Entwicklung der Umwelt seit der letzten Eiszeit

Verzeichnis der Vortragenden und der Diskussionsteilnehmer am Rundgespräch 7
Vorwort 9
Begrüßung durch den Präsidenten der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Heinrich NÖTH 11
Horst HAGEDORN: Einführung in das Rundgespräch 13
Volker MOSBRUGGER: Natürliche Ökosystemdynamik – Lernen aus der Vergangenheit 17
Diskussion 29
Burkhard FRENZEL: Datiert der klimawirksame Eingriff des Menschen in den Haushalt der Natur erst aus dem beginnenden Industriezeitalter? 33
Diskussion 47
Richard POTT: Die Entwicklung der europäischen Buchenwälder in der Nacheiszeit 49
Diskussion 75
Karl-Friedrich SCHREIBER: Überlegungen zum Einfluß der Großwildfauna auf die Landschaft im Holozän 77
Diskussion 90
Hansjörg KÜSTER: Waldentwicklung in Süddeutschland 91
Diskussion 101
Karl-Ernst BEHRE: Der Mensch öffnet die Wälder – zur Entstehung der Heiden und anderer Offenlandschaften 103
Diskussion 117
Gernot PATZELT: Natürliche und anthropogene Umweltveränderungen im Holozän der Alpen 119
Diskussion 126
Arno SEMMEL: Holozäne Umweltentwicklung im Spiegel der Böden 129
Diskussion 137
Karl-Heinz PÖRTGE: Hochwasser in Vergangenheit und Gegenwart 139
Diskussion 152
Horst HAGEDORN: Zusammenfassung – Folgerungen 155
Schlußdiskussion 161

Volker MOSBRUGGER:

Natürliche Ökosystemdynamik – Lernen aus der Vergangenheit

[S. 17-28]

Neben ihrer Aufgabe, die historische Entwicklung von Ökosystemen zu rekonstruieren, helfen paläoökologische Studien, grundlegende Prozesse innerhalb der Ökosysteme und der Ökosystemdynamik zu erforschen. Insbesondere erlauben sie Zugang zu Fragenkomplexen, die an rezenten Ökosystemen nur schwer oder gar nicht untersucht werden können. Der entscheidende Vorteil der Paläoökologie liegt dabei im wesentlichen auf drei Ebenen: Sie kann langsame und großskalige Prozesse der Ökosystemdynamik erfassen, hat Zugang zu nicht-aktualistischen Klima- und Vegetationszuständen (die eventuell auch als Analoga künftiger Situationen dienen können) und erlaubt die Überprüfung und Validierung von Modellen. Dies wird an drei Beispielen erläutert. Untersucht wird der Einfluß von Klimaveränderungen (1) auf die Ökophysiologie, insbesondere Transpiration, von Pflanzen, (2) auf die Diversität und Struktur von fluviatilen Waldökosystemen und (3) auf die Verschiebung von Biomen und Biomgrenzen.

Die paläoökologischen Analysen zeigen, daß die Wechselbeziehungen zwischen Klima und Vegetation wesentlich komplexer und dynamischer sind, als es die bisherigen Untersuchungen an rezenten Ökosystemen vermuten lassen. Entsprechend sind die gegenwärtig vorliegenden Prognosen über die Reaktionen und Wanderungen der Vegetation als Folge der erwarteten anthropogenen Klimaveränderungen mit großer Vorsicht zu beurteilen. Paläoökologische Studien können entscheidend dazu beitragen, derartige Prognosen zu verbessern.

Burkhard FRENZEL:

Datiert der klimawirksame Eingriff des Menschen in den Haushalt der Natur erst aus dem beginnenden Industriezeitalter?

