Tag der Tropenwälder: Neue Erkenntnisse zu Klimaprozessen im Amazonas‑Regenwald
Messungen an der Forschungsstation ATTO zeigen: Extreme Hitze und Dürre – zusätzlich begünstigt durch das Klimaphänomen El Niño – verändern wichtige Austauschprozesse zwischen Wald, Boden und Atmosphäre im Amazonas-Regenwald. Das BMFTR fördert seit 2009 die deutsch-brasilianische ATTO-Forschungsinfrastruktur.
Am 14. September macht der „Tag der Tropenwälder“ jedes Jahr auf die besondere Bedeutung tropischer Wälder für das globale Klima, regionale Wasserkreisläufe und die Artenvielfalt aufmerksam. Tropenwälder wie der Amazonas‑Regenwald stabilisieren Niederschlagsmuster, speichern große Mengen Kohlenstoff und tragen wesentlich zur Regulierung des weltweiten Klimas bei.
Um diese Funktionen besser zu verstehen, führen Forschende an der deutsch-brasilianischen Forschungsstation ATTO (Amazon Tall Tower Observatory) kontinuierliche Messungen durch – am Waldboden, im Baumkronenbereich und an einem 325‑Meter‑hohen Messturm. Sowohl der Aufbau der ATTO-Forschungsinfrastruktur als auch die Forschungsarbeiten werden seit 2009 unter anderem vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert.
Hitze und Dürre verändern die Austauschprozesse zwischen Wald, Boden und Atmosphäre
In aktuellen ATTO-Studien wurde untersucht, wie der Amazonas-Regenwald extreme, lang andauernde Hitzephasen und Dürren – darunter auch Ereignisse, aus der letzten schweren El Niño-Phase von 2023/2024 (siehe Hintergrundkasten) – bewältigt. Im Fokus stand dabei zum einen, wie die Bäume auf Hitzestress reagieren, zum anderen, wie sich solche Wetterextreme auf den Regenwaldboden auswirken. Darüber hinaus wurde analysiert, wie sich die chemische Zusammensetzung und Reaktivität der Atmosphäre unter extremer Hitze und Dürre verändert.
Die Forschenden konnten nachweisen, dass die Bäume unter Hitzestress deutlich mehr sogenannte VOCs freisetzen. Dabei handelt es sich um flüchtige organische Verbindungen, die auf natürliche Weise von Bäumen gebildet und als Abwehrreaktion – beispielsweise auf thermischen Stress – über die Spaltöffnungen in den Blättern in die Atmosphäre abgegeben werden. Neben der erhöhten Freisetzung von VOCs stellten die Forschenden zudem eine veränderte Zusammensetzung der Emissionen fest: Unter extremer Hitze wurden kohlenstoffreichere Verbindungen emittiert, die wiederum chemisch hoch reaktiv sind und atmosphärische Prozesse stark beeinflussen können.
In einer weiteren Studie wurden Messungen am Waldboden analysiert und untersucht, wie dieser seine Rolle unter extremer Hitze und Dürre verändert: Normalerweise nimmt der Boden einen großen Teil der flüchtigen organischen Verbindung Isopren aus der Luft auf und gilt als wichtige VOC-Senke. Während extremer Dürre und Hitze sinkt die Bodenaufnahme jedoch auf rund ein Viertel des üblichen Wertes. Dadurch steigt die Konzentration von Isopren über dem Amazonas-Regenwald deutlich an. Eine weitere Erkenntnis der Studie, die mit früheren Messungen übereinstimmt: Fällt die Bodenfeuchte auf unter 20 Prozent, kann der Boden nicht nur weniger VOCs aufnehmen, sondern wird selbst zur VOC-Quelle.
Zentraler Aspekt einer dritten Studie war es, wie sich extreme Hitze und Dürre auf die chemischen Prozesse in der Atmosphäre über dem Amazonas-Regenwald auswirken. Die Forschenden zeigten, dass sich unter solchen Bedingungen sowohl die Zusammensetzung der VOCs als auch die Reaktivität der Atmosphäre verändert: Es wurden vermehrt Verbindungen freigesetzt, die zur Stressabwehr dienen. Diese sind reaktiver, kohlenstoffhaltiger und blieben länger in der Atmosphäre – auch nachdem die Dürre abgeklungen war.
