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Klimawandel am „dritten Pol“der Erde

Tibet Klimawandel am „dritten Pol“der Erde

Den Grad der Zerstörung des Grünlands auf dem ­tibetischen Hochplateau hat der Marburger Geograph Dr. Lukas Lehnert in seiner preisgekrönten Doktorarbeit untersucht.

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Yaks grasen auf einer Weide in der tibetischen Hochebene.

Quelle: Lukas Lehnert

Marburg. Das tibetische Hochplateau wird von Wissenschaftlern des Instituts der tibetischen Plateau-Forschung aus Peking auch als „dritter Pol“ der Erde bezeichnet. Denn ähnlich wie die beiden Polargebiete – die Arktis und die Antarktis – hat das Hochplateau in Tibet eine enorme Bedeutung für den Wasserhaushalt der Erde. Vor ­allem für die Umweltbedingungen in Ostasien und in Südostasien ist es lebenswichtig. Denn die großen chinesischen und indischen Ströme entspringen genau dort, in der tibetischen Hochebene.

„Die Vegetation auf dem tibetischen Hochplateau verhindert die Erosion und erhält die Wasserspeicherkapazität der Böden“, erläutert der Marburger Geograph Dr. Lukas Lehnert. Das wiederum ist essenziell für die Wasserversorgung der rund zwei Milliarden Menschen, die im Einzug der großen asiatischen Flüsse wohnen. Und das betrifft somit rund ein Drittel der Menschheit. „Das ist ein sehr großes Einzugsgebiet und eine wichtige Region für Veränderungen in der Umwelt und im Klima“, macht der Marburger Klimageograph deutlich.

Doch ähnlich wie an den beiden Polen ist auch das Umweltgleichgewicht am „dritten Pol“ akut bedroht. „Wissenschaftler beobachten, dass der Zustand der Grünland-Vegetation auf dem tibetischen Hochplateau zunehmend schlechter wird“, berichtet Lehnert. Bestätigt wird diese Diagnose auch von tibetischen Nomaden. Dieses Phänomen wird von Forschern als fortschreitende Degradation beschrieben.

Eine offene Frage der Forschung ist bisher allerdings, worin genau die konkreten Mechanismen für diese Degradation liegen. Bisherige Studien waren eher kleinräumig, beschäftigten sich nicht mit dem gesamten Areal und waren wegen der unterschiedlichen Methoden nicht vergleichbar. „Erste Studien begannen in den 80er Jahren, als westliche Wissenschaftler nach Tibet hereingelassen wurden“, berichtet Lehnert.

Forschungsprojekt mit Senckenberg-Forschern

Auch Forscher aus dem zu China gehörigen Tibet beschäftigen sich jetzt zunehmend intensiver mit dem Zustand des Hochplateaus. Es erstreckt sich immerhin auf einer Fläche von 1,5 Millionen Quadratkilometern – und das in einem Hochgebirge, das auf einer Höhe von 3 500 Metern beginnt und bis zu einer Höhe über 7 000 Metern reicht.

Bei Exkursionen zusammen mit dem Marburger Professor Georg Miehe entdeckte Lehnert sein Faible für die Hochgebirgsforschung in Tibet.

Es schloss sich ein längeres Forschungsprojekt an, bei dem Wissenschaftler der Uni Marburg unter Leitung der Professoren Georg Miehe und Jörg Bendix mit den Senckenberg-Museen in Görlitz und Frankfurt zusammengearbeitet haben. Ein Ergebnis ist die jetzt vorliegende Dissertation von Lehnert. Mit Hilfe einer von ihm mitentwickelten Methode zum fern­erkundungsbasierten Monitoring (Überwachung) der Degradation (siehe Artikel unten) konnte er jetzt zum ersten Mal einen Überblick über den Grad der Zerstörung des Grünlands für das gesamte riesige und teilweise schwer zugänglich Areal vorlegen, und zwar für einen Zeitraum zwischen 2000 und 2014.