[S. 33-46]

Der Mensch greift gegenwärtig durch seine land- und forstwirtschaftliche, gewerbliche und industrielle Tätigkeit massiv in den Haushalt der Natur weiter Gebiete ein. Es wird angenommen, daß sich dieser Eingriff auch im globalen Klimasystem bemerkbar macht und daß hieraus in Zukunft schwer voraussehbare Gefahren entstehen werden (Wissenschaftl. Klimabeirat 1996). Landwirtschaft wird aber im „Fruchtbaren Halbmond“ seit etwa 9500 Jahren praktiziert, in Mitteleuropa seit ungefähr 7000 Jahren, und Erze werden seit ungefähr 4000 bis 4500 Jahren gewonnen und verhüttet. Es stellt sich damit die Frage, ob ein klimawirksamer Eingriff des Menschen in den Haushalt der Natur nicht schon viel früher begonnen hat als mit dem beginnenden Industriezeitalter Europas, wie in der Regel angenommen wird. Die Beantwortung dieser Frage wirft erhebliche Probleme auf, da mehrere Faktorengruppen auseinanderzuhalten sind:

1) Der langsame Gang der in Europa um etwa 1,5 °C abnehmenden Temperaturen und der sich hier in der Regel etwas verringernden Niederschlagssummen innerhalb der letzten 6500 Jahre (Frenzel et al. 1992);

2) die zunehmende Variabilität mindestens des Sommerklimas innerhalb desselben Zeitraumes (Frenzel 1998);

3) die sich gleichzeitig, vor allem bedingt durch Einwanderungsvorgänge, natürlich ändernde Vegetation, mit der zusammen sich auch die Bodenqualität vielfach geändert hat (Lang 1994);

4) der oszillierende, doch im Großen zunehmende Einfluß des Menschen, der besonders die Oberflächenalbedo sowie die Wärme- und Feuchteflüsse an der Bodenoberfläche geändert hat, sowie

5) der menschliche Einfluß auf das troposphärische Aërosol (u.a. Görres 1991; Hong et al. 1996; Renberg et al. 1994, Kempter 1996).

Lassen sich der Gang der Klimaentwicklung und die Veränderungen des troposphärischen Aërosols bei Nutzung vieler Quellen einigermaßen gut messend verfolgen, so steht man bei der Abschätzung der zu den verschiedenen Zeiten gerodeten oder anderweitig vom Menschen gestörten Oberfläche verschiedener Kontinente vor selbst heute noch nahezu unüberwindbaren Schwierigkeiten, obwohl diese Rodungen und andere Änderungen der natürlichen Vegetation in die verschiedensten klimawichtigen Prozesse eingreifen. Es wird versucht, am Beispiel der Rodungen Möglichkeiten der flächenhaften Abschätzung, aber auch die Schwierigkeiten dieses Vorgehens zu zeigen.

Richard POTT:

Die Entwicklung der europäischen Buchenwälder in der Nacheiszeit

[S. 49-75]

Die sommergrünen Laubwälder mit der Rotbuche (Fagus sylvatica) bilden die regionale potentielle natürliche Vegetation Mitteleuropas; sie reichen bis an die küstennahe immergrüne Hartlaubzone der Mediterraneis und kehren in den mediterranen Gebirgen wieder; sie grenzen im Südosten an die russischen Steppen und reichen im Norden bis an die boreale Nadelwaldzone. Die Lebensgemeinschaften der Buchenwälder dominieren über große Teile Mitteleuropas hinweg als natürliche Waldgesellschaften, und das heutige Bild der Buchenwälder ist Ergebnis einer langen Entwicklungsgeschichte im Zusammenspiel von Klima, Boden und Mensch.

Im Zuge spät- und nacheiszeitlicher Klimaverbesserungen drangen die verschiedenen Laub- und Nadelgehölze aus ihren Refugialgebieten wieder vor. Sie kamen, durch säkulare Klimawandlungen gesteuert, gestaffelt von der ersten bis zur letzten eingewanderten Art über einen Zeitraum von etwa 9000 Jahren. Die Buche hat sich dabei aus verschiedenen eiszeitlichen Refugien des Mittelmeerraumes auf mindestens zwei Wegen nach Nord- und Mitteleuropa ausgebreitet. Spätglaziale Vorkommen in Griechenland, im Bereich der Adria, der Südalpen, des Kantabrischen Gebirges, der Pyrenäen und Cevennen bezeugen ihre Refugialstandorte. Vielleicht gab es weitere Refugien in der Nähe der Karpaten. Die Wanderwege der westlichen und östlichen Provenienzen trafen sich im nördlichen Voralpengebiet, und von dort gelangte die Buche gegen 5000 v. Chr. in die Mittelgebirgsregionen der Vogesen, des Schwarzwaldes, der Schwäbischen Alb und des Bayerischen Waldes. Seit der Mitte des Atlantikums ist ihr Pollen also in den entsprechenden Ablagerungen größerer Moore vertreten. Nahezu zeitgleich erreicht die Buche zwischen 5000 und 4500 v. Chr. von Südosten die Kalk- und Lößstandorte der nördlichen Mittelgebirge. Von dort dürfte sie sich auf benachbarte Sandlöß- und Lehmstandorte der Geest ausgebreitet haben. Dabei ist eine anthropo-zoogene Ausbreitung nicht auszuschließen, im nordwestlichen Mitteleuropa ist sie sogar sehr wahrscheinlich.

