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Hambacher Forst in der Krise Studie zur Beurteilung der mikro- und mesoklimatischen Situation sowie Randeffekten
www.greenpeace.de
Diese Studie wurde erstellt im Auftrag von Greenpeace e.V.
Autor*innen:
Pierre L. Ibisch, Jeanette S. Blumröder Centre for Econics and Ecosystem Management an der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde
Steffen Kriewald Potsdam Institut für Klimafolgenforschung (PIK)
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Impressum Greenpeace e. V., Hongkongstraße 10, 20457 Hamburg, Tel. 040/3 06 18 - 0 Pressestelle Tel. 040/3 06 18 - 340, F 040/3 06 18-340, [email protected] , www . greenpeace . de Politische Vertretung Berlin Marienstraße 19 – 20, 10117 Berlin, Tel. 030/30 88 99 - 0 V.i.S.d.P. Bastian Neuwirth Foto Titel: © Greenpeace
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Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis .................................................................................................................................................................. 2
Zusammenfassung ................................................................................................................................................................. 2
Einleitung ............................................................................................................................................................................... 3
Zielsetzung ........................................................................................................................................................................... 10
Methodik ............................................................................................................................................................................. 10
Ergebnisse ........................................................................................................................................................................... 13
Diskussion ............................................................................................................................................................................ 20
Empfehlungen ..................................................................................................................................................................... 22
Quellen ................................................................................................................................................................................ 23
Zusammenfassung Der Hambacher Forst steht wie kein anderer Wald in Deutschland für die aktuelle Klimakrise. Statt neue
CO2‐Senken zu schaffen, werden existierende durch Waldvernichtung abgebaut, um an fossile Brennstoffe
zu gelangen, deren Verwendung den anthropogenen Klimawandel noch verstärken. Aber die Klimakrise
erstreckt sich über mehrere Skalen. Sie ist nicht nur eine globale Krise, sondern existiert auch auf mikro‐
und mesoklimatischer Ebene.
Das Ziel dieser ersten Untersuchung zu Randeffekten ist die Analyse des vegetationsabhängigen
Mikroklimas in und um den Hambacher Forst. Zunächst sollte hierzu festgestellt werden, welchen Einfluss
Offenland und vor allem die Tagebaue auf die Oberflächentemperatur haben. Es kann beobachtet
werden, dass die vom Tagebau Hambach ausgehenden Randeffekte die Situation des schützenswerten
Hambacher Forsts eklatant verschlechtern. An den Waldrändern zeigt sich das vermehrte Absterben von
Bäumen, die besonderem Hitze‐ und Trockenstress ausgesetzt sind. Zudem ist vor allem am dem Tagebau
zugewandten Waldrand erheblicher Windwurf zu verzeichnen. Mit Hilfe von satellitengestützten
Auswertungsverfahren (MODIS und Landsat 8) wurde bestätigt, dass im Frühling, Sommer und Herbst der
Tagebau Hambach der Wärmepol des Untersuchungsraums ist (MODIS: im Hitzesommer 2018 knapp
45°C). Die (größeren) Waldgebiete sind gemäß MODIS‐Daten in diesen Jahreszeiten die kühlsten Räume.
Diese kühlende Wirkung ist insbesondere im Sommer ausgeprägt; in den Monaten Juni/Juli/August sind
die kühlsten Gebiete bis zu 22°C kühler als die wärmsten, im Winter beträgt die Temperaturdifferenz ca.
3°C. Im Sommer wird auch deutlich, dass das Gebiet des Hambacher Forsts im Durchschnitt 11°C kühler ist
als die heißesten Räume im Untersuchungsgebiet. Die räumliche Verteilung des Mittels der Landsat 8
Oberflächentemperaturen bestätigt weitgehend die Muster der MODIS‐basierten Analyse. Die Tagebaue
und vor allem der Tagebau Hambach sind im Sommer die Hitzepole der Region. Es sind in manchen Jahren
durchschnittliche Oberflächentemperaturen von über 45°C zu verzeichnen. Der Temperaturunterschied
zwischen den heißesten und den kühlsten Punkten im Untersuchungsraum beträgt im relativ heißen
Sommer 2018 22°C. Es fällt auf, dass sich v.a. im heißen Sommer 2018 nicht nur die Tagebaue, sondern
auch die Offenlandbereiche wie landwirtschaftlich genutzte Flächen und Siedlungsräume relativ stark
erwärmen, während Wald‐ und Gehölzflächen vergleichsweise kühler bleiben.
