Boreale Zone

Boreale Zone

Die Boreale Zone ist eine der neun weltumspannenden Ökozonen nach J. Schultz.^[1] Sie nimmt heute etwa 13,1 % der irdischen Landoberfläche ein.^[2] Anfang des 21. Jahrhunderts sind davon noch etwa 70 % in einem weitgehend naturnahen Zustand.^[3]

Ihre Ausdehnung deckt sich in etwa mit der kaltgemäßigten Klimazone. Nach der vorherrschenden Vegetation kann sie weiterhin in die Landschaftstypen Waldtundra und Borealer Nadelwald untergliedert werden.

Die Grenzen der Borealen Zone sind in der Realität fließend, so dass eine exakte Ausdehnung - wie auf der Karte gezeichnet - faktisch nicht festgelegt werden kann. Diese Tatsache wird verständlich, wenn man vergleichbare geozonale Modelle heranzieht, die z. T. deutliche Abweichungen aufweisen. Betrachten Sie dazu beispielsweise das vergleichbare Boreale Zonobiom auf der Karte der Zonobiome nach Walter und Breckle oder die FAO Ecozones.

Im Norden endet die boreale Zone an der polaren Waldgrenze mit der Waldtundra, bevor sie in die Polare/Subpolare Ökozone übergeht. Im Süden grenzen die gemäßigten Laub- und Mischwälder der feuchten Mittelbreiten oder die Steppen der trockenen Mittelbreiten an. Das Ökosystem der borealen Zone umfasst die größten zusammenhängenden Wälder der Erde und erstreckt sich über etwa 2 Milliarden Hektar.

Die Bezeichnung boreale Zone ist abgeleitet von altgriechisch βορέας boreas, was „Kälte“ bedeutet und zugleich auf Boreas verweist, den griechischen Gott des winterlichen Nordwinds.

Verbreitung

Boreale Waldgrenze mit Picea glauca in Alaska

Die boreale Zone umspannt die Nordhalbkugel der Erde recht regelmäßig mit einem etwa 700 bis 2.000 Kilometer breiten Band. In Eurasien erstreckt sie sich von Norwegen quer durch Sibirien bis nach Kamtschatka, in Nordamerika von Alaska quer durch Kanada bis nach Neufundland. Jeweils an den Westseiten der Kontinente, also in Norwegen und an der nordamerikanischen Pazifikküste, ist das Vorkommen durch warme Meeresströme weiter nach Norden geschoben als an den Ostküsten.

Nach Norden begrenzt die polare Baumgrenze die boreale Zone, die allerdings keine scharfe Trennlinie ist, sondern ein mehrere dutzend Kilometer breites Ökoton. Die Wälder werden dort immer lichter, Wald und Tundra wechseln sich mosaikartig ab und bilden die sogenannte Waldtundra, bis die baumlose Tundra anschließt. Klimatisch fällt der nördliche Rand der borealen Zone ungefähr mit der 10-°C-Juli-Isotherme zusammen. Auf der Taimyrhalbinsel in Russland reicht die boreale Zone bis 70° N, an der Hudson Bay geht sie schon bei 55° N in die Tundra über.

Südwärts schließen sich die Mittelbreiten an, die je nach Regenmenge als Wald oder Steppe ausgeprägt sein können. Auch hier ist der Übergang nicht abrupt, sondern Nadelwald und Laubwald, bzw. Nadelbäume und waldfreie Steppe gehen ineinander über. Ungefähr sechs Monate muss die Vegetationsperiode andauern, damit man von der warm-gemäßigten Zone spricht: nördlich davon in der borealen Zone ist, plakativ gesprochen, der Winter länger als der Sommer. Nach TRETER fällt die Südgrenze der Borealen Zonen ungefähr mit der 18-°C-Juli-Isotherme zusammen.

Auf der Südhalbkugel liegen Gebiete, die klimatisch vergleichbar wären, fast ausschließlich im Meer. Im äußersten Süden von Südamerika und Neuseeland sowie auf den subantarktischen Inseln gibt es einige Ähnlichkeiten, doch die Unterschiede in Klima und Ökologie sind doch so groß, dass man dort nicht von einer borealen Zone spricht.

