Hitzewellen in Flüssen nehmen viermal schneller zu als atmosphärische

Die Einwohner von Saragossa, Orense und in geringerem Maße auch Sevilla sowie alle, die in der Nähe eines dieser Flüsse wohnen, wissen, dass Flüsse bei großer Hitze als klimatischer Zufluchtsort dienen. Doch das beginnt sich zu ändern. Durch die Untersuchung der Auswirkungen von Hitzewellen seit 1980 auf mehr als 1.400 Flüsse haben amerikanische Forscher herausgefunden, dass diese Extremereignisse viermal so schnell zunehmen wie atmosphärische. Die in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlichte Arbeit basiert auf Daten aus den USA. Europäische Experten gehen jedoch davon aus, dass es sich um ein globales Phänomen handelt. Die Auswirkungen dieser Wellen bleiben nicht auf die Flüsse beschränkt.

Hitzewellen werden häufiger, intensiver und länger . Gleichzeitig bestätigen Wissenschaftler, dass der Klimawandel große Gewässer wie die Ozeane erwärmt. Doch was passiert mit Flüssen während einer Hitzewelle? Im Prinzip puffern diese Gewässer, gespeist durch schmelzenden Schnee oder unterirdische Zuflüsse, die Temperatur ihrer unmittelbaren Umgebung. Selbst im aktuellen Kontext der globalen Erwärmung werden sie als Klimainseln oder Rückzugsorte dargestellt. Doch die Daten widersprechen diesen Annahmen.

„Flüsse vermischen ständig Wärme durch fließendes Wasser. Diese Vermischung gleicht Temperaturspitzen aus, sodass sich Flüsse normalerweise nicht so stark erwärmen wie die umgebende Luft“, sagt der Professor der Pennsylvania State University und Co-Autor dieser Studie. „Die Kehrseite ist jedoch, dass, sobald sich ein Fluss erwärmt, das gesamte System dazu neigt, warm zu bleiben, was die Dauer der Hitzewelle verlängert“, fügt Li hinzu, Leiter eines Labors, das den Zustand aquatischer Systeme untersucht . Dies ist das erste Ergebnis, das sie aus Temperaturmessungen von 1.471 Süßwasserbächen in den Vereinigten Staaten gewonnen haben.

Zwischen 1980 und 2022 hat sich die Dauer herkömmlicher Hitzewellen auf durchschnittlich vier Tage erhöht. In Flüssen dauern extreme Hitzeereignisse hingegen durchschnittlich 7,2 Tage. „Wasser hat ein besseres thermisches Gedächtnis als Luft. Das bedeutet, dass ein Fluss, sobald er sich erwärmt, in der Regel tagelang warm bleibt, da das Wasser die Wärme speichert. Luft hingegen kann sich von einem Tag auf den anderen schnell erwärmen und wieder abkühlen“, erklärt Li.

Die große Mehrheit der Flussbewohner, insbesondere Fische, sind ektotherm – also kaltblütig . Und sie leben auch in kalten Gewässern. In der nördlichen Hemisphäre geraten selbst so einfache Arten wie Forellen bereits bei einer Wassertemperatur von 15 °C unter Hitzestress. Die Autoren setzen die Schwelle für kritischen Hitzestress bei 20 °C fest. Seit 1980 hat die Zahl der Tage mit Überschreitung dieser Temperatur um durchschnittlich 11,6 Tage zugenommen, obwohl sie in einigen Becken, wie dem Appalachen-Becken, mittlerweile bei 13,8 liegt. Insgesamt haben die Hitzestress-Episoden in 82 % der Flüsse zugenommen und in 74 % von ihnen den kritischen Wert erreicht.

Neben der Dauer – wie die extrem lange Hitzewelle, die in diesem Sommer weite Teile Spaniens erlebte – haben Hitzewellen zwei weitere relevante Dimensionen: ihre Intensität und Häufigkeit. Hier müssen die Flüsse noch mit der atmosphärischen Hitze mithalten: Extremereignisse sind im Wasser nicht so heiß (Anstieg um 2,6 °C gegenüber 7,7 °C draußen) und auch nicht so häufig (2,3 Wellen pro Jahr gegenüber 4,6). Doch in beiden Fällen verringert sich die Lücke, da sie (auch in ihrer Dauer) zwei- bis viermal schneller zunehmen als atmosphärische.

Im Prinzip ist die Hauptursache für die Verschärfung von Hitzewellen in Flüssen dieselbe wie für Luftwellen: der Klimawandel . Das hydrografische Netzwerk hat jedoch seine eigenen Faktoren, die ebenfalls mit dem Klima zusammenhängen: „Kaltes Grundwasser oder schmelzender Schnee können die Auswirkungen warmer Luft abfedern“, betont der Forscher. Das Problem ist, dass es immer seltener schneit. Auch die Übernutzung der Grundwasserleiter trägt nicht dazu bei. „Da die Schneedecke abnimmt und der Grundwasserzufluss im Zuge des Klimawandels sinkt, können Flüsse nicht mehr so ​​schnell abkühlen“, schlussfolgert Li.

