Der Boden nimmt im Klimageschehen eine zentrale Rolle ein. Zwischen Boden und Klima bestehen vielfältige Wechselwirkungen: Änderungen des Klimas beeinflussen den Boden und der sich verändernde Boden beeinflusst wiederum das Klima.
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Darum geht's
- Wie wirkt der Boden auf das Klima?
- Wie haben sich die Siedlungs- und Verkehrsflächen entwickelt?
- Wie verändert das Klima den Boden?
- Wie lief die Entwicklung konkrekt in den Bereichen Bodentemperatur, Humusvorrat und Bodenersoion?
Wirkung des Boden auf das Klima
Boden als Kohlenstoffspeicher
Böden beeinflussen das Klima. Neben den Gesteinen und Weltmeeren sind Böden mit etwa 1500 Milliarden Tonnen Kohlenstoff, die in der organischen Bodensubstanz als kohlenstoffhaltige Verbindungen weltweit gebunden sind, einer der größten Kohlenstoffspeicher (Senkfunktion). Gleichzeitig sind sie einer der wichtigsten natürlichen Quellen für CO2 in der Atmosphäre. Während ein Teil des Kohlenstoffs Jahrzehnte bis Jahrtausende im Boden verbleibt, wandeln Mikroorganismen einen anderen Teil rasch um. So wird ein Teil des Kohlenstoffs in Form von Kohlenstoffdioxid wieder in die Atmosphäre abgegeben.
Boden als natürliche Klimaanlage
Neben dem positiven Effekt auf das Klima hat der Boden auch einen direkten Einfluss auf die Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit vor Ort. Der Boden wirkt wie eine natürliche Klimaanlage (Kühlfunktion). Das Grundprinzip besteht in der Fähigkeit des Bodens, Wasser zu speichern und den Pflanzen zur Verdunstung zur Verfügung zu stellen. Für die Verdunstung benötigt die Pflanze Energie. Diese bezieht sie von der Sonne. Die Sonnenenergie wird durch die Pflanze in latente und nicht in fühlbare Wärme umgewandelt: Der Luft wird Wärme entzogen, dadurch kühlt sie sich ab, es entsteht Verdunstungskälte.
Besonders in städtischen Räumen spielt die Kühlleistung des Bodens als Temperaturpuffer in der heißen Jahreszeit eine zunehmend wichtige Rolle. Der Temperaturunterschied zwischen bebauten und unbebauten Bodenoberflächen ist immens. Ein bewachsener Boden sorgt über die Verdunstung für erhebliche Abkühlung. Versiegelte Flächen heizen die Luft dagegen auf. Darüber hinaus erwärmt sich ein bewachsener Boden weniger stark als eine Asphaltdecke. Der Effekt ist an warmen Sommertagen sehr schön in Parkanlagen oder im Wald spürbar.
Entwicklung der Siedlungs- und Verkehrsfläche
Zunahme der Siedlungs- und Verkehrsfläche
Um die negativen Folgen des Klimawandels zu verhindern oder aber zumindest abmildern zu können, sind unversiegelte Flächen aufgrund ihrer verschiedenen Funktionen von elementarer Bedeutung. Zu diesen Funktionen gehören unter anderem das Versickern von Niederschlägen im Boden sowie die Rückhaltung von anstehendem Wasser im Hochwasserfall. Außerdem ist wie oben bereits dargestellt die Sicherung von Freiflächen für die Frisch- und Kaltluftversorgung von Siedlungsbereichen und die Abmilderung von Hitzebelastungen durch eine intakte Bodenkühlleistung unverzichtbar.
Der Mittelwert der täglichen Zunahme der Siedlungs- und Verkehrsflächen in NRW liefert für den noch kurzen Zeitraum 2017-2020 einen Mittelwert von 6,3 ha pro Tag. 2019 war die Zunahme der Siedlungs- und Verkehrsfläche in NRW mit 8,1 ha pro Tag am höchsten.
Im Jahr 2020 betrug die Gesamtfläche des Kreises Recklinghausen 76131 ha. Der Anteil der Landwirtschaftsflächen lag bei 35,0% und Wälder bedeckten 25,7%. Der Siedlungsflächenanteil lag bei 24,8% und Verkehrsflächen nahmen 8,3% der Landesfläche ein.
