Prof. Dr. Oliver Lehnert

Geowissenschaftler können die Wüsten- und Polarlandschaften wie ein Buch der Erdgeschichte lesen. Sedimentäre, magmatische und metamorphe Gesteinsserien überliefern uns in den heutigen Aufschlüssen die jahrmilliardenalte Entwicklung unseres Blauen Planeten. Die Entstehung der Wüsten, ihr Alter und ihre Ausdehnung im »Lebenszyklus« der Erde bleiben dabei lückenhaft. Lediglich in geologisch jüngerer Zeit sind die Zeugnisse extremer Klimate und lebensfeindlicher Umweltbedingungen gut überliefert. Je weiter wir in der Erdgeschichte zeitlich zurückgehen, umso bruchstückhafter werden die Nachweise. Ähnliches gilt für die Kälte- und Eiswüsten der Erde. Während längerer Kaltphasen wurden die Spuren älterer Vereisungen durch jüngere Glaziale (Eiszeiten) vielfach überprägt oder erosiv beseitigt. Wir müssen bei der Rekonstruktion der Wüsten und Vereisungen in der Frühzeit der Erde unsere Erkenntnisse wie Puzzleteilchen aneinandersetzen, gleichsam wie ein Archäologe, der Relikte früherer Kulturen untersucht, um diese Lebenswelten wieder erstehen zu lassen. Ein beispielhafter Streifzug durch die Zeit wird zeigen, dass unser Planet im Laufe seiner Existenz oft wesentlich »wüstenhafter« war, als es die heutige Erde ist.

Neun Milliarden Jahre nach dem Urknall wuchs nach der Kollisionstheorie in einem frühen Sonnensystem die Protoerde durch ständige Kollisionen mit kleineren Himmelskörpern. Über die chemisch-physikalischen Vorgänge auf der Erdoberfläche, in der Uratmosphäre sowie über die Prozesse im Erdinneren weiß man aus dieser »verborgenen Periode« der Erdzeitalter (Hadaikum) wenig. Die ältesten Gesteine der präkambrischen Kontinentalkerne (Kratone) sind mit 4,03 Milliarden Jahren die Acasta-Gneise des kanadischen Slave-Kratons. 4,4 Milliarden Jahre alte Zirkone aus dem Yilgarn-Kraton Australiens und 4,3 Milliarden Jahre alte Zirkone im Isua-Grünsteingürtel Grönlands weisen auf das »Recycling« noch älterer Magmatite (Erstarrungsgesteine) hin. Das Meteoritenbombardement der Protoerde von außen, mit zuletzt gigantischen Einschlägen immer größerer Körper vom Ausmaß kleinerer Planeten, führte zu einer weitgehenden Aufschmelzung und der Bildung eines »magmatischen Ozeans«. Es muss zu einer starken Interaktion zwischen früher Atmosphäre, ersten Ozeanen, dem Erdmantel und -kern gekommen sein. Aus dem All hätte man die Erde schon auf den ersten Blick als magmatisch geprägten Wüstenplaneten mit lebensfeindlicher Atmosphäre ausgemacht, vergleichbar mit den heutigen Zuständen auf Merkur und Venus. Während des »geologischen Erwachens« der Erde, das im Rahmen einer frühen plattentektonischen Dynamik begann, wurden die Zeugnisse ihrer frühen, vermutlich basaltischen Kruste und vorangegangener Oberflächenprozesse ausradiert. Ihre dünne »Haut« aus schwererem basaltischen Material wurde immer wieder aufgeschmolzen, bis sich im Zuge weiterer Magmendifferenzierung erstmals leichteres, silikatreicheres, »kontinentales Krustenmaterial« bilden konnte. Dieses erlaubte mit der Entstehung erster stabilerer Kratone eine frühe Plattentektonik. Als Beleg für früheste plattentektonische Prozesse gelten 3,8 Milliarden Jahre alte Kissenlaven: Diese unter Wasser erstarrten Laven finden sich in den Gesteinsserien des Isua-Grünsteingürtels im Südwesten Grönlands – Spuren des ältesten überlieferten Meeresbodens der Welt.

