Prof. Achim Bräuning, Dr. Jussi Grießinger
Die Bedeutung der gegenwärtigen Klimaänderungen ist ohne das Wissen über die langfristige Klimaentwicklung und über das Ausmaß natürlicher Klimaschwankungen nicht verständlich. Daher wird versucht, mit Hilfe verschiedener Klimaarchive in der Natur (so genannter Proxydaten) die Geschichte des Klimas zu rekonstruieren.
Am Institut für Geographie wird daran gearbeitet, die Klimageschichte mit Hilfe von Baumjahresringen zu rekonstruieren (Dendroklimatologie). Jahrgenau datierte Zuwachsringe von Bäumen liefern Informationen über die Umweltbedingungen des Baumes in dem betreffenden Jahr. Dabei werden verschiedene Informationsquellen im Holz genutzt, um möglichst umfassende Kenntnisse über vergangene Wachstumsbedingungen zu erhalten.
Holzanatomie
Extreme Klimaereignisse wie z. B. Dürren und Spätfröste können sich im Holz durch die Bildung so genannter Dichteschwankungen oder Frostringe ausprägen. Da diese Witterungsextreme immer wieder durch ähnliche atmosphärische Zirkulationsmuster verursacht werden, liefert die Änderung der Häufigkeit solcher Ereignisse Informationen über Änderungen bestimmter Großwetterlagen.
Abb. 1: Foto einer Kiefer (Pinus densata) aus dem Yarlung Tsango Tal (Tibet): Trockene Frühsommer durch ein Ausbleiben des Sommermonsuns führen zu Wassermangel und zur Ausbildung von Dichteschwankungen (Pfeile). Die gelben Balken markieren die Jahrringgrenzen.
Jahrringbreite
Die Jahrringbreite stellt einen zentralen Parameter zur Rekonstruktion von umweltbedingten Zuwachsänderungen dar. An klimatisch extremen Standorten, z. B. an den Trockengrenzen und Kältegrenzen des Baumwachstums, liefert die jahrringbreite wertvolle Information über die Variabilität der wachstumslimitierenden Klimafaktoren. Darüber hinaus dienen Jahrringbreiten-Kurven zur Synchronisation der Zuwachsmuster verschiedener Bäume und somit zur Datierung von Holzproben unbekannten Alters. Dieses Verfahren wird Dendrochronologie genannt.
Ein Beispiel stellen Untersuchungen an tibetischen Wacholderwäldern dar(Abb. 2). Die Jahrringkurve zeigt Zuwachsänderungen an über 1000-jährigen Wacholderbäumen (Juniperus tibetica) von waldgrenznahen Standorten (4400-4500 m Höhe) (Abb. 3). Günstige Wachstumsbedingungen herrschten während des 13.-14. Jh., während sich vom 15.Jh bis Anfang 18. Jh. der Baumzuwachs verschlechterte.
Maximale Spätholzdichte
Dieser Holzparameter reagiert an kühlen Waldstandorten sehr sensitiv auf die Sommertemperatur. Die Holzdichte wird anhand von Röntgenstrahlen gemessen, mit denen eine Holzprobe definierter Dicke durchstrahlt wird. Neuerdings wird die Holzdichte mit einer Hochfrequenz-Densitometrie Sonde (Lignostation, Fa. RINNTECH, Heidelberg) bestimmt.
Abb. 4: Hochfrequenz-Densitometrie
Die Abbildung 5 zeigt eine Rekonstruktion der Sommertemperaturen von Osttibet anhand der maximalen Spätholzdichte von Fichten (Picea balfouriana). Phasen mit besonders kühlen Sommern zeichnen sich um 1650, 1700, 1810-1820 und Anfang des 20. Jahrhunderts ab.
Stabile Isotope (d13C, d18O, d2H)
Stabile Isotope stellen einen in jüngerer Zeit zunehmend verwendeten Holzparameter zur Analyse und Rekonstruktion von Klima- und Umweltbedingungen dar. Es können mit diesem Parameter allerdings auch Studien zu Stoffflüssen und weiteren rezenten Prozessen durchgeführt werden. Das Verhältnis von schweren zu leichten Isotopen eines Elements (z. B. 13C/12C) wird in einem gekoppelten Messsystem aus Elementar-Analysator und Massenspektrometer bestimmt, in dem definierte Holz bzw. Zelluloseproben quantitativ zu Messgasen (z.B. CO2) verbrannt werden. Anhand dieser Messgase werden die einzelnen Anteile für jede Probe rechnerisch bestimmt, gegenüber internationalen Messstandards geeicht und schließlich das Isotopen-Verhältnis in Form der d-Notation angegeben.
Isotopenverhältnisse von 13C/12C beinhalten – ja nach untersuchter Baumart und Standort – Informationen über frühere Niederschlags- oder Temperaturverhältnisse sowie über pflanzenphysiologische Parameter wie die Menge des verbrauchten Wassers pro erzielter Menge an Photosyntheseprodukten (water use efficiency). Verhältnisse des 18O/16O sowie des 2H (Deuterium)/1H sind gute Indikatoren für die Menge gefallener Niederschläge sowie deren Herkunft.
