landbewohner
                        braun: gemäßigte, gelb: tropische Klimazonen
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Der "Living Planet Index" ist eine gewichtete Zusammenstellung der zeitlichen Entwicklung von über 9000 Populationen von knapp 2700 Wirbeltierspezies, aus den Gruppen Säugetiere, Amphibien, Reptilien und Fische.
Er dient als Anzeiger für die Entwicklung der gesamten Biodiversität.
Die obige Graphik zeigt, dass dieser Index in knapp 40 Jahren um 28 % sank. Typisch sind teils drastische Unterschiede zwischen Tropen und gemäßigten oder nördlichen Klimazonen, wie die rechte Abbildung für die landlebenden Tiere zeigt. Der regionale Gesamtindex (Land und Wasser) für den Indopazifik sank im selben Zeitraum um 64 %, für den neotropischen Raum (Südamerika) um 50 %, für den afrotropischen Raum um 38 %. Andererseits stieg der Index für Meeresbewohner gemäßigter Breiten um 53 %, der gemäßigte Süßwasserindex um 36 % (ohne Abbildung) (3).

 
                        Globale Trends der Meeresfischbestände seit 1974
                                   Kreis: Nicht voll ausgebeutet; Quadrat: Voll ausgebeutet
                                   Dreieck: Überfischt / zusammengebrochen / in Erholung

  Quelle: FAO 2010 (6)

Als unmittelbar wirtschaftlich relevante Spezies sei der atlantische Kabeljau genannt, der heute (2011) zu etwa 1,0 Millionen Tonnen pro Jahr gefangen und als Standardfischprodukt vermarktet und gegessen wird.
Sein Index (25 Populationen) fiel wegen Überfischung seit 1960 um 74 % (3).
Laut Statistik der Ernährungsorganisation der Vereinten Nationen FAO (4) betrug der Fang 1950 2,0 Millionen Tonnen, um nach einem Hoch von 3,9 Millionen Tonnen 1968 auf 0,7 Millionen Tonnen 2008 zusammenzubrechen. Es liegt nahe, anzunehmen, dass die technologische und Kapazitäts-Aufrüstung der Fangflotten die Überfischung der vergangenen Jahrzehnte bewirkte.  
Für die Mitte des 19. Jahrhunderts wird die Kabejaupopulation im Atlantik auf über das Zehnfache von heute geschätzt (5).

Unter dem Aspekt "Fisch als Grundnahrungsmittel" seien folgende Zahlen genannt: Global wurden 2008 142 Millionen Tonnen Fisch gefangen oder gezüchtet (30 % Süßwasser, 70 % Salzwasser; von letzteren 80 % durch Fang), was zu einem Pro-Kopf-Verzehr von 17 kg pro Person und Jahr (brutto) führte. Diese Menge deckt statistisch ca. 6 % des verzehrten Proteins ab.
Kommerziell ausgedrückt wurde für den Fischfang 2008 ein "Produktions"-Wert von 93 Mrd. US-Dollar geschätzt (ohne China), was grob einem US-Dollar pro kg als Erstverkaufspreis entspricht (7).
Die Graphik rechts oben zeigt die Entwicklung der globalen Meeresfischbestände in den vergangenen 35 Jahren. Etwa die Hälfte wird konstant am Limit befischt, wohingegen die überfischten Bestände kontinuierlich von 10 auf 30 % anstiegen.