Durch Wiederbewaldung kann eine sichtliche Kühlung der Landschaft erzielt werden. Wenn der aufgrund
seines Alters und der Waldkontinuität schützenswerte Hambacher Forst erhalten werden soll, ist dringend
ein Maßnahmenbündel umzusetzen, welches die Kühlung der Landschaft um ihn herum erreicht. Hierzu
gehören der sofortige Stopp des weiteren Abbaggerns des Tagebaus Hambach, die Rekultivierung und
Wiederbewaldung von (ehemaligen) Straßen und auch des Kiestagebaus sowie an den Wald angrenzender
Agrarflächen. Hierdurch soll eine thermische Pufferzone von idealerweise bis zu 500 m Breite eingerichtet
werden, an der dem Tagebau zugewandten Seite aber mindestens bis zum Grubenrand.
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Die Erstellung der Oberflächentemperaturkarten erfolgte zum einen aus MODIS‐Daten [4] mit einer
groben räumlichen Auflösung von 1 km und zum anderen aus Landsat 8‐Daten [5] mit 30 m
Auflösung.
MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) ist ein Radiospektrometer an Bord des
Aqua EOS‐PM1 Satelliten der NASA, welches Bilder der Erdoberfläche über einen breiten
Spektralbereich erstellt und damit unter anderem eine großflächige Untersuchung des
Strahlenhaushalts erlaubt. Aus der gemessenen Strahlungsintensität im Infrarotbereich (Bänder 31 &
32 mit 10.8 – 12.3 µm) wird unter Berücksichtigung der Emissivität und des Wasserdampfanteils der
Luftsäule mit Hilfe des „Generalized Split Window Algorithm“ (GSWA) die tägliche
Oberflächentemperatur mit einer Auflösung von rund 1 km berechnet.
Landsat 8, gestartet im Februar 2013, ist auch ein Erdbeobachtungssatellit der NASA, der mit dem
Thermal Infrared Sensor (TIRS) ebenfalls die Bestimmung der Oberflächentemperatur erlaubt, jedoch
mit der deutlich höheren räumlichen Auflösung von 30 m. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit
gegenüber Streulicht wird auf die Verwendung des GSWA unter Nutzung von Band 11 verzichtet [6].
Stattdessen wird aus der an der oberen Atmosphäre mit Band 10 gemessenen Strahlungstemperatur
und den in [6] beschrieben Umrechnungsfaktoren sowie der aus dem NDVI berechneten Emissivität
gearbeitet. Die Bestimmung des NDVI (Normierter Differenzierter Vegetations‐Index) erfolgt wie
üblich aus dem Band 4 (red) und Band 5 (near infrared).
Für MODIS stehen tägliche Beobachtungen zur Mittagszeit von 2003 bis 2018 zur Verfügung,
wohingegen Landsat 8‐Beobachtungen nur zweiwöchentlich für den Zeitraum von 2013 bis 2018 um
zehn Uhr morgens vorliegen. Dies resultiert in einer deutlich geringeren Anzahl von Beobachtungen
im Untersuchungszeitraum für die räumlich hochaufgelösten Landsat 8‐Daten. Zusätzlich variiert die
Anzahl der Beobachtungen im Untersuchungsgebiet durch unterschiedliche Wolkenbedeckungen von
Pixel zu Pixel; dies kann insbesondere für die Landsat 8‐Daten dazu führen, dass vereinzelte Pixel nur
durch sehr wenige bzw. keine Beobachtungen repräsentiert werden können.
Tab. 1 zeigt die durchschnittliche Anzahl der sommerlichen Beobachtungen im Untersuchungsgebiet
für beide Datensätze. Aufgrund der hohen Anzahl von Beobachtungen liefern die MODIS‐Daten die
statistisch robusteren Ergebnisse ‐ jedoch zum Preis einer deutlich geringeren räumlichen Auflösung
im Vergleich zu den Ergebnissen, die anhand der Landsat 8‐Daten generiert wurden.
Tab. 1: Durchschnittliche Anzahl der Beobachtungen in den Sommermonaten.