Boreomontan

Die boreale Zone und die Gebirgsregionen der warm-gemäßigten Zone werden zusammengefasst als boreomontan bezeichnet. Da ebenso wie die boreale Zone auch die höheren Bergregionen der warm-gemäßigten Zone ursprünglich fast vollständig von Nadelwald bedeckt waren, mit zahlreichen klimatischen und ökologischen Übereinstimmungen sowie gemeinsamen Floren- und Faunenelementen, wurde der Begriff „boreomontan“ geprägt, um die Gemeinsamkeiten der beiden räumlich voneinander getrennten Nadelwaldregionen zu benennen.

Klima

Hauptartikel: Kaltgemäßigtes Klima

Klimadiagramm von Irkutsk

Das kaltgemäßigte Klima ist charakterisiert durch lange, kalte Winter und kurze, mäßig warme Sommer. Die Temperaturen erreichen Minimalwerte bis zu −40 °C im Winter im Inneren der Kontinente (bis -70 °C im kontinentalen Ostsibirien) und steigen im Sommer während zwei bis drei Monaten auf Mitteltemperaturen über 10 °C. Ganz wesentlich wird das Klima durch die arktische Kaltluft bestimmt – im Winter liegt die Arktikfront oft an der Südgrenze der borealen Zone, während im Sommer wärmere Luftströmungen von Pazifik oder Atlantik bestimmend sind. Die Vegetationsperiode liegt meist bei vier bis fünf Monaten. Kürzer noch, aber auch wärmer, sind die Sommer im kontinentalen Klima, unter ozeanischem Einfluss ist der Sommer zwar länger, aber bleibt auch kühler. Bleibt die Durchschnittstemperatur unter 0 °C, bildet sich Permafrostboden, die Grenze des Permafrosts ist allerdings nicht identisch mit der Grenze der borealen Zone.

Die Niederschläge bewegen sich im Mittel in den meisten Gegenden zwischen 250 und 500 Millimeter, was zunächst recht wenig erscheint. Aufgrund der geringen Verdunstung herrscht jedoch fast nie ein Mangel an Wasser (humides Klima). Dazu kommt, dass tauender Schnee noch lange Wasser nachliefert und auf Permafrostböden Wasser nicht versickern kann. Der Regen überwiegt gegenüber den Schneeanteilen gewöhnlich leicht, die Schneedecke bleibt bis zu sieben Monate liegen.

Während der Sommerzeit herrschen Langtags- bis Dauertagsbedingungen. Die Tageslängen erreichen dabei zur Zeit des Sommersolstitiums an der Südgrenze 16 und an der Nordgrenze 24 Stunden. Somit kann die geringe Intensität der Sonneneinstrahlung wenigstens für einige Zeit kompensiert werden. Die Lufttemperatur bleibt trotzdem sehr niedrig, da die Energie für die Aufschmelzung von Schnee und Eis aufgebraucht wird.

Die Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Regionen innerhalb der borealen Zone können aufgrund unterschiedlicher Kontinentalität oder Ozeanität sehr hoch sein. Der kaltkontinentale Klimatyp, der z.B. in der sibirischen Taiga vorkommt, steht für außerordentlich kalte Winter, bei denen die Temperatur bis auf -70 °C absinken kann. Dem gegenüber stehen relativ warme, kurze Sommer mit Temperaturmaxima von +30 °C. Die Jahresmitteltemperatur ist dort mit -10 °C sehr niedrig. Diese kontinentalen Stellen der borealen Zone weisen die höchsten Temperaturamplituden auf. Der kaltozeanische Klimatyp, z.B. aus dem südlichen Alaska oder aus Norwegen, weist hingegen etwas kühlere Sommer, aber auch mildere Winter auf. Die Temperaturamplituden sind hier nicht so hoch, die Jahresmitteltemperaturen höher. Die Schneemächtigkeit und allgemein die Niederschläge sind hier höher.

Kleinräumige Mikroklimate können auch großen Einfluss auf das Ökosystem haben. Schon geringe Hangneigungen verändern die Strahlungsbilanz bei den vorherrschenden niedrigen Sonnenständen erheblich und führen zu unterschiedlichen Bedingungen an Nord- und Südhängen.

Boden

Weite Landschaften der borealen Zone werden von alten Kontinentalschilden gebildet, die seit langer Zeit keine Veränderungen durch Plattentektonik oder Vulkanismus erlebt haben. Durch die langandauernde Erosion ist die Reliefenergie gering, Ebenen und flache Hügelländer dominieren. Die Gesteine liefern bei Verwitterung saure, nährstoffarme Böden. Jüngeren Datums sind in Nordamerika die Rocky Mountains, in Asien der Ural und das ostsibirische Gebirgsland. Während der Eiszeiten waren weite Teile von Gletschern bedeckt und wurden oberflächlich durch die Eisbewegungen geformt, die Bodenbildung setzte also erst vor vergleichsweise kurzer Zeit ein.