Die ursprüngliche Atmosphäre und die ersten Ozeane hatten einen ganz anderen Chemismus als heute, ihre Umweltbedingungen glichen eher einer Giftküche. Den Nachweis frühesten Lebens auf dem damaligen Wüstenplaneten liefern 3,5 Milliarden Jahre alte Bakterien aus dem Archaikum des Pilbara-Kratons Westaustraliens; erste Nachweise von Leben in Form von organisch gebildetem Kohlenstoff in metamorphen Gesteinen Westgrönlands reichen 3,7 Milliarden Jahre zurück. Zunächst wird der durch Fotosynthese erzeugte Sauerstoff vor allem zur oxidativen Fällung von gelöstem Eisen verwandt sowie zur Oxidation von Schwefeldioxid. Die gigantischen Bändereisenerzlagerstätten des Archaikums und des Proterozoikums gehen auf diese Prozesse zurück. Erst vor etwa 2,4 bis 2,0 Milliarden Jahren sind die Ozeane so weit mit Sauerstoff gesättigt, dass dieser sich nach und nach in der Atmosphäre anreichern kann. Es dauert aber weitere zwei Milliarden Jahre, bis der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre in etwa dem heutigen Anteil entspricht und sich eine Ozonschicht um die Erde aufbaut.

Nachdem sich die Atmosphäre in ihrer Zusammensetzung grundlegend verändert hatte, gab es zu Beginn und gegen Ende des Proterozoikums die ausgedehntesten Vereisungen der Erdgeschichte. Die damaligen Eiswüsten waren weiter verbreitet als die Glazialgebiete des Phanerozoikums. Bei diesen Vereisungsperioden sind typische Glazialsedimente bis in die damaligen Äquatorialregionen nachweisbar, und vor dem Hintergrund zusätzlicher geochemischer Daten entstand die Vorstellung einer von Pol zu Pol vereisten Erde. Für das Neoproterozoikum äußerte Joseph Kirschvink 1992 erstmals seine »Snowball Earth«-Hypothese. Die Lage der Kontinente in niedrigen und mittleren Breiten, eine damit verbundene erhöhte Albedo, die durch den an Vereisung gekoppelten weiteren Meeresspiegelabfall verstärkt worden war, hätten die ozeanografischen Bedingungen verändert und komplexe klimatische Prozesse ausgelöst, was schließlich zur vollständigen Vereisung der Erde geführt haben soll. Wenn auch diese Annahmen mittlerweile stark modifiziert wurden, so steht zweifelsfrei fest, dass es sich um die am weitesten ausgedehnten Kontinentalvereisungen auf der Erde gehandelt hat, in denen die Ozeane nur regional eisfrei waren.

Die frühesten Nachweise von Sandwüsten kennt man aus 1,8 Milliarden Jahre alten Ablagerungen des Paläoproterozoikums. Für Geologen bleibt es ein fantastisches Erlebnis, derartige alte Dünensedimente im Aufschluss zu untersuchen und sich diese ehemals riesigen Dünenlandschaften vorzustellen, mit Sedimentstrukturen, wie wir sie in den heutigen Sandwüsten beobachten können. Genauso beeindruckend ist es, mitten im Wald in Zentralschweden zu stehen und in einem kleinen Steinbruch von Dala-Sandstein 1,3 Milliarden Jahre alte Dünen im Querschnitt zu betrachten, die zur Zeit ihrer Ablagerung zu einem gigantischen proterozoischen Wüstenareal gehörten. Diese Regionen waren vermutlich vergleichbar mit den größten Trockenwüsten heute. Ihre Rekonstruktion wird allerdings oft durch eine spätere Überprägung, durch plattentektonische Ereignisse, die im Rahmen des Zerfalls von Super- oder Großkontinenten stattfanden, sowie durch Gebirgsbildungen und lang anhaltende Erosionsphasen erschwert. Hinzu kommen Probleme einer Altersdatierung von Sedimenten auf den unbesiedelten präkambrischen Superkontinenten oder auf Kontinenten, wo es Extremklimate und eine ausgeprägte physikalische Verwitterung, aber keine Vegetation und kein terrestrisches Leben gab.