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Für beide Datensätze wurden die durchschnittlichen Oberflächentemperaturen für die einzelnen
Jahreszeiten oder Jahre für die hier dargestellten Untersuchungen aus dem Median jedes einzelnen
Pixels/Gitterzelle der Tage im jeweiligen Untersuchungszeitraum berechnet. Um witterungsbedingte
Einflüsse bei der Analyse zu vermeiden und zusätzlich durch geringe Beobachtungen entstandene
Temperatursprünge im Untersuchungsgebiet auszugleichen, wurden zusätzlich normierte
Oberflächentemperaturen erstellt. Hierfür wurden die Temperaturpixel der einzelnen
Beobachtungstage durch ihr räumliches Mittel geteilt. Werte größer als 1 weisen Flächen aus, die in
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20
Diskussion Der Hambacher Forst steht auch in diesem Kontext stellvertretend für eine ‚Mikro‐ (und Meso‐
)Klimakrise‘ der Waldrelikte in unserer Landschaft, welche mit den Effekten des globalen
Klimawandels überaus schädlich zusammenwirkt. Die Mikroklimakrise des Hambacher Forsts wird
nicht – wie in vielen anderen Fällen – von landwirtschaftlicher oder forstlicher Landnutzung bzw.
Urbanisierung getrieben, sondern vom Tagebau.
Die thermischen Landschaftswirkungen der Tagebaue um den Hambacher Forst sind deutlich
erkennbar. Die flächenmäßige Erweiterung der Tagebaue hat bereits zur Erwärmung der
Gesamtlandschaft beigetragen. Es ist überaus plausibel, dass von den heißen Tagebauen thermische
Effekte auf die unmittelbar angrenzende Umgebung wirken. In besonderem Maße betrifft dies
Waldökosysteme, die grundsätzlich eine erheblich niedrigere Landschaftstemperatur bewirken,
zumindest, wenn sie eine entsprechende Größe und ökologische Ausstattung haben. Im Falle der
Fläche zwischen dem Tagebau Hambach und dem Hambacher Forst wird in Sommermonaten ein
starker Temperaturgradient beobachtet. Es handelt sich hierbei um eine Differenz von ca. 11°C
(MODIS) bzw. bis zu 19°C (Landsat 8) im Sommer 2018. Es ist davon auszugehen, dass der Tagebau
Hambach eine stark erhitzende und damit einhergehende austrocknende Wirkung auf den relativ
kleinen Restwald ausübt.
Es besteht das Risiko, dass die derzeitige Hitze‐ und Trockenperiode in Kombination mit den vom
Tagebau ausgehenden Randeffekten den Hambacher Forst nachhaltig schädigen wird. Mehrere
Baumarten sind ohnehin besonders anfällig. Die nicht standortgerechten Nadelbäume sind stark
gefährdet oder bereits abgängig bzw. abgestorben. Die Fichten werden in kürzester Zeit lokal
verschwunden sein, was derzeitig in weiten Teilen Deutschlands zu beobachten ist (bedingt durch
Trockenstress und Borkenkäfer). Insbesondere steht aber auch zu befürchten, dass die heimische
Buche sich im Hambacher Forst nicht halten kann. Dies bedeutet dennoch nicht ein Absterben des
Waldökosystems. Andere Baumarten wie die Hainbuchen oder Linden dürften die weitere
Waldentwicklung entscheidend mitprägen. Es ist zu hoffen, dass auch die Eichen bei fortschreitender
Erwärmung noch eine geraume Weile überleben können. Es kommt nun im Wesentlichen auch auf
das Management einer thermischen Pufferzone an, wie sich Sensitivität bzw. Vulnerabilität des
Hambacher Forsts weiterentwickeln. Wenn sich Erwärmung und Trockenheit zu stark ausprägen,
steht die zukünftige Waldkontinuität in der kleinen Waldinsel auf dem Spiel. Um die
Funktionstüchtigkeit des Waldes und damit auch die von ihm ausgehenden regulierenden
Leistungen, wie z.B. die mikroklimatische Regulation, Wasserspeicherung, Grundwasserneubildung,
Kohlenstoffspeicherung und Sauerstoffproduktion sowie auch die zahlreichen Habitate aller
Organismengruppen aufrechtzuerhalten, ist es wichtig, dass der vom Tagebau Hambach
ausgehenden ökologischen (Hitze‐ und Trockenheits‐)Stress gemindert wird.