Der winterliche Frost spielt bei der Bodenbildung eine große Rolle. Permafrost ist weit verbreitet, im Sommer mit unterschiedlichen Auftau-Tiefen. Durch die Ausdehnung beim Gefrieren bilden sich Erhebungen, taut der Boden, bilden sich Senken. Durch die regelmäßigen Bodenbewegungen (Kryoturbation) bilden sich Eiskeile und Frostmusterböden, wie sie ausgeprägter noch in der Tundra vorkommen. Ob sich Permafrostboden bildet oder wie tief der Boden auftaut kann durch geringe Veränderungen der Umweltbedingungen beeinflusst werden, so dass ein häufiger Wechsel der Bodenbedingungen stattfindet. Im Wald erwärmt die Sonne hauptsächlich den Kronenbereich, am Boden kommt wenig Wärme an, es bleibt beim nur oberflächlich auftauenden Permafrostboden. Auf waldfreien, gerodeten oder abgebrannten Flächen taut der Boden tiefer auf und sackt ein, durch nachfließendes Wasser wird die Strahlungsabsorption und Wärmespeicherung noch erhöht – es bildet sich ein See (Thermokarst, Alass). Auch der umgekehrte Vorgang kommt vor: verlandet ein See, isoliert die Vegetation den Boden, dann fällt die sommerliche Erwärmung geringer aus und der vordringende Permafrost verwandelt den See in einen aufgewölbten Hügel aus Bodeneis (Pingo, Bulgunnjacha).

Durch die geringe Versickerung und Verdunstung oder langanhaltenden Frost in größeren Tiefen kommt es zu Staunässe.

Podsol mit typischer Schichtenfolge

Unter diesen kalten, nassen und sauren Bedingungen zersetzt sich die anfallende Streu nur sehr langsam unter Freisetzung von Huminsäuren. Es bildet sich mit der Zeit auf dem Mineralboden eine dicke Rohhumusschicht; da Bodenlebewesen selten sind, liegt sie dem Boden fast unvermischt auf. Nährstoffe werden nur langsam mineralisiert und sind schlecht für Pflanzen verfügbar. Der pH-Wert des Bodens und der Streuschicht sinkt unter 5,5, wodurch Nährstoffe gelöst werden und H+-Ionen gebunden werden. In den oberen Bodenschichten lösen sich Tonminerale, Aluminium- und Eisenoxide, die in tieferen Bodenschichten wieder ausfallen. Dieser Podsolierung genannte Prozess führt zur Bildung eines nährstoffarmen, sehr sauren bleichen Oberbodens (A-Horizont), dem ein harter, wasserundurchlässiger B-Horizont („Bs“ im Bild rechts) folgt. Es entsteht ein Podsol, der für Pflanzen recht ungünstig ist: Nährstoffe sind bereits durch den niedrigen pH-Wert ausgewaschen, die Wasserkapazität ist gering und der Wurzelraum durch die verhärtete Bodenschicht begrenzt. Auf sehr basenreichen Mineralböden unterbleibt die Podsolierung, trotzdem bildet sich eine unzersetzte Streuauflage, die sich nur wenig mit dem Untergrund vermischt, die entstehenden Böden nennt man Cambisol.

An Stellen, wo Wasser schlecht abfließen kann, wo das Grundwasser höher als etwa 50 Zentimeter unter der Geländeoberfläche ansteht, bildet sich aus abgestorbenen Pflanzenteilen Torf. Eine dünne Torfschicht kann sich in der borealen Zone auch in bewaldeten Gebieten bilden, ab einer Dicke der Torfschicht von 20 bis 30 Zentimetern spricht man von einem Moor.

Pflanzen und Tiere

Die Biodiversität in der borealen Zone ist, verglichen mit südlicheren Ökosystemen, gering. Über weite Strecken dominieren einzelne Pflanzenarten das Bild, Nadelbäume aus der Familie der Kieferngewächse – in der gesamten borealen Zone im Wesentlichen nur zwanzig verschiedene Baumarten. Für Sträucher oder Stauden im Unterwuchs bleibt meist nur wenig an Licht und Nährstoffen übrig. Die ökologischen Beziehungen zwischen Organismen sind nicht sehr spezialisiert, pflanzenfressende Insekten nur mit wenigen Arten vertreten.

