Feuerökologie der Borealen Zone Einführung

Fire ecology of tropical, subtropical and temperate-boreal forest ecosystems
Global Fire Monitoring Center (GFMC) / Fire Ecology Research Group
BSc Course „Ökologie der Wälder der Erde II“
29-30 November 2012
Ökologie der Wälder der Erde – 29. November 2012
Globale / regionale Klimaschwankungen
Feuerökologie der Borealen Zone
Einführung
Geographisch großräumige Wanderbewegungen von Baumarten
bzw. Waldgesellschaften in den Eis-und Zwischeneiszeiten
Alter des heutigen borealen Waldes: ca.10.000 Jahre
Arbeitsgruppe Feuerökologie, Max-Planck-Institut für Chemie
Global Fire Monitoring Center (GFMC), United Nations University (UNU)
c/o Universität Freiburg
Seit dieser Zeit: Klimaschwankungen mit ein- bis mehrjährige
Perioden geringen Niederschlages
Auftreten von Waldbränden (Blitzschlagfeuern) und
Insektenkalamitäten
Kohlenstoff - Feuer - Globale Atmosphäre und Klima
Feuer - Ein natürlicher und anthropogener Störfaktor
Kohlenstoff in borealen Ökosystemen
Anteil von ca. 37% des gesamten weltweiten terrestrischen KohlenstoffPools
Diese Größenordnung legt die Vermutung nahe, dass das Vorkommen
von Feuer im borealen Waldgürtel einen
kritischen Einflussfaktor auf den globalen
Kohlenstoff-Kreislauf darstellt und damit
potentiell auch von hoher Relevanz für
Atmosphäre und Klima ist
Vergleich zu anderen natürlichen Störungen
(Insekten und andere Schaderreger, Windschäden, Überflutungen):
Feuer der wichtigste natürliche Faktor, der einen nachhaltige Einwirkung auf
Wälder und andere Ökosysteme der borealen Zone hat
Feueranwendung in Eurasien
Landnutzungsgeschichte der nordischen Länder mit einer
Vielfalt von Feueranwendungen in intensiv bewirtschafteten
und kleinräumig gegliederten Kulturlandschaften
Russland / Sibirien
Großräumigkeit, ungleichmäßige Besiedelung:
großräumige Feuer
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Selektion von Baumarten
Bodenfeuer geringer bis mittlerer Stärke bringen Baumarten mit dünner Borke
zum Absterben (Fichten, Tannen, Laubbäume).
Ältere Kiefern und Lärchen
Schutz des lebenden Gewebes (Kambium) vor hohen (letalen) Temperaturen
Harzfluß
Schutz gegen Fäulnis durch Pilz- und Insektenbefall
Überwachsen der Brandwunden
Rekonstruktion der Waldbrandgeschichte
(Dendrochronologie)
Historische Feuerkatastrophen
Meteoritenkollision von Tunguska 1908
Impakt: ca. 15-50 km s-1
Explosion des Meteoriten
in ca. 5 km Höhe
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Die Konflagration in Sibirien von 1915
Feuerverhalten: Boden- vs. Vollfeuer
Lage: ca. 52-70°N, 69-112°E
Dauer der Feuer: 50 Tage (Juni - August 1915)
Überbrannte Landfläche: ca.14,2 x 106 ha
Zwischen Angara-Fluß und Nijnya Tunguska
Eurasien: Vorherrschend Bodenfeuer verschiedener Intensitäten
Beispiel Statistik 1999 (repräsentativ):
Gesamtfläche von erfassten Feuern:
680.000 ha
Davon Vollfeuer:
65.000 ha
Beobachtungen von Rauch: 64-72°N, 61-133°E
Rauchbelastung
Mäßig (Sicht ca. 100 m):
Stark (Sicht ca. 25-100 m):
Extrem (Sicht 5-20 m):
Alaska-Nördliches Kanada: Vorherrschend Vollfeuer
(stand replacement fires)
Vor allem in Kiefern (Pinus banksiana)
und Fichten (Picea mariana)
284 x 106 ha
215 x 106 ha
181 x 106 ha
Σ: ca. 680 x 106 ha
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Verjüngung und Sukzession
Feuer ...
