Exceptionally high summer mean temperatures predict tundra fire activity, with stronger responses at greater previous-year leaf area index​

Die arktische Tundra ist eine weite, baumlose Landschaft, in der der Boden den Großteil des Jahres gefroren bleibt und eine einzigartige Gemeinschaft aus niedrig wachsenden Pflanzen wie Moosen, Flechten und Sträuchern beherbergt. Jahrhundertelang galt diese Region als zu kalt und zu feucht, um häufige Brände zu unterstützen, aber während sich der Planet erwärmt, verändert sich das Klima dort schneller als fast überall sonst auf der Erde. Wenn die Temperaturen steigen, kann die Luft mehr Feuchtigkeit aufnehmen, was die Vegetation austrocknet und es wahrscheinlicher macht, dass sie brennt, falls ein Funke entsteht. Wissenschaftler haben lange vermutet, dass diese Erwärmungstrends die Tundra in eine brandgefährdete Umgebung verwandeln könnten, aber das genaue Rezept für diese Feuersbrünste blieb unklar. Es ist schwierig zu wissen, ob die Hitze selbst der primäre Treiber ist oder ob die Menge des Pflanzenwachstums aus dem Vorjahr, die Häufigkeit von Blitzeinschlägen oder die Menge des Regens eine entscheidendere Rolle spielt, wenn es darum geht, zu bestimmen, wann und wo ein Feuer ausbrechen wird und wie groß es werden wird.

Um diese komplexen Zusammenhänge zu entwirren, untersuchten Forscher zwei Jahrzehnte an Daten, von 2001 bis 2020, und betrachteten dabei die Feueraktivität über das gesamte Tundren-Biom hinweg. Sie unterteilten die Region in kleine Gitternetzzellen und verfolgten jährlich, wie viel Kohlenstoff durch Feuer freigesetzt wurde und wie viel Land verbrannt wurde. Durch den Vergleich dieser Feueraufzeichnungen mit neun verschiedenen Umweltfaktoren, einschließlich Temperatur, Niederschlag, Wind und der Dichte der Pflanzenblätter, versuchte das Team, die stärksten Signale zu finden. Sie verwendeten eine Methode, bei der Jahre basierend darauf gruppiert wurden, wie oft bestimmte Bedingungen auftraten, was es ihnen ermöglichte zu sehen, wie sich das Brandverhalten änderte, wenn sich die Bedingungen von kühl und feucht zu heiß und trocken verschoben. Dieser Ansatz half ihnen, den Einfluss des unmittelbaren Wetters von den dauerhaften Auswirkungen der Landschaft selbst zu trennen.

Die Analyse ergab, dass der stärkste Vorhersagefaktor für die Feueraktivität der Tundra schlichtweg die Frage war, wie heiß der Sommer war. Wenn die Sommertemperaturen ihre höchsten Werte erreichten, stieg die Feueraktivität sprunghaft an, insbesondere in Regionen wie Alaska und Russland. Dicht gefolgt von der Temperatur war die Trockenheit der Luft, gemessen daran, wie viel Feuchtigkeit die Atmosphäre aus den Pflanzen zog. Die Studie fand heraus, dass diese beiden Faktoren – Hitze und atmosphärische Trockenheit – die stärkste Verbindung sowohl zur Menge des verbrannten Landes als auch zum freigesetzten Kohlenstoff hatten. Während ein Standard-Wetterindex, der zur Vorhersage der Brandgefahr in Wäldern verwendet wird, half, die Größe der verbrannten Flächen zu erklären, war es die rohe Sommertemperatur, die den Gesamttrend über das gesamte Biom hinweg vorantrieb.

Entscheidend war, dass die Forschung zeigte, dass die Geschichte der Landschaft genauso wichtig ist wie das aktuelle Wetter. Die Menge der grünen, blättrigen Vegetation, die im Jahr vor einem Feuer vorhanden war, war ein Schlüsselfaktor. Wenn das Vorjahr ein üppiges Pflanzenwachstum aufwies, wurde die Tundra viel empfindlicher gegenüber Hitze. In diesen Gebieten führte ein heißer Sommer zu einem unverhältnismäßig großen Anstieg der Feueraktivität. Dies deutet darauf an, dass ein warmes Jahr gefolgt von einem Jahr mit üppigem Wachstum einen „perfekten Sturm“ erzeugt: Die zusätzlichen Pflanzen liefern mehr Brennstoff, und die Hitze trocknet diesen Brennstoff aus, wodurch er bereit zur Entzündung wird. Die Studie fand auch heraus, dass Blitze, die den für die Entstehung eines Feuers in diesen abgelegenen Gebieten benötigten Funken liefern, diese Beziehung verstärkten. Schwerer Regen wirkte jedoch wie eine Bremse, die die Verbindung zwischen Hitze und Feuer schwächte, während die Windgeschwindigkeit keinen konsistenten, reproduzierbaren Effekt auf das Ergebnis zeigte.

Die Forscher beobachteten, dass die heißesten Sommer, die immer häufiger vorkommen, räumlich mit den Gebieten überlappen, in denen die Feuer am intensivsten sind. Das bedeutet, dass sich die Bedingungen, die solche großflächigen Brände auslösen, während die Arktis weiter erwärmt, nicht nur etwas wahrscheinlicher machen, sondern mit zunehmender Häufigkeit an denselben Orten auftreten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Tundra nicht einfach auf Wärme in einer stetigen, linearen Weise reagiert. Stattdessen schafft die Kombination aus rekordverdächtigen Sommertemperaturen und dem durch die vorangegangenen Jahre bereitgestellten Brennstoff eine Rückkopplungsschleife, in der die Feueraktivität sprunghaft ansteigen könnte. Wenn sich das Klima in Richtung dieser Temperaturgrenzen verschiebt, könnte die Tundra Feuerereignisse erleben, die weitaus schwerwiegender sind als das, was in der Vergangenheit gesehen wurde, angetrieben durch das einfache, kraftvolle Zusammenspiel von Hitze, Trockenheit und der zurückgebliebenen Vegetation.