 
                                      MSA-Prognose bis 2050
    dunkelgrün: "Verbleibende MSA" (Mean Species Abundance) = Verbleibende mittlere Artenvielfalt
OECD: 34 meist entwickelte Mitgliedsstaaten; BRIICS: Brasilien, Russland, Indien, Indonesien,China, Südafrika
Quelle: OECD 2012 (8)

Alternativ zum Living Planet Index, der auf praktisch durchgeführten Populationszählungen beruht, wird das Konzept der "Mean Species Abundance" (MSA; durchschnittliche [terrestrische] Artenvielfalt) benutzt. Dieses beruht auf Modellberechnungen, in denen die Effekte von Störungen in Habitat, Klima usw. auf Populationen abgeschätzt werden.
In nebenstehender Graphik kann abgelesen werden (dunkelgrün), dass die terrestrische Artenvielfalt von einem Iststand 67 % (gegen den natürlichen Grundzustand) im Jahr 2010 auf einen Stand von 60 % bis 2050 prognostiziert wird. Dies wäre ein Rückgang um 10 % gegen heute (rechter Teil, "Weltweit").
Die anderen Farben zeigen als Differenz die Auslöser der Verluste, d. h. die bedeutendsten Treiber, die Habitatveränderungen im weiteren Sinn bewirken (Erläuterungen s. Anhang (8)).

22 % der Säugetiere sind bedroht, 32 % der Amphibien, 12 % der Vögel. Auf Inseln erreichen die Zahlen teilweise über 40-90 % (s. auch Artensterben). Ein Drittel der 6500 Nutztierarten ist bedroht. Die anthropogene Verbreitung invasiver Arten erhöht die Ähnlichkeit regional getrennter Habitate und führt zu einem Verlust lokaler Spezies (15).

Biome, deren Bewohner und die damit einhergehenden Ökosystemdienstleistungen unterliegen nicht nur kontinuierlichen Veränderungen, sondern können auch durch sogenannte "Kipp-Ereignisse" sprunghaft und möglicherweise irreversibel von einem Zustand in den anderen übergehen.
Auf der Ebene der Spezies ist dies trivial - das Aussterben ist ein solches Kippereignis.
Für klimatische Veränderungen wird dies kontrovers diskutiert - das Abschmelzen von Grönland, das Zusammenbrechen des Golfstroms oder des Amazonasbecken-Niederschlagssystems sind genannte Beispiele.
Aus dem Bereich des Korallensterbens wird ein Fall beschrieben, der sich bereits in der Vergangenheit abspielte. 1983 fand um Jamaika ein sprunghafter und bisher irreversibler Übergang von korallen- zu algendominierten Riffsystemen statt. Vorausgegangen war eine dauerhafte Überfischung (Reduzierung der Algenfresser), was die Algenkontrolle im wesentlichen einer einzigen Seesternart überließ, die sich aus Mangel an Fresskonkurrenz stark vermehrte. Als deren Population durch ein spezifisches Pathogen verursacht zusammenbrach, kippte das System (9).
In den vergangenen 30 Jahren sei die Anzahl der Korallenriffe um 80 % gesunken, die Einnahmen in der Karibik mit Tauchtourismus um etwa 300 Millionen US-Dollar pro Jahr zurückgegangen, die der Fischerei um etwa die Hälfte hiervon (9).
Es sei angemerkt, dass diese kommerziellen Zahlen sich auf die Gesamtheit des Korallensterbens beziehen, dessen größter Verursacher möglicherweise die Korallenbleiche durch zu hohe Wassertemperatur ist.   
Korallenriffe sind die biodiversitätsreichsten Ökosysteme der Erde (gemessen in Spezies / Fläche), noch vor den tropischen Regenwäldern.
Ein weiteres Beispiel für ein Kipp-Ereignis ist der lokale Zusammenbruch der Kabeljaupopulation (s. o.) vor Neufundland, der dort 40 000 Arbeitsplätze kostete; 15 Jahre Fangverbot haben noch zu keiner Erholung geführt (14).