Wenn auch viele Organismengruppen nach der molekularen Uhr der Genetiker (Zeitabschätzung der Evolution mithilfe von DNA-Sequenzierung und Mutationsraten in den Sequenzen) schon im Neoproterozoikum existiert haben sollen, so setzt mit dem Phanerozoikum, dem »Zeitalter des sichtbaren Lebens«, ein gravierender Wandel ein. Im Rahmen der »kambrischen Explosion«, die mit der fossilen Überlieferung einen Nachweis fast aller heute bekannten »Baupläne« der Natur bietet, und mit dem anschließenden »Great Ordovician Biodiversification Event«, dem Evolutionsereignis, das zu einer explosionsartig ansteigenden Vielfalt an Gattungen und Arten während des Ordoviz führte, bildeten sich komplexe Ökosysteme aus. Viele der fossilen Arten helfen der Wissenschaft heute bei der zeitlichen Untergliederung von Ablagerungen in früheren marinen und terrestrischen Lebensräumen und damit bei der zeitlichen Einstufung von Glazialen und Warmphasen. Während des Altpaläozoikums schritt die Evolution in den Ozeanen schnell voran; es dauerte aber bis in das Mittelordoviz, bis in vielen Regionen der Welt erste Landsporen nachweisbar waren, die eine früheste Besiedlung aquatischer, küstennaher Lebensräume an Land anzeigen. Auch im Silur gab es nur kleinere Pflanzen; von ersten Wäldern kann man hingegen erst im Devon sprechen.

Damit sind Stoffumsätze, die Intensität der Verwitterung und das Ausmaß an Erosion während warmer und kalter Phasen im frühen Altpaläozoikum nicht direkt vergleichbar mit der Entwicklung ab dem Devon, als viele Regionen eine wesentlich ausgeprägtere Pflanzendecke aufwiesen. Die Vegetation hatte Auswirkungen auf Atmosphäre, Klima und – mit den ersten richtigen Bodenbildungen – auch auf die Erosion und Verwitterung. Während des Oberordoviz und Silurs lag der Großkontinent Gondwana (Südamerika, Afrika, Indien, Antarktis, Australien, Südchina, Nordchina, vereinzelte Regionen Europas und Asiens) als riesige Landmasse über dem Südpol. Dort sind weiträumig Spuren der oberordovizischen Vereisungen nachweisbar. In den Gebieten der Sahara ist es vor allem die Hirnantische Vereisung im höchsten Ordoviz, die den Zeitraum des glazialen Maximums der frühpaläozoischen Kaltzeiten auf dem Großkontinent markiert. Mehr als 100 Meter tiefe Paläotäler und Gletscherstriemungen über Tausende von Kilometern hinweg ermöglichen die Rekonstruktion des riesigen Eispanzers im Zentrum des Großkontinents. Während noch vor 30 Jahren postuliert wurde, die Gondwanavereisung sei bereits nach 500.000 Jahren zum Abschluss gekommen, brachte die intensive Paläoklimaforschung der letzten Jahre diese Ansicht ins Wanken – auch wenn die Gesamtdauer der altpaläozoischen Kälteperiode (höheres Mittelordoviz bis höheres Silur), die Dauer und Zahl ihrer Glaziale und Interglaziale derzeit heftig diskutiert werden. Es ist jedoch aus Relikten der Sedimentabfolgen Gondwanas und Indizien für ausgeprägte Meeresspiegelschwankungen ablesbar, dass es mehrfach große Eisvorstöße in Kaltzeiten und Abschmelzereignisse während wärmerer Phasen gab. Während des glazialen Maximums im höchsten Ordoviz vor etwa 444 Millionen Jahren bedeckte ein gigantischer Eispanzer große Teile Gondwanas, der starke Meeresspiegelabfall ließ weite Teile der mit Flachmeeren bedeckten, tropischen und subtropischen Kontinente mit ihren ausgedehnten Karbonatplattformen trockenfallen und verkarsten. Auf Gondwana lassen sich die Eiskappen durch die mit Gletscherstriemungen belegten Bewegungsrichtungen des Eises rekonstruieren. Solch charakteristische Erosionsspuren werden durch Gletscherschrammen im Untergrund verursacht, die an der Basis der Eismassen mittransportierte Gerölle in Form von Kritzungen auf dem Untergrund hinterlassen.