Pflanzenwelt

Hauptartikel: Borealer Wald, Moor

Nadelwald bei Ånnaboda, Schweden

Elch in typisch borealer Landschaft mit Nadelwäldern und Sümpfen

Nadelwälder und Moore bestimmen die Flora. Nadelbäume aus den Gattungen Fichte, Tanne, Lärche und Kiefer bilden teils gemischte, häufig aber monodominante Bestände. Die Bäume sind windbestäubt und verbreiten ihre Samen meist durch den Wind. Die Bestände erreichen eine Höhe von etwa zwanzig Metern, die Bäume konkurrieren nicht so sehr um das Licht wie um die Nährstoffe im Boden. Der hohe Nährstoffbedarf der Laubbäume um jedes Frühjahr neue Blätter zu bilden wird auch als entscheidend für die Dominanz der Nadelbäume angesehen. Zudem können die Immergrünen die kurze Vegetationszeit besser ausnutzen. (In Asien wird die boreale Waldgrenze allerdings von der sommergrünen Dahurischen Lärche (Larix gmelinii) gebildet, die in Ostsibirien auf weiten Flächen dominiert.) In der Strauchschicht finden sich Laubgehölze, hauptsächlich Birken, Pappeln, Weiden und Erlen. Hier kommt auch häufiger Bestäubung und Samenverbreitung durch Tiere vor, etwa bei Mehlbeeren, Schneeball, Moltebeere, Schwedischem Hartriegel sowie den verschiedenen Zwergsträuchern aus der Familie der Heidekrautgewächse, etwa den Heidelbeeren. Dicht am Boden wachsen noch Moose und Flechten, sie sind in der Krautschicht häufiger als Gefäßpflanzen. Pilze sind in großer Menge vorhanden, alle Gehölze gehen eine Symbiose mit ihnen ein (Mykorrhiza).

Moore sind in der borealen Zone weit verbreitet, denn die Böden sind stark durch stehendes Wasser beeinflusst und organische Masse zersetzt sich nur langsam. Ihr Flächenanteil liegt im Mittel bei 20 bis 30 %, kann aber auch bis über 50 % steigen. Wälder mit anmoorigem Boden und waldfreie Moorflächen gehen fließend ineinander über. Die Moore sind von vielen offenen Wasserflächen durchsetzt, Moore und Gewässer sind meist nährstoffarm (oligotroph). Die Zuwachsraten der Torfschicht liegen unter einem Millimeter pro Jahr, im nördlichen Bereich werden sogar nur Werte von 0,2 Millimeter pro Jahr erreicht. Trotzdem ist durch die riesige Flächenausdehnung eine bedeutende Menge an Kohlenstoff in den borealen Mooren gespeichert.

Laubwälder sind in der borealen Zone nur an wenigen Stellen verbreitet. Einzelne Laubbäume, wie Birken und Pappeln sind zwar überall in den Nadelwäldern vertreten, wirkliche Laubwälder bilden sich aber nur im stark ozeanisch geprägten Skandinavien und Kamtschatka, wo Birken die boreale Waldgrenze bilden. In Flussauen und an begünstigten Standorten können sie überall in der borealen Zone auftreten und bilden dann lichte, mit Hochstaudenfluren durchsetzte Wäldchen.

Die Verjüngung oder Veränderung der Ökosysteme erfolgt oft auf größeren Flächen im Gleichtakt: Ereignisse wie Waldbrände, Sturmschäden auf den flachgründig auftauenden Böden, Überschwemmungen oder Verlandung, Schäden durch Tiere erfassen die Wälder so häufig, dass die Bäume meist nicht ihr Höchstalter erreichen, sondern großflächig absterben und durch eine neue Generation ersetzt werden. Die kraut- und strauchreichen Sukzessionsflächen sind für viele Tier- und Pflanzenarten ein wichtiger Lebensraum. Besonders durch Waldbrände wird die angesammelte Streu mineralisiert und auf der nährstoffreichen, besonnten Asche wachsen Stauden und Laubgehölze.