Karl-Friedrich SCHREIBER:

Überlegungen zum Einfluß der Großwildfauna auf die Landschaft im Holozän

[S. 77-89]

Die Mosaik-Struktur der holozänen Urwaldlandschaften, die im Rahmen einer räumlich stark variierenden Altersentwicklung entsteht und ein buntes, sich immerwährend veränderndes Muster von Auflichtungen neben dichteren Optimal- und Altersstadien der einzelnen Waldgesellschaften bildet, scheint durch zahlreiche Quellen hinreichend belegt. Diese sprechen gegen die Vorstellung einer kontinuierlich vorherrschenden Weidelandschaft

im immerfeuchten Mitteleuropa; Vergleiche mit heute noch durch Großwild beweideten tropisch-subtropischen (Savannen-)Landschaften, die eine länger anhaltende Trocken- oder gar Dürreperiode aufweisen, werden zu leichtfertig gezogen und sind eigentlich wegen anderer Wuchsbedingungen nicht statthaft. Naturereignisse, wie z.B. Windbruch und -wurf, Feuer, Rutschungen etc., verstärken ihrerseits die Musterbildung und das Entstehen von Auflichtungen in den Wäldern. Hier fanden die dem „prähistorischen Overkill“ entgangenen Arten der Großwildfauna ein vermutlich ausreichendes Nahrungsangebot, ohne sich neue Äsungsflächen „freifressen“ zu müssen. Sie können die Wiederbewaldung dieser offenen Mosaikbausteine zwar gestört, aber nicht grundsätzlich verhindert haben. Zunehmender Jagddruck hat ihre Populationen sicher geschwächt. Hingegen sind die entscheidenden Landschaftsveränderungen im Laufe des Holozäns nicht durch die Megafauna, sondern durch den siedelnden, Ackerbau und den Wald einbeziehende Weidewirtschaft betreibenden Menschen entstanden.

Hansjörg KÜSTER:

Waldentwicklung in Süddeutschland

[S. 91-100]

Voraussetzung für die Entwicklung der Wälder nach der letzten Eiszeit war die klimatische Erwärmung in dieser Zeit. In ihren Details wurde die Waldentwicklung aber nur zu einem Teil durch klimatische Parameter bedingt. Zahlreiche andere Faktoren gewannen ebenfalls Einfluß auf die Waldentwicklung, in den letzten Jahrtausenden vor allem solche, die mit der Landnutzung durch den Menschen in Verbindung stehen. Ganz allgemein ist einem Pollendiagramm zu entnehmen, daß die Vegetation in der Vergangenheit nicht auf jede Klimaschwankung reagierte, sondern sich in einem permanenten Wandel befand. Daher wird die Vegetationsentwicklung auch in Zukunft dynamisch verlaufen, was im Naturschutz beachtet werden muß.