     
            Wasserstress nach Wassereinzugsgebieten
                2000 und Basisszenario OECD 2050

Wassernutzungsrate:
grau < 0,1; gelb gering 0,1-0,2; orange mittel 0,2-0,4; rot hoch > 0,4

Basisszenario: Politik wie heute; weitere Erläuterungen s. Text
Quelle: OECD 2012 (10)
 
     

Die Abbildung rechts zeigt die Bedarfs- bzw. Mangelentwicklung der Ökosystemdienstleistung "Wasserbereitstellung" mit einer Prognose für 2050.
Zugrunde liegt die "Wassernutzungsrate", definiert als Bruchteil des entnommenen Wassers in Bezug auf die in Flüssen, Seen und Grundwasser zur Verfügung stehende Wassermenge (Niederschlag minus Verdunstung).
Ein im Jahresdurchschnitt höherer Entnahmegrad als 40 % gilt als hoher "Wasserstress" oder Wasserknappheit (rot in der Abb.).
Die Prognose zeigt für 2050 zunehmende Knappheit in Osteuropa, Teilen Südamerikas und Afrikas, sowie in Asien mit den dicht besiedelten Regionen Indien und China.
Die Prognose setzt sich zusammen aus Angebot und Nachfrage, so nimmt z. B. der Wasserstress in den östlichen USA ab, da bei gleichbleibender Bevölkerung eine Optimierung der Bewässerungsmethoden unterstellt wird, sowie eine leichte Zunahme der Niederschläge infolge des Klimawandels.
Nach der Studie wird sich die Anzahl der Menschen mit Wasserknappheit von heute 1,6 Mrd. auf 2050 3,9 Mrd. erhöhen, etwa 40 % der Weltbevölkerung (10).

     
                      Vorzeitige Todesfälle durch Feinstaub in Städten
    Todesfälle je Million Einwohner 2010 (violett), 2030 (orange), 2050 (braun)
    (Süd-+Südostasien ohne Indien und Indonesien)
    Quelle: OECD 2012 (11)
 
   

 


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Eine weitere Ökosystemdienstleistung mit teilweise direkt mess- und bewertbaren Folgen ist die Luftreinhaltung. Eine Studie der OECD (11) hat die Entwicklung des Feinstaubgehaltes (PM 10, Partikel mit einem Durchmesser kleiner als zehn Mikrometer, die teilweise lungengängig und damit gesundheitsgefährdend sind) in Städten geschätzt und bewertet. Bei einer WHO (12) -Empfehlung von 20 µg/m3 (Mikrogramm pro Kubikmeter) haben Städte der OECD heute durchschnittliche Werte von 40 µg/m3, mit fallender Tendenz, während Städte in Asien bei Werten um 120-140 µg/m3 liegen, Tendenz steigend (mit der Ausnahme von China).
Mit den vorhandenen statistischen Zahlen des Gesundheitssektors und den städtischen Bevölkerungsprognosen für 2050 werden damit die in der Graphik links oben dargestellten zusätzlichen jährlichen Todesfälle abgeschätzt. Die Gesamtzahl der durch Feinstaub verursachten Fälle würde von heute einer Million auf etwa 3,5 Millionen im Jahr 2050 steigen.
Für bodennahes Ozon betragen die Zahlen 380 000 (2010) und 800 000 (2050) Todesfälle pro Jahr.

Ein Presseartikel nennt aktuelle Zahlen für China: Bei Spitzenbelastungen mit PM 2,5 (Durchmesser kleiner als 2,5 Mikrometer, der gefährlichste Anteil von PM 10) von 1000 µg/m3 (WHO-Empfehlung 10 µg/m3) in den  schmutzigsten Städten seien durch Luftbelastung insgesamt 2010 1,2 Mio. Menschen frühzeitig gestorben, 40 % der globalen Fälle. Im kühleren Norden Chinas, neben der Häufung von Kohlekraftwerken zusätzlich belastet durch die Kohleheizung, sei die Lebenserwartung fünf Jahre geringer als im Süden. Der wirtschaftliche Schaden wurde für 2012 mit 5,8 % des Bruttosozialproduktes oder 360 Mrd. Euro abgeschätzt (13)