Das erste überraschende Zwischenfazit: Entgegen bishe­riger Annahmen stellen die Überweidung und der Anstieg der Viehzahlen um rund 30 Prozent nicht die Hauptursache für die Veränderungen dar. Als wesentlichen Faktor nennt Lehnert statt dessen die Klimavariabilität. Dabei sind regional unterschiedliche Ergebnisse zu vermelden. So gab es im Nordosten trotz eines großen Anstiegs der Viehzahlen eine geringere Zerstörungsquote des Weidelands, weil dort auch gleichzeitig mehr Niederschlag gemessen wurde. Umgekehrt hingegen steigt die Degradation jedoch im zentralen Teil und im Westen des Hochplateaus an.

Entwarnung in Sachen Bedrohung des Klimas kann Lehnert deswegen aber auf keinen Fall geben. Und auch bei der Suche nach den detaillierten Ursachen steht die Forschung erst am Anfang. Eines ist klar: Eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst das Klima auf dem „Dach der Erde“, wie Lukas Lehnert erläutert. Das beginnt mit den Projekten der chinesischen Regierung zur Sesshaft-Machung der tibetischen Nomaden. Der Prozess der Erosion von Flächen beginnt wiederum dann, wenn die nicht mehr ausreichend mit Pflanzen bedeckten Böden das Regenwasser nicht mehr aufnehmen können und es direkt in den Fluss weitergeleitet wird. Die starken Niederschläge in den Monsungebieten auf dem Plateau führen im weiteren Verlauf der großen Flüsse dann zu teilweise dramatischen Hochwasser-Ereignissen. Eine weitere Gefahr besteht in den Hängen im Osten darin, dass es zu starken Hang-Rutschungen kommen kann, wenn nicht mehr ausreichend Vegetation vorhanden ist, um die Böden zu halten. Befürchtet wird von Forschern, dass auf lange Sicht aufgrund des globalen Klimawandels auch die Gletscher in Tibet abschmelzen und die dortigen Wasserressourcen dann gefährdet sind.

Aus Sicht von Lehnert sind es zunächst erste Befunde, die geliefert werden können. Für ­genauere Erkenntnisse fehlen aber noch mehr Klimadaten und Mess-Stationen und weitere Studien. Dies wird wegen der instabilen politischen Lage in der zu China gehörigen Region aber zumindest westlichen Forschern erschwert, die kaum noch Aufenthaltserlaubnisse erhalten.

von Manfred Hitzeroth

Spektralkameras zeigen Farbkanäle der Pflanzen

Mit Hilfe von Satellitenbildern und Spektralanalyse wird der Zustand des Weidegrüns im tibetischen Hochland analysiert.

Für seine neue Methode zum fernerkundungsbasierten Monitoring der Grünlanddegradation ­verwendete Dr. Lukas Lehnert Satellitendaten mit verschiedenen räumlichen Auflösungen und nutzte diese mithilfe von maschinellen Lernverfahren für die räumliche Kartierung einer Fläche von rund 1,4 Millionen Quadratkilometern. Auf diese Weise konnte erstmals eine 14 Jahre umfassende Zeitreihe des Deckungsgrads der kompletten Grünlandvegetation erstellt werden. Es wurde also genau bestimmt, wie hoch der Anteil von Pflanzenbewuchs auf den Weideflächen im tibetischen Hochland ist und wie er sich über die Jahre hinweg verändert hat.

In einer für die Dissertation angefertigten Kartierung wurden die Trends des Deckungsgrads mit den Trends der Klimavariablen (Niederschlag und Lufttemperatur) sowie der Viehzahlen räumlich verglichen.

Die Basis für die Messdaten lieferten zunächst mehr als 600 vor Ort mit Hilfe von Hyperspektralmessgeräten an ausge­wählten Punkten des tibetischen Hochplateaus erhobene Aufnahmen.