Folgen für die Atmosphäre und das Klima
Die beobachteten Veränderungen haben Auswirkungen auf die atmosphärische Chemie: Die erhöhte VOC-Konzentration sowie die Verschiebung hin zu kohlenstoffreicheren Verbindungen bedeuten, dass insgesamt mehr Kohlenstoff aus dem Wald in die Atmosphäre entweicht. Dadurch wird beispielsweise die Bildung von Aerosolen und Wolken beeinflusst und der Kohlenstoffkreislauf verändert. Auch die Verweildauer des Treibhausgases Methan in der Atmosphäre kann sich durch häufigere Hitzeextreme im Amazonas-Regenwald verlängern. Selbst kleine Veränderungen in der VOC-Freisetzung und somit auch in der Kohlenstoffspeicherung der Bäume könnten demnach nicht nur regionale, sondern auch globale Klimaprozesse beeinflussen.
Zudem verändert die Verlagerung hin zu reaktiveren Verbindungen die chemischen Abläufe in der Atmosphäre über dem Regenwald und kann damit auch Prozesse beeinflussen, die für die Stabilität des gesamten Ökosystems wichtig sind.
Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig langfristige Beobachtungen tropischer Ökosysteme sind. Mit ATTO verfügt die internationale Klimaforschung über eine einzigartige Infrastruktur, um die Wechselwirkungen zwischen Wald, Boden und Atmosphäre unter realen Bedingungen zu untersuchen. Das BMFTR unterstützt diese Forschungsarbeiten aktuell im Rahmen des Projekts ATTOsynthesis. Hierfür stellt das Ministerium von 2025 bis 2028 rund fünf Millionen Euro bereit.
Das Klimaphänomen El Niño und seine Bedeutung für den Amazonas Regenwald
El Niño ist eine regelmäßig auftretende Warmphase im tropischen Pazifik, die weltweit Temperatur‑ und Niederschlagsmuster verändert. In Teilen des Amazonasbeckens führt eine ausgeprägte El‑Niño‑Phase häufig zu höheren Temperaturen und geringeren Niederschlägen – das sind Bedingungen, die Hitzeextreme und Dürreperioden begünstigen.
Für die ATTO‑Forschung sind solche Jahre besonders aufschlussreich: Viele der in den aktuellen Studien untersuchten Extremereignisse traten während der letzten verheerenden El‑Niño‑Phase 2023/2024 auf und erlauben es, die Auswirkungen außergewöhnlicher Klimabedingungen auf Wald, Boden und Atmosphäre direkt zu erfassen. Bereits 2024 berichteten ATTO-Forschende von ihren Beobachtungen während der El‑Niño‑Phase 2023. Jetzt konnten diese Beobachtungen mit wissenschaftlichen Daten belegt und die Auswirkungen wissenschaftlich ausgewertet werden. Eine Studie konnte zudem zeigen, dass es in der El-Niño-Phase 2023 zu einem zeitweisen Wandel des Amazonas-Regenwaldes vom Kohlenstoffspeicher zu einer -quelle kam.
Zwischen zwei El‑Niño‑Ereignissen kann sich der Regenwald meist wieder stabilisieren und zu seinem üblichen Emissionsprofil zurückkehren. Klimamodelle zeigen jedoch, dass El‑Niño‑Phasen künftig häufiger und intensiver auftreten könnten. In diesem Fall würden die durch Hitze und Dürre veränderten VOC‑Emissionen länger anhalten – mit spürbaren Folgen für die Atmosphäre über dem Regenwald und weitreichenden klimatischen Folgen über die Region hinaus.
Hintergrund zu ATTO
Die Forschungsinfrastruktur „Amazon Tall Tower Observatory“ (ATTO) ist ein deutsch-brasilianisches Kooperationsprojekt. Die Forschung wird auf deutscher Seite vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und auf brasilianischer Seite vom Institut für Amazonasforschung (INPA) geleitet.
Gefördert wird die Forschung am ATTO-Messturm vor allem vom BMFTR, dem brasilianischen Forschungsministerium (MCTI), der Max-Planck-Gesellschaft sowie der Stiftung zur Forschungsförderung des Bundesstaates Amazonas (FAPEAM).