Die Qualität des Gutes "Luftreinheit" beruht ebenso wie die weiter oben genannte Wasserverfügbarkeit auf dem Zusammenspiel von Angebot und Nachfrage bzw. genauer von Schädigungs- und Reinigungsleistung. Die Stadtluft kann auf verschiedenen Wegen sauberer werden - ob weniger Menschen in Städten wohnen, oder diese weniger Abgase produzieren, oder die Abgase technisch besser zurückgehalten werden, oder ob Bäume, sonstige Pflanzen und der (organische) Boden diese binden und umwandeln. Was deutlich werden soll, ist, dass die Natur mit der Luftreinigung eine Dienstleistung erbringt - wenn man sie lässt.

 


Quellenangaben und Anmerkungen
(1) Millennium Ecosystem Assessment (MEA), dort: Synthesisreports / Biodiversity, "Ecosystems and Human Well-being: Biodiversity Synthesis", S. 64 (Washington DC: World Resources Institute, 2005)
(2) TEEB, "The Economics of Ecosystems and Biodiversity; Ecological and Economic Foundations", 2010, Kap. 1, "Integrating the ecological and economic dimensions in biodiversity and ecosystem service evaluation"
(3) Living Planet Index, "Living Planet Report 2012", WWF
(4) FAO (Food and Agricultural Organization of the United Nations), Fishery Statistical Collections, Global Capture Production, abgerufen 20.1.13 (Atlantic Cod, Atlantic Ocean)
(5) WWF wie (3), dort A. Rosenberg 2005
(6) FAO, "The State of World Fisheries and Aquaculture 2010", 2010
(7) FAO 2010 wie (6); Anmerkung zu den Zahlen: Süßwasserfang 10 Mio. t, Süßwasserzucht 33 Mio. t, Salzwasserfang 80 Mio. t, Salzwasserzucht 20 Mio. t, Summe 142 Mio. t. Davon 80 % menschliche Nahrung, 20 % anderweitige Nutzung.
(8) "OECD Environmental Outlook to 2050: The Consequences of Inaction", OECD (Organization for Economic Cooperation and Development [Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung]) 2012, Kap. 4 "Biodiversity";
Erläuterungen zur Abbildung:
Weideland, Nahrungskulturen, Bioenergie (Energiepflanzen): Veränderung der biologischen Vielfalt durch Landnutzungsänderung
Stickstoff: Düngeranreicherung in armen Böden, Eutrophierung, Versauerung; allg. Veränderung der chemischen Matrix in Boden und Wasser
Forstwirtschaft: Selektiver Einschlag, Kahlschlag natürlicher Waldsysteme (wie alte Bäume), Forstplantagen
Klimawandel: Temperatur und Wasser (durchschnittliche Werte und zeitliche Verteilung)
Frühere Landnutzung: Trägheits- oder irreversible Effekte, die beispielsweise bei Aufgabe einer landwirtschaftlichen Nutzung den vorherigen Zustand nur langsam oder nie wieder erreichen lassen
Infrastruktur: Effekte der Besiedelung wie Lärm, Verunreinigung, Flächenversiegelung; Zerschneidung von Habitaten durch Straßen, Zäune usw.; Beeinträchtigung von Lebensräumen durch Wilderei oder Holzsammeln
(9) TEEB, "The Economics of Ecosystems and Biodiversity; An Interim Report", 2008  
(10) OECD 2012 wie (8); Kap. 5 "Water"
(11) OECD 2012 wie (8); Kap. 6 "Health and Environment"
(12) WHO: World Health Organization, Weltgesundheitsorganisation
(13) faznet, "Smog in China - Der Tod aus der Atemluft", 10.1.2014
(14)  TEEB wie (2), Kap. 6, "Discounting, ethics and options for maintaining biodiversity and ecosystem integrity"
(15) TEEB, "The Economics of Ecosystems and Biodiversity; National and International Policy-Making", 2010,  Kap. 1