Während des Devons und bis in das Karbon herrschte global ein vergleichsweise ausgeglichenes Klima, bevor vor etwa 300 Millionen Jahren, als der Südpol erneut inmitten der riesigen Landmasse Gondwanas lag, die permokarbone Vereisung einsetzte. Neben dem »Vater der Plattentektonik«, Alfred Wegener, hat sich vor allem der südafrikanische Geologe Alexander Logie du Toit um die paläogeografische Rekonstruktion der permokarbonen Eiskappen verdient gemacht und die These Wegeners von der Kontinentalverschiebung mit dem Nachweis der glazialen Sedimente in nun weit verstreuten Erdteilen untermauert. Alfred Wegener postulierte erstmals 1912 die vergangene Existenz des Superkontinents Pangäa, der sich mithilfe von Faunen- und Florenprovinzen überzeugend nachbilden ließ. Dieser jüngste und am besten rekonstruierte Superkontinent aus der Zeit der Dinosaurier entstand ab dem Karbon durch die Vereinigung aller Kontinentalplatten zu einer Landmasse und zerbrach ab dem Jura wieder in einzelne Kontinentalplatten. Heute ist die Plattentektonik-Theorie anerkannt, und die entsprechenden Bewegungen der Kontinente oder kleiner »Krustensplitter« der darauffolgenden Millionen Jahre lassen sich modellieren.

Nach dem Verschwinden der ausgedehnten Sümpfe und Regenwälder des Karbons und der permokarbonen Vereisung auf Pangäa dehnten sich ab dem Perm große Trockenwüsten im Inneren des von kontinentalem Klima geprägten Superkontinents aus. Während dieser Entwicklung passten sich die Reptilien an das heiße Klima an und verdrängten nach und nach die Amphibien. Als Zeugen der ariden Klimate im Perm können die Salinarbecken des europäischen Zechstein mit ihren mächtigen Kalisalzvorkommen dienen. An der Perm-Trias-Grenze findet das größte Massensterben der Erdgeschichte statt, bei dem mehr als 90 Prozent der marinen und etwa 75 Prozent der kontinentalen Arten verschwinden. Bis zu 3000 Meter mächtige Basaltschichten, die heute weite Gebiete Sibiriens bedecken (Siberian Traps), zeugen von einem ausgeprägten Vulkanismus. Mit diesem war eine dramatische Klimaerwärmung verbunden. Damals herrschte in weiten Teilen Pangäas Dürre, und es bildeten sich ausgedehnte Salzpfannen und Trockenwüsten mit starken Temperaturschwankungen aus.

