Eine neue Studie in Global Change Biology von Lianhong Gu und Bo Gao beleuchtet die ökologischen Folgen von Trockenheit und Hitzewellen in der Arktis, einer Region, die oft als „Kühlschrank der Erde“ bezeichnet wird. Unter dem Titel The Ecological Impacts of Dry and Hot Shocks in the Land of Midnight Sun analysiert die Studie, wie extreme Wetterereignisse die empfindlichen arktischen Ökosysteme beeinflussen und globale Konsequenzen nach sich ziehen können. Die Forschung stützt sich auf zwei begleitende Studien (Contreras-Serrano et al. 2025; Heinzelmann et al. 2025), die am Abisko Scientific Research Station in Schweden (68.35° N, 18.82° E) durchgeführt wurden.
Die Arktis erwärmt sich aufgrund der sogenannten „arktischen Amplifikation“ deutlich schneller als der Rest der Welt. Seit den 1950er Jahren hat sich die Fläche, die von schweren, extremen und sehr extremen Hitzewellen betroffen ist, in der terrestrischen Arktis verdoppelt, verdreifacht bzw. vervierfacht, und diese Entwicklung wird sich im 21. Jahrhundert voraussichtlich fortsetzen. Ein markantes Beispiel ist die sibirische Hitzewelle 2020, bei der in Verkhoyansk (67.55° N) eine Rekordtemperatur von 38°C gemessen wurde. Dieses Ereignis, verursacht durch eine Kombination aus starkem stratosphärischem Polarwirbel, Jetstream und Arktischer Oszillation, führte zu weitreichenden Waldbränden, Insektenplagen und Permafrostschäden, die etwa 60 Millionen Tonnen Kohlenstoff freisetzten.
Trockenheit und Hitzewellen in der Arktis bedrohen nicht nur lokale Ökosysteme, sondern haben auch globale Auswirkungen. Die Arktis spielt eine zentrale Rolle als planetare Wärmesenke, die im Zusammenspiel mit den Tropen das globale Klima reguliert. Störungen dieses Gleichgewichts durch extreme Wetterereignisse können unerwartete Wetterphänomene in bevölkerten Regionen der mittleren Breiten auslösen. Zudem speichert der Permafrost etwa doppelt so viel Kohlenstoff wie die Atmosphäre. Trockenheit und Hitzewellen können diesen Kohlenstoff durch beschleunigte Zersetzung freisetzen, was die anthropogenen Emissionen verstärkt und die Eisschmelze durch Rückkopplungen mit geringerem Albedo beschleunigt. Laut dem Arctic Report Card 2024 wandelt sich die arktische Tundra von einer Kohlenstoffspeicher- zu einer Kohlenstoffquelle.
Ökologische Auswirkungen auf arktische Pflanzen
Die Studie zeigt, dass Trockenheit und Hitzewellen in der Arktis anders wirken als in niedrigeren Breitengraden. Aufgrund der kurzen Vegetationsperiode haben arktische Pflanzen nur eine Chance zur Entwicklung, was sie besonders anfällig für extreme Ereignisse macht. Zudem verhindert die Mitternachtssonne nächtliche Erholungsphasen, die Pflanzen in niedrigeren Breiten bei Stress durch Trockenheit und Hitze nutzen können. Dies erschwert die Aufrechterhaltung der ROS-Homöostase (reaktive Sauerstoffspezies), was zu Zellschäden führen kann.
Die begleitenden Studien von Contreras-Serrano et al. (2025) und Heinzelmann et al. (2025) liefern detaillierte Einblicke. Contreras-Serrano et al. untersuchten die Auswirkungen auf die Photosynthese und Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) bei drei arktischen Straucharten (Betula nana, Empetrum hermaphroditum, Salix spp.). Hitzewellen reduzierten die Photosynthese von B. nana, nicht jedoch bei den anderen Arten, während Trockenheit die Photosynthese aller drei Arten beeinträchtigte. Zudem erhöhten Hitzewellen die VOC-Emissionen, was Auswirkungen auf die Atmosphärenchemie und Luftqualität hat. Heinzelmann et al. verglichen Tundra-Heiden und Sphagnum-Moore und fanden, dass Trockenheit die Brutto-Primärproduktion (GPP) und die Ökosystematmung (ER) unterdrückt, wobei die Auswirkungen auf Tundra-Heiden stärker waren. Sphagnum-Moore zeigten aufgrund ihres Wasserhaltevermögens eine geringere Anfälligkeit.
Bedeutung für Forschung und Naturschutz
Die Studien verdeutlichen, dass arktische Ökosysteme trotz geringerer Artenvielfalt eine hohe funktionelle Diversität aufweisen, die ihre Reaktionen auf extreme Ereignisse prägt. Die Mesokosmos-Experimente in Abisko liefern wertvolle Daten, berücksichtigen jedoch nicht die Dynamik des Permafrosts, der für arktische Ökosysteme entscheidend ist. Zukünftige Forschung sollte umfassendere in-situ-Experimente umfassen, die Permafrostdynamiken einbeziehen, um die Wechselwirkungen zwischen ober- und unterirdischen Prozessen besser zu verstehen.
Die Ergebnisse unterstreichen die Dringlichkeit, die Auswirkungen von Trockenheit und Hitzewellen in der Arktis weiter zu erforschen, da sie nicht nur lokale Ökosysteme, sondern auch globale Klimamuster und den Meeresspiegel beeinflussen können. Die Studie fordert die Entwicklung neuer experimenteller Techniken, um die einzigartigen Herausforderungen der Permafrostregionen zu bewältigen.
Quellen:
- Gu, L., & Gao, B. (2025). The Ecological Impacts of Dry and Hot Shocks in the Land of Midnight Sun. Global Change Biology, 31(8), e70391. https://doi.org/10.1111/gcb.70391
- Contreras-Serrano, M., et al. (2025). Increased Growth Temperatures Alter Arctic Plant Responses to Heat Wave and Drought. Global Change Biology, 31, e70187. https://doi.org/10.1111/gcb.70187
- Heinzelmann, V., et al. (2025). Stronger Drought Response of CO2 Fluxes in Tundra Heath Compared to Sphagnum Peatland in the Sub-Arctic. Global Change Biology, 31, e70210. https://doi.org/10.1111/gcb.70210