Karl-Ernst BEHRE:

Der Mensch öffnet die Wälder – zur Entstehung der Heiden und anderer Offenlandschaften

[S. 103-116]

Vor allem pollenanalytische Untersuchungen liefern ein zuverlässiges Bild der natürlichen und anthropogenen Vegetationsgeschichte. Danach hat nach der letzten Kaltzeit in Mitteleuropa eine vollständige Wiederbewaldung stattgefunden. Auch in den trockensten Gebieten mit unter 500 mm Jahresniederschlag hat es keine natürlichen Steppen gegeben. Die ersten Auflichtungen gab es ab 5500 v. Chr. durch Rodung für die Felder der frühneolithischen Bandkeramik-Kultur. Im späten Neolithikum entstanden durch Waldweide erstmals offene Hudewälder im Umkreis der Siedlungen, in diese Zeit fallen auch bereits kleine lokale Verheidungen. In der Bronze- und Eisenzeit dehnen sich die Zwergstrauchheiden im ozeanischen Nordwesten weiter aus, vor allem auf degradierten Sandböden. Die im Mittelalter einsetzende Plaggenwirtschaft führte zusammen mit weiter zunehmender Beweidung zu einer enormen Ausweitung der Zwergstrauchheiden, die im 18. Jhdt. fast das gesamte Altmoränengebiet von Nordbelgien bis Jütland bedeckten. In ähnlicher Weise bildeten sich außerhalb des ozeanischen Klimagebietes in Mittel- und Süddeutschland durch Beweidung ausgedehnte Magerrasen, die dort die Kulturlandschaft prägten. Seit dem 19. Jhdt. ist der größte Teil dieser Offenlandschaften aufgeforstet oder in Kultur genommen worden.

Gernot PATZELT:

Natürliche und anthropogene Umweltveränderungen im Holozän der Alpen

[S. 119-125]

Für die klimagesteuerten natürlichen Veränderungen wird als Beispiel der Gletscherrückgang seit 1850 aufgezeigt. Durch den Anstieg der Sommertemperatur um rund 1 °C ist alpenweit eine Fläche von rund 4000 km² firn- und eisfrei geworden. Im Verlauf des Holozäns waren die Gletscher jedoch schon mehrmals kleiner und die Temperaturen um bis 0,6 °C höher als heute.

Als Beispiel für Umweltveränderungen durch den Menschen wird die Kulturlandgewinnung der Vergangenheit im Ötztaler Gebirgsraum dargestellt. Sie beginnt dort in der Jungsteinzeit vor 6500 Jahren und hat bis zum 19. Jahrhundert die natürliche Waldfläche um die Hälfte reduziert. Der Flächenanspruch der gegenwärtigen Entwicklung (Tourismus) ist geringer als der der traditionellen Landwirtschaft. Trotz aller technischen Hilfsmittel dominiert im Gebirgsraum nach wie vor das Naturgeschehen und bestimmt die Grenzen menschlichen Handelns.

Arno SEMMEL:

Holozäne Umweltentwicklung im Spiegel der Böden

[S. 129-136]

Am Beispiel der mitteleuropäischen Lößböden wird zu zeigen versucht, daß am Ende der letzten Kaltzeit nur schwache Böden (Pararendzinen) auf dem Löß entwickelt waren. Im Holozän haben sich wahrscheinlich in den niederschlagsreicheren Lagen bereits im Boreal Parabraunerden gebildet, während in den trockeneren Regionen bis in das Atlantikum hinein Schwarzerden vorherrschten, die erst später infolge der Klimaverschlechterung zu Parabraunerden degradierten. Diese Degradation blieb in den trockensten Gebieten aus. Für die rheinhessischen Schwarzerden wird aufgrund neuerer Pollenanalysen angenommen, daß sie – in Übereinstimmung mit älteren Auffassungen – unter steppenähnlicher Vegetation entstanden.

Einen besonders starken Eingriff in die natürliche Entwicklung der Lößböden stellt die bereits im Neolithikum einsetzende Bodenerosion dar, die an vielen Stellen zum totalen Bodenabtrag führte. Jüngere Schäden diesen Ausmaßes sind nahezu irreversibel, denn die Bildungszeit einer Parabraunerde aus Löß oder ähnlichem kalkhaltigem Substrat beträgt 2000 bis 3000 Jahre. Auf kalkfreien Kolluvien sind dagegen in den letzten 400 Jahren schwache Parabraunerden entstanden.

Die Bodenerosion beeinflußt auch die Entwicklung der Sandböden entscheidend. Solange auf Sanden die lößlehmhaltige Hauptlage erhalten ist, sind in der Regel Braunerde-Bänderparabraunerden anzutreffen. Fällt die Hauptlage der Bodenerosion, sonstigem Abtrag oder einer kolluvialen Übersandung anheim, setzt Podsolierung ein.