Es gibt noch weitere menschliche Faktoren, die die Erwärmung von Flüssen beeinflussen. Ein Beispiel hierfür sind Staudämme, die die Dauer thermischer Extreme verlängern. Die Autoren der Studie bestätigten dies, indem sie eine größere Anzahl von Stauseen und Barrieren in bestimmten Becken mit der Dauer dieser Ereignisse dort in Verbindung brachten. Der andere Faktor, diesmal zur Abschwächung der Ereignisse, ist die Landwirtschaft. „Sie hat die Hitzewellen in Ufernähe durch kühlere Luft und Wasser aufgrund der Bewässerung gemildert, wie die abnehmenden Trends bei Häufigkeit, Dauer und Intensität von Hitzewellen in Ufernähe in bewirtschafteten Gebieten zeigen“, sagt Kayalvizhi Sadayappan, Co-Autorin der Studie, in einer Mitteilung der Pennsylvania State University. Dies impliziert, dass die fortschreitende Aufgabe landwirtschaftlicher Flächen (in den Vereinigten Staaten viel weniger als in Europa) die Auswirkungen der Hitze auf Flusssysteme verstärken könnte.

Sadayappan und Li konnten die Situation in amerikanischen Flüssen untersuchen, weil der US Geological Survey seit Jahrzehnten die Temperatur des Flussnetzes des Landes aufzeichnet. Sie sind jedoch überzeugt, dass Hitzewellen in Flüssen weltweit zunehmen. In Europa gibt es weder eine einheitliche Datenbank noch ein einheitliches Überwachungsnetz für die Flüsse, aber es gibt einige Teilstudien, die in eine ähnliche Richtung gehen.

Vor einigen Jahren untersuchten italienische, niederländische und schweizerische Forscher die thermische Belastung von 19 Schweizer Flüssen während der drei schlimmsten Hitzewellen, die Mitteleuropa seit Beginn der Wetteraufzeichnungen erlebt hat: 2003, 2006 und 2015. Die Studie wurde 2018 veröffentlicht und enthält daher nicht die jüngsten, die fast alle anderen Hitzewellen übertrafen. Die schlimmste ereignete sich zwischen Ende Juli und Mitte August 2003 und forderte allein in Spanien Tausende Todesopfer . Die Studie zeigt, dass Flüsse im Flachland einen Großteil ihrer Wasserführung verloren, nicht jedoch jene, die von Schnee gespeist wurden. Dieser hatte, wenn er schnell schmolz, den gegenteiligen Effekt. Am schlimmsten war die beobachtete Temperaturabweichung. Nunzio Seviglia, Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, schätzt sie auf „fast vier Grad“ im Vergleich zum seit 1984 verzeichneten Durchschnitt.

Die Auswirkungen von Hitzewellen an Flüssen betreffen den Menschen nicht, zumindest nicht direkt. Es ist das Leben im Fluss, das darunter leidet. Eine Studie der Weichtierpopulationen in der Saône (Frankreich) zeigt, dass mehrere Arten der Gattung Pisidium , winzige Muscheln, nach dem Sommer 2003 praktisch verschwunden sind. Mehr als ein Jahrzehnt später, im Jahr 2015 , ergab eine neue Zählung an verschiedenen Stellen entlang des Flusses, dass sie sich immer noch nicht erholt hatten. Doch abgesehen von ein paar weniger Muscheln erinnert sich Seviglia an die Schlussfolgerungen aus seiner Arbeit über Schweizer Flüsse: „Die Wirkung einer extremen Hitzewelle als impulsartige Störung hat eine größere Wahrscheinlichkeit, eine Veränderung des Zustands von Ökosystemen zu verursachen und ihnen den Anstoß zu geben, ökologische Schwellen zu überschreiten und neue und möglicherweise irreversible Ökosystemzustände zu erreichen.“

Luz Boyero, Forscherin und Co-Leiterin der Gruppe für Flussökologie an der Universität des Baskenlandes, hat nicht Hitzewellen an sich untersucht, sondern vielmehr die Auswirkungen extremer Hitze auf den Lebenszyklus von Flüssen : den Abbau organischer Stoffe. Für Boyero, die die Ergebnisse ihrer amerikanischen Kollegen für „verallgemeinerbar und global“ hält, liegt das Interessante an ihrer Arbeit darin, dass „bei Flüssen oder aquatischen Ökosystemen im Allgemeinen neben dem Klimawandel an sich auch vom Menschen verursachte Veränderungen, wie etwa Staudämme, eine wichtige Rolle bei hohen Temperaturwellen spielen.“

In einem Experiment mit Blättern dreier Arten, die an den Ufern des Flusses Agüera (Kantabrien und Vizcaya) gesammelt wurden, setzte Boyeros Gruppe sie Temperaturen von bis zu 40º aus, um zu sehen, wie sich übermäßige Hitze sowohl auf die Geschwindigkeit als auch auf die Qualität des Zersetzungsprozesses ihrer essentiellen Nährstoffe auswirkte, die die Grundlage detritivorischer Organismen (durch Detritus) bilden, die wiederum die Grundlage für andere Organismen bilden, die als Nahrung für kleinere Fische dienen, die wiederum größeren Leben geben, die...