Wirkung des Klimawandels auf den Boden
Der Boden unter Klimastress
Der Klimawandel ist bereits spürbar. Die Intensität und Häufigkeit der Starkniederschläge wie auch Sommer- und Hitzetage haben in Nordrhein-Westfalen zugenommen. Aktuelle Klimaszenarien rechnen zukünftig mit trockeneren Sommern, schneearmen Wintern und einer weiteren Zunahme an extremen Wetterereignissen. Diese Veränderungen beeinflussen auch den Boden und seine zukünftige Entwicklung, denn die Mehrzahl der Prozesse im Boden sind sowohl temperatur- als auch feuchtigkeitsabhängig.
Gut zu wissen
Auf welche den Boden betreffenden Bereiche kann sich der Klimawandel besonders auswirken?
- Bodentemperatur
- Bodenwasserhaushalt
- Organische Bodensubstanz
- Erosion und Verschlämmung
Ein wärmeres Klima begünstigt die biologische Aktivität im Boden, kann die Zersetzung von organischer Bodensubstanz beschleunigen und zu verstärktem Humusabbau führen. Eine Abnahme der Bodenfruchtbarkeit und eine Verringerung des Kohlenstoffspeichers im Boden sind die Folgen. Im Gegensatz dazu verzögert eine zunehmende Trockenheit die Zersetzung von organischer Bodensubstanz und verlangsamt den Kohlenstoffabbau. Zusätzlich führt die Zunahme der Wetterextreme wie Starkniederschläge zu vermehrter Erosion und damit zu einem Verlust des wertvollen Oberbodens. Mit der Beeinträchtigung seiner Qualität ist der Boden folglich in seinen Funktionen als Lebensraum für Pflanzen und Tiere, als Speicher für Kohlenstoff und Nährstoffe, als Wasserspeicher und -filter sowie als Produktionsgrundlage für Nahrungsmittel gefährdet.
Entwicklung der Bodentemperatur
Anstieg der Bodentemperaturen
Höhere Lufttemperaturen und zunehmende Sonnenscheindauer führten in den vergangenen Jahren zu einem Anstieg der Bodentemperaturen. Jede weitere zukünftige Erwärmung der Atmosphäre wird demnach auch die Bodentemperaturen erhöhen. Mit der Erwärmung geht eine Verlängerung der Vegetationsperiode einher und steigert damit das Pflanzenwachstum. Dies führt zu einer gesteigerten Stoffaufnahme durch die Pflanzen aus dem Boden. Gleichzeitig steigern höhere Temperaturen alle chemischen, physikalischen und biologischen Prozesse im Boden – wie die Vermehrung von Bodenorganismen und Bodentieren, das Wachstum von Wurzeln und die Umsetzungsraten der organischen Bodensubstanz.
In der aktuellen Klimanormalperiode (1991-2020) liegt der jährliche Mittelwert der Lufttemperatur in 2 m Höhe bei rund 10,5 °C, in 5 cm Tiefe und ebenso in 50 cm Bodentiefe bei 11,4 °C. Im Vergleich zur ersten verfügbaren Klimanormalperiode (1951-1980) liegt ein Anstieg in 2 m von 1,1 °C vor, in 5 cm Bodentiefe von 1,9 °C und in 50 cm Tiefe von 1,6 °C. Die höchsten Werte der Bodentemperatur wurden in den Jahren 2014, 2018 und 2020 und erreicht, die auch bezogen auf die Lufttemperatur die drei wärmsten Jahre in NRW sind.
Indikator Bodentemperatur
Als Indikator wird die mittlere jährliche Temperatur in Grad Celsius (°C) im Boden in 5 cm sowie in 50 cm Tiefe verwendet und zum Vergleich die Lufttemperatur in 2 m Höhe dargestellt. Für das Klimafolgen- und Anpassungsmonitoring wurden drei Stationen ausgewählt: die beiden DWD-Stationen Essen-Bredeney (Daten ab 1951) und Köln-Bonn (Daten ab 1961) sowie die LANUV-Versuchsstation Waldfeucht (1993). Grafisch und textlich wird nur die DWD-Station Essen-Bredeney dargestellt. Die Station Essen-Bredeney wurde aufgrund der langen Zeitreihe für die grafische Darstellung ausgewählt. An allen anderen Boden-Messstationen ist ebenfalls ein statistisch signifikant steigender Trend zu beobachten.
Entwicklung des Humusvorrat
Hohe Humusvorräte in der Westfälischen Bucht im Vergleich zu anderen Regionen
Die Fruchtbarkeit von Böden hängt stark von der organischen Substanz, dem so genannten Humus, und dem Bodenleben ab. Außerdem ist der Humus auch für die Funktion von Böden als CO2-Senke von Bedeutung. Je mehr Humus im Boden eingelagert werden kann, desto mehr CO2 kann aus der Atmosphäre gebunden werden.