Karl-Heinz PÖRTGE und Mathias DEUTSCH:

Hochwasser in Vergangenheit und Gegenwart

[S. 139-151]

Die in den 80er und 90er Jahren dieses Jahrhunderts vermeintlich gehäuft aufgetretenen Hochwasserereignisse werden nicht nur in der Fachwissenschaft lebhaft diskutiert. Während bezüglich der Klimafaktoren inzwischen eindeutige Trends nachgewiesen sind, kann dies für die Abflußextreme keineswegs mit Sicherheit festgestellt werden. Die Datenlage zum Abflußgeschehen ist dadurch gekennzeichnet, daß Pegelaufzeichnungen – von Ausnahmen abgesehen – erst Ende des 19./Anfang des 20. Jahrhunderts beginnen. Aus historischer Zeit existieren schriftliche Quellen oder Hochwassermarken als gegenständliche Quellen, die Einblick in das frühere Abflußgeschehen geben. Im Rahmen interdisziplinärer Forschungen sind aus diesen Quellen für zahlreiche Flüsse „Hochwasserchronologien“ von ca. 1300 bis 1900 erstellt worden (vgl. u.a. Glaser 1998). Für die Zeit davor können holozäne Ablagerungen (z.B. Auenlehme) in den Flußtälern als Indikatoren für die fluviale Morphodynamik herangezogen werden. Nach dem jetzigen Kenntnisstand über die Abflußentwicklung seit Ende der letzten Eiszeit ist festzuhalten, daß sich Klimaschwankungen entsprechend auf die Häufigkeit und Stärke von Hochwasserereignissen ausgewirkt haben. Besonders in der sog „Kleinen Eiszeit“ ist bei vielen Flüssen eine Zunahme des Hochwassergeschehens zu beobachten, wobei die Ereignisse überwiegend im Winterhalbjahr auftraten. Die Scheitelabflüsse der Abflußextreme lagen zudem in historischer Zeit erheblich über denen in diesem Jahrhundert. Für den Main bei Würzburg betrug das Abflußmaximum in diesem Jahrhundert im Jahr 1909 etwa 1800 m³/s, während im Zeitraum vom 14. bis zum 19. Jahrhundert mindestens 8 Ereignisse aufgetreten sind, deren Abflußspitzen deutlich höher lagen. Herausragend war das Hochwasser vom 22. Juli 1342 mit etwa 3300 m³/s (Schiller 1986).

Die gegenwärtige Veränderung der Umwelt ist beeindruckend und die Auswirkungen auf das tägliche Leben sind überall spürbar. Die Ursachen dafür sind vielfältig und erst in ihren Grundzügen bekannt. Trotzdem erwarten die Menschen von der Wissenschaft Antworten auf drängende Fragen über die zukünftige Entwicklung und den Umgang mit der Umwelt. Es ist naheliegend, dazu einen Blick in die Vergangenheit zu tun, um herauszufinden, wie sich Ökosysteme entwickelt und verändert haben. Ein weiterer wichtiger Aspekt bei dieser Rückschau ist die Frage nach dem Einfluß früherer Systeme auf die heutigen. Um den Zeitraum überschaubar zu halten, wurde das Holozän gewählt, also die Zeit nach dem Ende der letzten Kaltzeit. Es ist dieses auch der Zeitabschnitt der Erdgeschichte, in dem der Mensch massiv in das Naturgeschehen eingegriffen hat. Damit ergibt sich die Frage nach den natürlichen und den anthropogenen Faktoren, die sich auf die Ökosysteme und deren Veränderungen ausgewirkt haben. An der Beantwortung solcher Fragen sind viele wissenschaftliche Disziplinen beteiligt, und es bedarf intensiver Diskussionen zwischen den Fächern, um der schwierigen Probleme gerecht zu werden.

Für das Symposion konnten Fachleute aus verschiedenen Disziplinen gewonnen werden, die unterschiedliche Aspekte der Umweltentwicklung behandelt haben. Die unerwartet große Teilnehmerzahl zeigt das große Interesse an der Thematik des Symposions, was sich auch an der lebhaften Beteiligung an der Diskussion zeigt.

