Wie klingt ein sterbender Wald?

Sie können tatsächlich einen Baum sterben hören.

Nein, es schreit nicht vor Schmerzen, wenn ein Holzfäller in Jeans den Kofferraum freudig zerhackt. In den immer häufiger vorkommenden Perioden extremer Dürre und Hitze wird die langsame Austrocknung eines Baumes jedoch durch ein an den Stamm gedrücktes Mikrofon hörbar.

"Es klingt ein bisschen wie Popcorn-Popping - kleine Risse und Knaller", sagt William Anderegg, Biologe an der Princeton University.

Der Prozess, der zum Knistern von Geräuschen führt, ist einer von mehreren, die Wissenschaftler untersuchen, um besser zu verstehen, wie Bäume auf Trockenheit und Hitze reagieren. Mit dem Verlust von Millionen von Bäumen im Zuge der globalen Temperaturerhöhung könnten diese Informationen den Wissenschaftlern helfen, genauer vorherzusagen, welche Bäume am stärksten gefährdet sind, was zu verbesserten Klimamodellen und einer besseren Bewirtschaftung der Wälder in Dürreperioden führt.

"In den letzten Jahrzehnten haben wir begonnen, viel mehr dieser weit verbreiteten dürrebedingten Baumsterblichkeitsereignisse zu beobachten", sagt Anderegg.

Also, was macht die Snaps und Pops? Die Geräusche sind das Ergebnis eines Versagens im Xylem der Pflanze, den Rohrbündeln, die Wasser und Nährstoffe von den Wurzeln zu den Gliedmaßen ziehen, ähnlich wie Arterien den menschlichen Körper mit sauerstoffreichem Blut versorgen.

Wenn es trocken ist, müssen Bäume stärker saugen, um Wasser aus dem Boden zu ziehen. Und wenn die Spannung in diesen Rohren einen bestimmten Punkt erreicht, geben die Seiten nach und lassen winzige Luftblasen frei.

Was die Mikrofone der Wissenschaftler auffangen, sind die Luftblasen, die sich "gewaltsam ausdehnen", wenn sie in die Zellen eindringen, sagt Anderegg.

Wie ein menschlicher Herzinfarkt blockieren diese Luftblasen die Ausbreitung der wässrigen Lebenskraft der Pflanze auf ihre trocknenden Gliedmaßen. Die Verstopfung einer einzelnen Ader ist jedoch kein Todesfall für den Baum, erklärt Louis Santiago, Ökologe an der University of California in Riverside und am Smithsonian Tropical Research Institute.

"Genauso wie wir viele Venen und Arterien haben, haben [Pflanzen] viele Gefäße", sagt er. „Wenn also ein paar Menschen unter der Dürre kavitieren, ist das wahrscheinlich keine große Sache. Aber wenn mehr als die Hälfte oder mehr kavitieren, könnten Sie gefährliche Straßen hinunterfahren. "

Lauschen Sie dem Knistern von Luftblasen, die durch das Xylem einer roten Zeder, Juniperus virginiana, dringen . Bildnachweis: Stefan Mayr, Universität Innsbruck

Embolie gilt als eine der Hauptursachen für den Tod von Bäumen unter trockenen Bedingungen. Aber Pflanzen haben eine Vielzahl von Anpassungen, um zu verhindern, dass sie diese kritische Zone erreichen, sagt Santiago. Diese Vielzahl von Anpassungen versuchen Wissenschaftler immer noch herauszufinden, warum manche Bäume besser mit Dürre fertig werden als andere.

Um ein globales Bild dieser Anpassungen zu erhalten, haben Anderegg und seine Kollegen Daten zur Baumsterblichkeit aus 33 Studien mit Dürren auf der ganzen Welt zusammengestellt und 10 physiologische Eigenschaften der betroffenen Bäume untersucht. Die Studie, die diese Woche in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, legt nahe, dass die Frage, wie Pflanzen mit Wasser umgehen, ein entscheidender Faktor für die Überlebensrate ist.

Ein Teil davon läuft auf die rohe Stärke der Pfeifen des Baumes hinaus. Einige Bäume, wie der Utah-Wacholder, haben ein viel widerstandsfähigeres Xylem und können größeren inneren Spannungen standhalten als andere.

Der andere wichtige Faktor ist, wie die Bäume die Photosynthese - die Aufnahme von Kohlendioxid zur Zuckergewinnung - mit dem Trinken in Einklang bringen. Während Bäume Kohlendioxid einatmen, verdunstet Wasser durch die Poren in ihren Blättern, die Stomata genannt werden. Wenn das Wasser austrocknet, schließen Bäume ihre Poren, um einen Wasserverlust zu verhindern. Die „vorsichtigen“ Bäume, die nach beginnenden Embolien ihre Stomata schneller schließen, schneiden bei Trockenheit tendenziell besser ab, sagt Anderegg.

Die Vorhersagekraft für diese Faktoren ist moderat, aber angesichts der unterschiedlichen Baumgruppen und der verschiedenen Umgebungen, die das Team untersuchte, ist dies nicht unbedingt überraschend. „Ökologie ist eine laute Welt - da ist eine Menge los“, sagt Anderegg. Der Wettbewerb um Wasser, Bodenbeschaffenheit oder sogar Eigenschaften der Dürre kann das Wasser trüben.

Es gibt auch viele andere potenziell wichtige Faktoren, die das Überleben der Bäume auf lokaler Ebene beeinflussen können, wie z. B. die Wurzeltiefe. Lange Wurzeln können zum Beispiel aus tiefen Wasservorräten schlürfen, die außerhalb der Reichweite von stumpfen Wurzeln liegen.

Bäume können mit trockeneren Bedingungen auch fertig werden, indem sie grüne Stämme entwickeln, sagt Santiago. Pflanzen verlieren oft ihre Blätter, wenn sie austrocknen, wodurch die Photosynthese und das Wachstum gestoppt werden. Mit einem grünen Stängel können sie die Photosynthese jedoch auch ohne Blätter fortsetzen. Blühende Bäume in der Gattung Parkinsonia, die auf Spanisch als Palo Verde oder „grüne Stängel“ bezeichnet wird, sind dafür bekannt, diese Art der Anpassung entwickelt zu haben.

Für Klimamodelle ist es äußerst wichtig, die globale Baumsterblichkeit genau vorhersagen zu können. Bäume wirken wie Luftfilter, die ungefähr ein Viertel des Kohlendioxids, das Menschen in den Himmel pumpen, abziehen und dieses Kohlenstoff in ihren dicken Stämmen und üppigen Blättern speichern.

Aber Bäume sind in Schwierigkeiten. 2015 war das heißeste Jahr seit über einem Jahrhundert - das 39. Jahr in Folge mit ungewöhnlich heißen Temperaturen. In den letzten Jahren haben Dürren Teile von Australien, Indien, Europa, den Vereinigten Staaten und anderen Ländern heimgesucht, und es wird erwartet, dass sie häufiger und schwerwiegender werden.

Umfragen der US Forest Service zufolge starben allein in Kalifornien im Jahr 2014 fast 12, 5 Millionen Bäume an der Dürre. Solche Verluste sind ein Schlag für den Planeten, denn wenn die Bäume sterben, entweicht der gespeicherte Kohlenstoff zurück in die Atmosphäre. Die Freisetzung verewigt unsere Probleme mit Treibhausgasen, führt zu mehr Dürren und mehr Baumsterben und setzt den tödlichen Kreislauf fort.