Tierwelt

Der Tierbestand ist sowohl von der Zahl der Arten wie auch der Individuen gering. Die herrschenden Nadelwälder und Moore bieten wenig Nahrung, etwas günstiger sind die sporadisch auftretenden Laubwälder und Sukzessionsflächen. Bekannte Tierarten, die ihre Verbreitung in der borealen Zone haben sind Elch, Braunbär, Schneehase, Vielfraß, Luchs und verschiedene Marder. Aufgrund der ausgeprägten Winter haben alle Tiere entsprechende Anpassungen entwickelt: Viele Vögel ziehen nach Süden, Säugetiere und Insekten halten eine Winterruhe oder sind unter der schützenden Schneedecke aktiv. Reptilien und Amphibien fehlen weitgehend, ebenso wie größere Bodenlebewesen – tote organische Masse wird meist von Pilzen zersetzt.

Landnutzung

Holzfloß in Vancouver, Kanada

Trotz des Reichtums an Bodenschätzen ist die Nutzung dieser Zone aufgrund der unwirtlichen klimatischen Rahmenbedingungen begrenzt. Die Einwirkung durch den Menschen ist hier also vergleichsweise gering. Die wichtigste Landnutzungsart ist der Holzeinschlag, daneben finden sich Harz- und Honiggewinnung sowie der Abbau von Torf, die traditionelle Pelztierjagd und das Sammeln von Wildbeeren. Der Abbau von Bodenschätzen wird durch die schwierigen Transportbedingungen und den Permafrostboden erschwert. Ackerbau (wie zum Beispiel Roggen, Gerste, Hafer und Kartoffeln) und Beweidung haben wegen des Klimas und der wenig fruchtbaren Böden kaum Bedeutung, lediglich zur Sicherung der Selbstversorgung der ansässigen Bevölkerung.

Der Eintrag von Nährstoffen durch Winde wirkt sich auf die eigentlich nährstoffarmen Gewässer und Moore aus, die vormals klaren Seen trüben sich durch stärkeren Algenwuchs, Verlandung und Torfbildung laufen schneller ab. Da die sehr empfindlichen Flechten einen wichtigen Teil des Unterwuchses ausmachen, wirken sich industrielle Immissionen und Stoffeinträge aus Bergbaugebieten merklich auf die boreale Zone aus.

Durch den Holzeinschlag in den borealen Wäldern werden etwa 90 % des weltweiten Bedarfs an Papier- und Schnittholz gedeckt. Die forstwirtschaftliche Ausbeute ist jedoch gering, da die Wuchsleistungen in dem kalten Klima niedrig sind. Bei der kommerziellen Holznutzung gibt es viele Probleme: Die Abgelegenheit und die Größe der Gebiete führt zu langen Transportwegen. Durch lichten Baumbestand gibt es nur eine geringe nutzbare Holzmasse pro Fläche. Durch tiefe Temperaturen und hohe Schneedecken im Winter ist die Holzqualität niedrig, da die Wuchshöhe sehr gering ist. Das Holz kann meistens nur für die Herstellung von Papier oder als Brennmaterial verwendet werden, und die Aufforstung oder natürliche Regeneration dauert hier relativ lange. Daher sind inzwischen durch Kahlschlag und Torfabbau vielerorts Schäden entstanden.

Einzelnachweise

Literatur

Eine ausführliche Literaturliste findet sich in Schultz 2000, S.220–225.

• G. Grabherr: Farbatlas Ökosysteme der Erde. Ulmer-Verlag, Stuttgart 1997. ISBN 3-8001-3489-6
• H. Remmert: Spezielle Ökologie: Terrestrische Systeme. Springer-Verlag, Berlin 1998. ISBN 3-540-58264-9
• J. Schultz: Handbuch der Ökozonen. Ulmer-Verlag, Stuttgart 2000. ISBN 3-8252-8200-7
• M. Richter: Vegetationszonen der Erde. Klett-Perthes, Gotha 2001. ISBN 3-623-00859-1
• U. Treter: Die Borealen Waldländer. Westermann, Braunschweig 1993. ISBN 3-14-160312-X

Weiterführendes

• J.A. Larsen: The boreal ecosystem. Academic Press, New York 1980. ISBN 0124368808
• H.H. Shugart, R. Leemans, G.B. Bonan (Hrsg.): A systems analysis of the global boreal forest. Cambridge University Press, Cambridge 1992. ISBN 0521405467
• H. Walter, S.-W. Breckle: Ökologie der Erde. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1999.
  • Bd 3. Spezielle Ökologie der gemäßigten und Arktischen Zonen Euro-Nordasiens. ISBN 3825280225
  • Bd 4. Gemäßigte und Arktische Zonen außerhalb Euro-Nordasiens. ISBN 3-437-20371-1

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