Aus dem All betrachtet, wandert jedes Jahr eine grüne Welle über den Globus: Im Herbst und Winter der Nordhalbkugel verliert die Vegetation bei uns einen Großteil der Blätter und ruht, gleichzeitig ergrünt die Pflanzenwelt auf der Südhalbkugel, weil dort Frühjahr und Sommer herrschen. Werden dann bei uns die Tage länger und wärmer, kehrt sich dieser Trend um: Die Vegetation der Nordhalbkugel entwickelt ihre größte Ausdehnung und Blattfläche, während in den gemäßigten und höheren Breiten der Südhalbkugel Winterruhe einkehrt. Wie sich diese „grüne Welle“ bewegt und wie stark sie ausgeprägt ist, hängt vom Klima und den Jahreszeiten, aber auch von der Landnutzung und Eingriffen des Menschen in Wälder und andere natürliche Ökosysteme ab. Auch die CO2-Gehalte der Atmosphäre beeinflussen, wie üppig die Vegetation in verschiedenen Regionen wächst. Umgekehrt können Veränderungen der „grünen Welle“ Hinweise auf großräumige ökologische und klimatische Trends geben.
Messmethode zeigt Schwerpunkt der grünen Welle
Doch trotz der Bedeutung dieses erdumspannenden Vegetationszyklus fehlte bisher eine globale Messmethode, mit der sich Veränderungen der „grünen Welle“ regelmäßig und quantitativ erfassen lassen. „Anders als die globalen Metriken für Temperatur, Strahlungseinfall oder Meereisfläche gibt es für die dynamische Phänologie der Vegetation kein entsprechendes Verfahren“, erklären Miguel Mahecha von der Universität Leipzig und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und seine Kollegen. Meist konzentrierten sich bisherige Untersuchungen auf regionale Verschiebungen der Vegetationsperioden oder die Biomasse. Mahecha und sein Team haben deshalb nun eine neue Methode vorgestellt, um die Entwicklung der „grünen Welle“ standardisiert zu verfolgen. Dafür nutzen sie das Konzept des Centroids: Sie ermitteln, wie sich der Schwerpunkt der Ergrünung gegenüber den Massenzentren der Kontinente verschiebt.
Dafür wertete das Team Satellitendaten von 1982 bis 2022 zu Vegetationsindices wie der „Grünheit“ der Landflächen und dem Index der Blattflächen aus und ermittelt dann mithilfe spezieller Formeln, wo der Schwerpunkt des Pflanzenwachstums liegt. „Stellen Sie sich vor, Sie halten einen perfekt runden Globus in Ihren Händen und befestigen kleine Gewichte daran, die jeweils die grünen Blätter an jedem Punkt der Erdoberfläche repräsentieren“, erklärt Mahecha. „Wenn Sie diesen Globus dann vorsichtig in ruhiges Wasser legen, zeigt das Massenzentrum nach unten.“ Die Auswertung ergab, dass der Schwerpunkt der grünen Welle im Nordsommer rund 2390 Kilometer nördlich des Äquators liegt, etwa auf Höhe von Island. Im Südsommer liegt der Vegetationsschwerpunkt dagegen nur rund 160 Kilometer vom Äquator entfernt auf Höhe Liberias. „Diese Asymmetrie spiegelt die ungleiche Verteilung der von Pflanzen bewachsenen Landmassen auf der Erde wider“, erklärt das Team.
Verschiebung nach Norden und Osten
Die Analysen zeigten aber auch, dass sich die „grüne Welle“ im Laufe der letzten Jahrzehnte deutlich verändert hat. Ihr Schwerpunkt hat sich seit 1982 immer weiter nach Norden verschoben – er bewegt sich im Schnitt um drei bis 14 Kilometer pro Jahr nach Norden. Entgegen den Erwartungen geschieht dies nicht nur während des Nordsommers, sondern hält auch im Südsommer an – in dem eigentlich eine Gegenbewegung nach Süden erfolgen müsste. „Das hat uns sehr überrascht“, sagt Mahecha. Denn gängiger Annahme nach sollte der Klimawandel den Pflanzenwuchs in den höheren Breiten beider Erdhalbkugeln fördern. Doch dieser Trend scheint im Norden stärker zu sein als im Süden. „Dies könnte durch die größeren Landmassen auf der Nordhalbkugel verursacht werden“, schreibt das Team. Wenn durch den Klimawandel mehr Vegetation im nördlichen Eurasien den Winter überdauert oder sogar weiterwächst, überwiegt deren Masse und Fläche den des gleichen Effekts auf der Südhalbkugel. „Dadurch kann schon ein leichtes Ergrünen im Nord-Winterhalbjahr die korrespondierende Südwärtsverschiebung ausgleichen“, erklären Mahecha und seine Kollegen. Insgesamt hat sich dadurch die Amplitude der „grünen Welle“ verringert – sie schwingt weniger ausgeprägt nach Süden.
Parallel dazu zeigt die „grüne Welle“ aber noch einen weiteren, ähnlich starken Trend: „Ihre Bewegung verlagert sich nicht nur nach Norden, sondern auch nach Osten“, berichten die Forschenden. „Dies ist unerwartet, könnte aber mit regionalen Ergrünungs-Hotspots in Indien, China, Europa und möglicherweise Russland zusammenhängen.“ Insgesamt legen die Auswertungen damit nahe, dass die irdische Vegetation auch in ihrer zeitlichen und geografischen Dynamik erste Reaktionen auf den globalen Klimawandel zeigt. Mithilfe von Erdsystemmodellen ermittelten Mahecha und sein Team zudem, dass sich die Verlagerung der Vegetationsschwerpunkte weiter fortsetzen wird. „Selbst unter den optimistischsten Zukunftsszenarien wird die Nordbewegung der ‚grünen Welle‘ weiter anhalten“, schreiben die Forschenden. „Dies unterstreicht den Einfluss des Klimawandels auf die Ökosysteme der Erde.“ Die neue Methode bietet Wissenschaftlern nun ein Werkzeug, um zu verstehen, wie sich die Biosphäre unseres Planeten in einer wärmer werdenden Welt neu organisiert.
Quelle: Miguel Mahecha (Universität Leipzig) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2515835123