Die Spektralkameras ­lieferten Informationen über die ­Farbe der Vegetation, nicht nur im üblichen Farbspektrum, sondern auch im Infrarot-Bereich. Insgesamt können damit 1 400 Farbkanäle erfasst werden. Die Ergebnisse dienten dazu, die Anteile der grünen Vegetation und des offenen Boden zu berechnen. Außerdem wurde aus den Hyperspektraldaten der Chlorophyllgehalt der Blätter der Pflanzen geschätzt.

Dieses Indikatorsystem ­wurde dann übertragen auf Satellitendaten. Als effektivstes von vier getesteten Satelliten-Systemen erwies sich das „MODIS“-System, das von der ameri­kanischen Raumfahrt-Agentur NASA betrieben wird. Ein wichtiger Vorteil für die Nutzung der durch „MODIS“ erhobenen Satellitendaten liegt darin, dass sie den Forschern kostenlos zur Verfügung gestellt werden. Sie stammen aus täglichen Satellitenflügen und reichen bis in das Jahr 2000 zurück. Zudem bietet „MODIS“ gute Farbinformationen.

Entscheidend für die Erhebung von flächendeckenden Daten über den Gesamtzustand des Pflanzenbewuchses auf dem Hochplateau ist die Kombination der vor Ort erhobenen Daten mit den von Satelliten aus dem Weltraum erhobenen Bildern. Dabei müssen dann Anteile des Grünlandes jeweils hochgerechnet werden.

Das Problem ist dabei der für die Zwecke der Forschung nicht ganz optimale Auflösungsgrad der Bilder. Ein Pixel in einem der Satellitenbilder umfasst „in echt“ eine Fläche von 500 mal 500 Metern. Die Kunst besteht nun darin, die Daten so zu kalibrieren, dass möglichst genau bestimmt wird, welcher Anteil von Grünpflanzen in welchem Zustand sich jeweils in diesem Areal befindet.

von Manfred Hitzeroth

 
Hintergrund

Für seine auf Englisch verfasste Dissertation mit dem Titel „Satellite-based monitoring of pasture degradation on the Tibetan Plateau: A ­multiscale approach“ erhielt der Marburger Geograph Dr. Lukas Lehnert den Dissertationspreis des Verbandes der Geographen an deutschen Hochschulen. Dieser Preis ist mit 1 500 Euro dotiert und wird nur alle zwei Jahre vergeben. Die Preisverleihung erfolgte Ende September bei der Jahrestagung des Verbandes der Geographen in Tübingen.

Ausgezeichnet wurde Lehnerts Arbeit, die als eine sogenannte „kumulative Dissertation“ bezeichnet wird. Das heißt, sie umfasst als Kernbestandteil drei in internationalen Fachzeitschriften veröffentlichte Aufsätze, in denen der Geograph die Erkenntnisse seiner Forschungen aus den Jahren 2011 bis 2014 zusammenfasst.

In der Laudatio wurde das „enorme, mit großer Präzision bewältigte Arbeitsprogramm“ Lehnerts bei den Geländearbeiten vor Ort in Tibet sowie bei der statistischen Auswertung und der Datenbearbeitung der Satellitenbilder gewürdigt. Insgesamt beweise der Marburger Geograph bei seiner „bemerkenswerten wissenschaftlichen Leistung“ exzellente Kenntnisse der unterschiedlichsten Methoden – sowohl im Gelände als auch im Labor. Zudem zeige die Dissertation ein internationales Niveau.

 
Im Porträt
Dr. Lukas Lehnert (32,  Foto: Maik Dobbermann) wurde in Nürnberg geboren. Er studierte von 2005 bis 2011 Geographie und Biologie an der Marburger Universität. ­Seine Promotion schloss er 2015 mit einer Arbeit zur Satelliten-Fernerkundung der Grünlandzerstörung im tibetischen Hochplateau ab. Dafür erhielt er Ende September einen Preis (siehe „HINTERGRUND“). Seit 2015 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich Geographie der Marburger Universität. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der Fern­erkundung, der Klimatologie und der Statistik. Zentralasien und Südamerika sind die Erdregionen, in denen er bisher vorwiegend geforscht hat.
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