Die Ergebnisse zu den Oberflächentemperaturen um den Hambacher Forst bestätigen aktuell
diskutierte Befunde zur Bedeutung von Wäldern für die Kühlung der Landschaft (vgl. u.a. [8]).
Tschechische Autoren haben unter Nutzung von Landsat 8‐Daten herausgearbeitet, wie sich die
Temperatur in Gebieten des Sumava‐Nationalparks erhöht hat, wo Wälder zusammengebrochen sind
[9]. Sie weisen auch darauf hin, dass die höheren Oberflächentemperaturen dazu führen, dass
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1 statt Evapotranspiration 1F
2 generiert wird, welche Wälder kühlt. Die fühlbare Wärme
treibe zudem turbulente Luftmassenbewegungen in die Atmosphäre. Die aufsteigende warme Luft
1 Hinzu‐ oder abgeführte thermische Energie, die unmittelbar zu Temperaturveränderungen führt. 2 Summe der Verdunstung von Böden, Wasserflächen und Vegetation.
21
transportiere Wasserdampf in die Atmosphäre (Advektion) und trockne deshalb die Landschaft aus.
Die Wassermenge, die durch Advektion in die Atmosphäre transportiert werde, könne substanziell
größer sein als die Menge, die sonst von Bäumen verdunstet wird. Es handelt sich regelrecht um
„Luft‐Flüsse“, die die Landschaft unsichtbar entwässern. Der Verlust von Wasser ist vor allem in
verlängerten Trockenperioden überaus kritisch, da er sich im Sinne einer positiven Rückkopplung
negativ auf den verbleibenden Baumbestand auswirkt: Der Verlust von verfügbarem Wasser führt zur
nachhaltigen Abnahme der Produktivität und Vitalität von Gehölzen [10].
Die Analyse der Oberflächentemperatur der Sophienhöhe zeigt, dass durch Aufforstung bzw.
Wiederbewaldung nach einigen Jahren bzw. eher Jahrzehnten grundsätzlich eine Kühlung der
Landoberfläche erzielt werden kann. Rekultivierung und Bepflanzung von Rohböden in
Bergbaufolgelandschaften ersetzen jedoch keinesfalls ein altes Waldökosystem mit seinen
besonderen Arten, Strukturen und Prozessen. Dies gilt in besonderem Maße für den Boden und seine
Organismen. Rekultivierungsflächen würden Jahrtausende benötigen, um die vernichteten alten
Wälder annähernd zu ersetzen. Die Aufforstungsflächen auf der Sophienhöhe sind eher als
Naherholungsgebiet und Landschaftspark (auch mit nichtheimischen Baumarten) gestaltet worden
und weisen ökologisch einen vergleichsweise geringen Wert auf. Die Fläche zeigt, dass die
Temperaturdifferenz zwischen dem Hambacher Tagebau und der bepflanzten Sophienhöhe im
Sommer 2018 ca. 16°C (MODIS) bzw. bis zu ca. 22°C (Landsat 8) betrug. Damit ist plausibel, dass ‐
wenn also Flächen um den Hambacher Forst wiederbewaldet würden ‐ in absehbarer Zeit die
Landschaftstemperatur und die schädlichen thermischen Randeffekte reduziert werden könnten.
22
Empfehlungen
1. Zur Erhaltung des Hambacher Forst ist die Einrichtung einer thermischen Pufferzone dringend
geraten. Diese sollte ein Band von idealerweise 500 m um den gesamten Wald umfassen, in der
die Oberflächentemperatur durch Wiederbewaldung um mehrere Grad Celsius abgesenkt wird.
2. Das weitere Abbaggern des Tagebaus ist zum Hambacher Forst hin unbedingt sofort einzustellen.
Auf dem verbliebenen entwaldeten Randstreifen ist schleunigst eine Wiederbewaldung
einzuleiten. Dabei ist durch schnellwüchsige einheimische Baumarten auf eine möglichst rasche
Einrichtung eines schützenden Waldrands hinzuwirken.