. . .

* Behre, Karl-Ernst, Prof. Dr., Niedersächsisches Institut für historische Küstenforschung, Wilhelmshaven

Bäumler, Rupert, Priv.Doz. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Bodenkunde, Freising

Bremer, Hanna, Prof. Dr., Wilhelmsfeld

Brunotte, Ernst, Prof. Dr., Universität zu Köln, Institut für Geographie, Abt. für Angewandte Geomorphologie und Landschaftsforschung, Köln

Busche, Detlef, Prof. Dr., Universität Würzburg, Institut für Geographie, Würzburg

Decker, Gerd, Wissenschaftsjournalist, München

Dotterweich, Markus, Dipl.-Geoökologe, Universität Potsdam, Institut für Geoökologie, Potsdam

Faust, Dominik, Priv.Doz. Dr., Katholische Universität Eichstätt, Lehrstuhl für Physische Geographie, Eichstätt

Fischbeck, Gerhard, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Technische Universität München, Lehrstuhl für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Freising

* Frenzel, Burkhard, Prof. Dr., Universität Hohenheim, Institut für Botanik – 210, Stuttgart

Gietl, Christine, Priv.Doz. Dr., Technische Universität München, Institut für Botanik und Mikrobiologie, Biologikum, Freising

Grunert, Jörg, Prof. Dr., Universität Mainz, Institut für Geographie, F.B. 22, Mainz

Haber, Wolfgang, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Technische Universität München, Lehrstuhl für Landschaftsökologie, Freising

* Hagedorn, Horst, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Universität Würzburg, Institut für Geographie, Würzburg

Herm, Dietrich, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Ludwig-Maximilians-Universität München, Institut für Paläontologie und historische Geologie, München

Hoppe, Brigitte, Prof. Dr., Ludwig-Maximilians-Universität München, Institut für Geschichte der Naturwissenschaften, München

Klink, Hans-Jürgen, Prof. Dr., Aachen

* Küster, Hansjörg, Prof. Dr., Universität Hannover, Institut für Geobotanik, Hannover

Liedtke, Herbert, Prof. Dr., Kellermannsweg 1, D-44795 Bochum

* Mosbrugger, Volker, Prof. Dr., Universität Tübingen, Institut und Museum für Geologie und Paläontologie, Tübingen

Nöth, Heinrich, Prof. Dr., Präsident der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, Mitglied der Kommission für Ökologie, München

* Patzelt, Gernot, Prof. Dr., Universität Innsbruck, Institut für Hochgebirgsforschung, Innsbruck

Pfadenhauer, Jörg, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Vegetationsökologie, Freising

* Pörtge, Karl-Heinz, Priv.Doz. Dr., Universität Göttingen, Institut für Geographie, Göttingen

* Pott, Richard, Prof. Dr., Universität Hannover, Institut für Geobotanik, Hannover

Preiß, Herbert, Dr., Bayerisches Landesamt für Umweltschutz, München

Rehfuess, Karl Eugen, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Technische Universität München, Lehrstuhl für Bodenkunde, Freising

Reichholf, Josef, Prof. Dr., Zoologische Staatssammlung, München

Riecken, Uwe, Dr., Bundesamt für Naturschutz, Bonn

Sauer, Hans Dieter, Journalist, Gräfelfing

Schmidt, Olaf, MR, Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, München

Schneider, Achim, Dr., Journalist, München

Schneider, Dietrich, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Starnberg

Schneider, Thomas, Dr., Universität Augsburg, Lehrstuhl für Didaktik der Geographie, Augsburg

* Schreiber, Karl-Friedrich, Prof. Dr., Universität Münster, Institut für Landschaftsökologie, Münster

Schwertmann, Udo, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Technische Universität München, Lehrstuhl für Bodenkunde, Freising

* Semmel, Arno, Prof. Dr., Hofheim/Taunus

Ziegler, Hubert, Prof. Dr., Vorsitzender der Kommission für Ökologie, Bayerische Akademie der Wissenschaften, München