Im Anschluss sind Trias und Jura durch sehr warme Klimate gekennzeichnet. Aus den damaligen Trockengebieten sind oft hochdiverse Spurenfossilien überliefert, die schon im Perm und während des Mesozoikums eine Anpassung von Faunen an trockene Bedingungen zeigen, wie wir sie aus den heutigen Wüsten kennen. In den äolischen Ablagerungen des permischen Coconino-Sandsteins in Arizona finden sich diverse Spuren von Amphibien wie auch früher Reptilien. Die frühesten Reptilienfährten stammen überwiegend von Thecodontiern, den basalen Archosauriern. Allerdings ist es Lystrosaurus, aus der Gruppe der Therapsiden, der im Oberperm das »große Sterben« überlebt und in der Untertrias die dominierende herbivore Lebensform an Land darstellt. Mit Funden in der Antarktis, Südafrika, Indien und China lieferte das Vorkommen dieser Gattung einen weiteren Beweis für die Plattentektonik. In der Unter- und Mitteltrias dominieren frühe Therapsiden, während in der Obertrias schon die ersten Dinosaurier verbreitet sind. Vielfältige Reptilienspuren aus den Wüstengebieten finden sich heute im Buntsandstein des Germanischen Beckens in Thüringen und Franken.

Geologischen Hinweisen auf ausgedehnte Wüstengebiete aus dem Jura begegnen wir in den heutigen Wüstenregionen Nordamerikas. So stellt der Navajo-Sandstein im Südwesten der USA ein klassisches, überwiegend äolisches Sedimentpaket aus der Zeit Pangäas im unteren Jura dar. Zu den weltweit bekanntesten Sandsteinformationen zählt die Wave auf dem Colorado-Plateau. Mit der geografischen Verbreitung des Navajo-Sandsteins lässt sich eine fossile Sandwüste rekonstruieren, deren Dimension von einigen Forschern mit dem Ausmaß der Sahara oder den Dünenfeldern der Rub al-Khali verglichen und deren Ablagerung auch als eines der größten äolischen Großereignisse in der Erdgeschichte bezeichnet wird. Solche Wüsten im Inneren des mesozoischen Superkontinents sind auch hinsichtlich ihrer Aridität gut vergleichbar mit den Trockenwüsten Afrikas oder der Gobi in Zentralasien.

Nach dem Ende der Kreidezeit gilt das untere Eozän als wärmste Zeit des Paläogens. Damals herrschten in niedrigen bis mittleren Breiten global warm-tropische Temperaturen. Vor etwa 38 Millionen Jahren führten im höchsten Eozän plattentektonische Veränderungen und die Bildung der zirkumpolaren antarktischen Strömung zu einer

gravierenden und rapiden Temperaturabnahme und zu der bis heute anhaltenden Vereisung der Antarktis (Beginn des Känozoikums). Es kam zwar während einer Warmphase im unteren Miozän zu einem Eisrückzug, die anschließende starke globale Abkühlung führte jedoch zu Eisvorstößen in der Antarktis, zu einem globalen Meeresspiegelabfall und zur Ausdehnung von Trockengebieten. Diese Abkühlung setzte sich im Pliozän und Pleistozän fort. Das Resultat war das bis heute andauernde quartäre Eiszeitalter. Mit der beginnenden Vereisung der Nordhemisphäre vor 2,6 Millionen Jahren erfolgt die Abgrenzung zum ältesten und längsten Abschnitt des Quartärs, dem Pleistozän.

Vor der quartären Entwicklung ist noch ein spektakuläres Ereignis zu erwähnen, das auf die globale Meerwasserchemie Einfluss hatte und riesige Räume um den heutigen Mittelmeerraum erfasste: das Messinian Event. Durch die Abschnürung des Atlantiks kam es im höchsten Miozän vor etwa sechs Millionen Jahren zur mehrfachen vollständigen Eintrocknung des gesamten Mittelmeerbeckens. So bildete sich eines der größten und erdgeschichtlich jüngsten Salinarbecken, eine Wüste mit gigantischen Salzpfannen. Zu Beginn des Messinian Event brach das marine Ökosystem zusammen, die zunehmende Austrocknung führte zu einem regionalen Meeresspiegelabfall von bis zu 1500 Metern, dem tiefen erosiven Einschneiden der umliegenden Entwässerungssysteme, ihrer Transformation in tiefe Canyons und der Austrocknung der umliegenden Kontinentalränder. Das Ereignis soll zur Verstärkung der globalen Abkühlung und der fortschreitenden Wüstenentwicklung beigetragen haben. Das Mittelmeerbecken wurde erst vor 5,33 Millionen Jahren, im Unterpliozän, über die Bildung der Straße von Gibraltar in einer extrem schnellen Flutung wieder mit Meerwasser gefüllt.