... Reduziert organische Auflagen (Nadelstreu, Flechtenpolster,
Rohhumus)
... Herstellung Kontakt zwischen Mineralboden und Samen bzw.
Sämlingswurzeln
... Öffnung von serotinen und halb-serotinen Zapfen (Kiefern, Fichten)
... Verbesserung der Pflanzenernährung durch Mineralisierung von
Nährstoffen; Erhöhung des pH-Wertes
Fire on Ice
Permafrost:
Veränderung von Bodenbildung und Permafrost-Regimen
Bei vollständiger Verbrennung organischer Auflagen:
Vernässung und Thermokarstbildung durch überhöhte
Wärmeeinstrahlung
Folgen:
Verlust der Lärchenwälder
Freisetzung von im Eis gebundenen Treibhausgasen (Paläo-Gase)
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24. August 1992
Yakutien, 20. Mai 2011
Yakutien, 20. Mai 2011
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Yakutien, 28. Mai 2011
Fire Research Campaign Asia-North (FIRESCAN)
Bor Forest Island Experiment - Juli 1993
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The Fire Research Campaign Asia – North (FIRESCAN)
1993
Langzeituntersuchungen auf Bor Forest Island
Projektzeitraum: 200 Jahre (1993-2192)
1993
1994
1995
1999
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2003
2008
2012
Emissionen aus borealen Waldbränden
Strahlungsaktive Spurengase(CO2, CO, H2, CH2) + Aerosol
Halogenierte Verbindungen (CH3Br, CH3Cl)
Regional Eurasian issues
ƒ Urban exodus resulting in establishment of new or
restructured traditional rural communities that are becoming
more vulnerable to wildfire (Russia: weekend / summer
houses replacing traditional village structures)
ƒ The heritage of historic and contemporary fire exclusion
resulting in increase of severe and often non-controllable
wildfires. Example: The exclusion of low-intensity fires set
by lightning in Siberian pine and larch forests is changing
the forest structure –
resulting in increased
wildfire hazard
Western Russia 2010:
The Moscow Times 27 October 2010
Deaths Up 18% in Heat Wave
ƒ Deaths soared nearly 18 percent nationwide last summer
amid a heat wave that fanned wildfires and blanketed
Moscow with acrid smoke, a new government report said.
ƒ Economic Development Ministry: "In connection with the
unusual heat, forest fires and smoke, 14,500 more people
died in July this year and 41,300
more people died in August than
during the same period last year"
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In many EECCA countries:
Legal / technical vacuum for managing agricultural fires
Settlements
Agricultural
Lands
Forest
Vacuum
Fire Services
Spring Fires in the Northern Hemisphere
2006 – 2007
Source: MODIS by Arthur Lembo (CATF Report)
Forest Services
Impacts of “black
carbon”:
The carbon deposits are
darkening the snow / ice
surface in the Artic
region and reduce
reflectivity, thus
accelerate melting of
snow and ice cover.
Source: A.Pettus / CATF
Agricultural Fires and Arctic
Climate Change: A Special
CATF Report
3-8 May 2003 carbon monoxide concentration
originated by smoke from fires in the Transbaikal Region
(MOPPIT on Terra – Source: NASA)
Trans-Baikal Region (SE Russia)
May 2003
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Examples of fire-emitted soot particles
(Source: MPI Chemistry)
8 May 2003
Smoke from fires in the Transbaikal Region,
extending to Sakhalin, Japan, Alaska and Europe
Smoke pollution emergency in Khabarovsk 2008
Smoke Impacts of peat and forest fires
Composition of vegetation fire smoke
Acute toxicity:
¾ Particulates below 2.5μm
¾ Formaldehyde
¾ Acrolein
¾ Polycyclic Aromatic Hydrocarbons
¾ Free radical precursors
¾ Carbon monoxide
Particulate effects on the respiratory /
cardiovascular systems
¾ Respiratory infections in adults and children
¾ Acute and chronic changes in pulmonary function
¾ Asthma attacks
¾ Cardiovascular diseases (CVD)
¾ Hospital admissions
¾ Increase of daily mortality
Grenzüberschreitende Feuer …. Nächste
Präsentation am 30.11.12: Feuergeschichte der
Mongolei (Dr. Byambasuren Oyunsanaa)
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