3. Ebenso sind die Kiestagebaue am Hambacher Forst sofort einzustellen; die Agrarflächen südlich
des Hambacher Forsts bzw. des Tagebaus sind möglichst rasch mit heimischen Bäumen
aufzuforsten. Von der Verwendung nichtheimischer Arten ist abzusehen.
4. Zur Sicherstellung einer effektiven Rekultivierung sollte in der Vegetationsperiode bei gleichzeitig
anhaltender Hitze und Trockenheit, zumindest vorübergehend, eine (ökologisch verträgliche)
Bewässerung der Wiederbewaldungsflächen vorgesehen werden.
5. Der Hambacher Forst ist durch das Anlegen von Hecken und Gehölzkorridoren mit den anderen
verbliebenen Waldflächen der Region zu verbinden. Diese Korridore sollten mindestens 100 m
breit sein.
6. Zu den Sofortmaßnahmen für die Reduktion der thermischen Randeffekte gehört auch die
schnelle Kühlung der Wegeschneisen und Straßen innerhalb des Waldes. Die L276 ist
rückzubauen und zu rekultivieren. Die aufgeschütteten Wege im Hambacher Forst sind auf die
Hälfte der Wegebreite zu verschmälern, damit eine natürliche Sukzession an den Wegesrändern
einsetzen kann.
7. Die Trasse der ehemaligen Autobahn ist schnellstmöglich zu rekultivieren und
wiederzubewalden. Humushaltiger Oberboden ist vor der Bepflanzung aufzubringen und eine
(ökologisch verträgliche) Bewässerung ist zumindest temporär vorzusehen.
8. Etwaige Drainagesysteme, Rohre oder Kanäle, die den Hambacher Forst entwässern, sind
schnellstmöglich zu verschließen.
9. Das Alt‐ und Totholz absterbender Bäume (aller Arten) muss unbedingt im Wald verbleiben, um
nicht nur Habitatfunktionen zu erfüllen, sondern auch um mikroklimatische Kühlung und
Wasserrückhaltung zu befördern.
10. Die mikroklimatische Wirksamkeit der verschiedenen Maßnahmen ist mit Hilfe von Datenloggern
nachzuweisen und zu dokumentieren. Ein entsprechendes mikroklimatisches Monitoring sollte
umgehend begonnen werden.
23
Quellen
[1] Mausolf, K., et al., “Legacy effects of land‐use modulate tree growth responses to climate
extremes”, Oecologia, 0123456789 (2018), 1–13.
[2] E‐OBS Version 19.0e TX dataset from the EU‐FP6 project UERRA (http://www.uerra.eu) and the
Copernicus Climate Change Service, and the data providers in the ECA&D project
(https://www.ecad.eu)
[3] Cornes, Richard C., et al. "An Ensemble Version of the E‐OBS Temperature and Precipitation Data
Sets." Journal of Geophysical Research: Atmospheres 123.17 (2018): 9391‐9409.
[4] Wan, Z., Hook, S., Hulley, G., 2015, MYD11A1 MODIS/Aqua Land Surface Temperature/Emissivity
Daily L3 Global 1km SIN Grid V006. NASA EOSDIS LP DAAC. doi: 10.5067/MODIS/MYD11A1.006
[5] NASA USGS. Landsat 8 OLI (Operational Land Imager) and TIRS(Thermal Infrared Sensor), 2019.
Data available from the U.S. Geological Survey.
[6] US Department of the Interior, “Landsat8 Data Users Handbook,” Mar. 2016. [Online]. Available:
https://landsat.usgs.gov/sites/default/files/documents/Landsat8DataUsersHandbook.pdf
[7] EEA (European Environment Agency), 2019, CORINE Land Cover (CLC) 2018, Version 20,
https://land.copernicus.eu/pan‐european/corine‐land‐cover/clc2018
[8] Ellison, D., et al., “Trees, forests and water: Cool insights for a hot world”, Global Environmental
Change 43 (2017), 51–61.
[9] Hesslerová, P., H. Huryna, J. Pokorný, J. Procházka, “The effect of forest disturbance on landscape
temperature“, Ecological Engineering 120 (2018): 345‐354.
[10] Belyazid, S. & Z. Giuliana, “Water limitation can negate the effect of higher temperatures
on forest carbon sequestration”, European Journal of Forest Research 138 (2019):287–297.