Der Mittelwert der Humusvorräte für die Erhebungsjahre 2009, 2012, 2015 und 2018 liegt in der Westfälischen Bucht bei 144,6 t/ha. Aufgrund der kurzen und diskontinuirlichen Zeitreihe ist ein statistisch signifikanter Trend bislang allerdings noch nicht ablesbar. Daher kann anhand der bisher zur Verfügung stehenden Datenreihe keine Aussage zur langfristigen Humusentwicklung und des Klimawandeleinflusses getroffen werden. Ein Vergleich der Regionen zeigt jedoch, dass trotz der eher sandigen Böden der Westfälischen Bucht die Humusvorräte deutlich über den Humusvorräten der Rheinregionen mit ihren fruchtbaren Lössböden liegen.
Humusvorrat und Klimawandel
Der Prozess der Humusbildung und die Wirkung veränderter klimatischer Bedingungen ist recht komplex. Einerseits wird bei höheren Temperaturen mehr Biomasse gebildet, die zur Humusbildung zur Verfügung steht, andererseits laufen bei höheren Temperaturen die Prozesse, die zum Humusabbau führen, deutlich schneller ab. Für beide Prozesse ist dabei eine ausreichende Wasserversorgung wesentlich. Es wird davon ausgegangen, dass es durch die Klimaveränderungen insgesamt zu einem Humusrückgang kommen wird.
Indikator Humusvorrat
Der Humusvorrat wird über den Humusgehalt unter Einbeziehung der Lagerungsdichte, der Horizontmächtigkeit und des Grobbodenanteils (u.a. Steine) berechnet. Die Auswertung beruht auf 45 Untersuchungsflächen. Dabei liegen jeweils 15 Untersuchungsflächen im Niederrheinischen Tiefland (NT), in der Niederrheinischen Bucht (NB) und in der Westfälischen Bucht (WB). Bei der Auswahl der Untersuchungsflächen wurden die Bodenart, die Bodentemperatur, die Niederschlagsverhältnisse und die Bewirtschaftung berücksichtigt.
Entwicklung der Regenerosivität
Anstieg der Bodenerosion durch zunehmende Regenerosivität
Die Regenerosivität beschreibt die erosionswirksame Kraft des Niederschlags, d. h. Bodenpartikel können durch die kinetische Energie von Regentropfen aus ihrem Verbund gelöst und entfernt werden. Je stärker und intensiver der Regen ist, desto mehr Bodenpartikel werden weggespült. In der aktuellen Klimanormalperiode (1991-2020) liegt der Mittelwert der Regenerosivität bei 90,5 N/h*a. Die Regenerosivität ist in NRW seit 1973 um +44,2 N/h*a angestiegen.
Indikator Regenerosivität
Die Regenerosivität zeigt die Erosionskraft des Niederschlags an. Die Zeitreihe basiert für den Zeitraum 1973-2000 auf Messwerten und ab 2000 auf Radardaten des Deutschen Wetterdienstes. Der R-Faktor wird in der Einheit Newton/Stunde*Jahr (N/h*a) angegeben und spiegelt die Erosionskraft des Niederschlags wider.
Bodenkarten von Nordrhein-Westfalen
Diese interaktive Karte beinhaltet die Darstellung drei verschiedener Karten. Neben der Bodenkarte, die die Schutzwürdigkeit und die Bodentypen anzeigt, können Sie sich die Karte der Erosionsgefährdung der Böden und die Forstliche Standortkarte anzeigen lassen. Die Forstliche Standortkarte bildet die drei wesentlichen Standortparameter Wasserhaushalt, Nährstoffhaushalt und Wärmehaushalt ab. Es handelt sich um eine Auswertung der Bodenkarte von NRW 1 : 50 000 in Verbindung mit Klimadaten des Klimaatlas von NRW (1981 – 2010, LANUV NRW, DWD) und Reliefdaten des Digitalen Geländemodells (DGM10, Geobasis NRW). Die Karte der Erosionsgefährdung stellt die „Natürliche Erosionsgefährdung durch Wasser nach DIN 19708:2017-08“ dar. Die Bewertung erfolgt nach dem Ansatz der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung (ABAG). Das Ergebnis ist ein langjährig zu erwartender mittlerer Bodenabtrag als Funktion verschiedener empirisch ermittelter Größen, mit denen der Einfluss von Klima, Boden und Morphologie auf das Abtragsgeschehen abgebildet wird.
Weitere Informationen
Datenquellen
- Klimafolgenmonitoring NRW (LANUV): Boden
- LANUV:Boden und Klima
- Geologischer Dienst NRW: Bodenkarten / Broschüre