Der Beginn des Pleistozäns ist magnetostratigraphisch festgelegt. Es fällt ungefähr mit der beginnenden Arktisvereisung vor etwa 2,6 Millionen Jahren zusammen und ist geprägt durch Glaziale und Interglaziale (Warmzeiten) nach der klimatisch stabileren Zeit im höheren Neogen. Während des letzten glazialen Maximums des Pleistozäns dehnten sich vor 21.000 bis 18.000 Jahren weite Eispanzer über große Teile Europas, Asiens und Nordamerikas aus, während es in weiten Teilen Afrikas, Zentralasiens und Patagoniens großräumige Trockenwüsten gab.

Während der jüngsten Erdgeschichte erfuhren im Quartär viele Lebensräume rasante klimatische und ökologische Wechsel. So hat sich die vor drei Millionen Jahren noch von Regenwald geprägte Sahara im Lauf der letzten Jahrhunderttausende von einer humiden zu einer ariden Region, von einem üppigen Lebensraum zu einer lebensfeindlichen Trockenwüste gewandelt, die sich während des letzten Glazials weiter ausdehnte als heute. Sie war häufigen klimatischen Veränderungen unterworfen. Es gibt Nachweise, dass periodisch humide Bedingungen und Megaseen mit einem weit verzweigten Fluss-System existierten, ähnlich wie auch vor 250. 000 Jahren in Libyen, im Sudan und im Tschad. Im letzten Interglazial vor 125.000 Jahren war die Sahara grün, vor etwa 100.000 Jahren gab es auch dort Megaseen. Die Seenlandschaften waren weit größer als die der Großen Seen in Nordamerika. Sie stellten einen wasserreichen Korridor mit pflanzen- und tierreichen Ökosystemen dar, der nach heutigen Erkenntnissen für die Verbreitung des Menschen und seine Wanderung »out of Africa« eine bedeutende Rolle spielt. Für die »kurzfristige« Verschiebung von Trocken- und Feuchtgebieten über die Breitengrade hinweg und die damit verbundenen ökologischen Umschwünge sind zyklische Veränderungen in der Exzentrizität der Sonne, des Neigungswinkels der Erdrotationsachse und der Präzession verantwortlich, die zur Verstärkung oder Abschwächung von Kalt- und Warmzeiten und zu einer räumlichen Verschiebung der Monsungürtel führen.

An das Pleistozän schließt sich vor 11.700 Jahren das Holozän an. Es ist der jüngste Abschnitt der Erdgeschichte, charakterisiert durch eine Klimaerwärmung. Allerdings prägen die Glaziale und Interglaziale des Pleistozäns in vielen Regionen Nordamerikas und Europas das Landschaftsbild bis heute. Wenn man die Sahara betrachtet, so war das Gebiet im frühen Holozän, vor etwa 8000 bis 6000 Jahren, üppig grün, es gab Nilpferde, Krokodile und Elefanten, und Funde von Straußeneiern wurden mit der Radiokarbonmethode auf 7000 Jahre zurückdatiert. Überreste von Siedlungen und Begräbnisstellen entlang von Uferzonen lassen darauf schließen, dass es in dieser Region erneut riesige Seengebiete gab. Höhlenmalereien in der Sahara zeigen schwimmende Menschen aus dieser Zeit. Allein der Mega-Tschad-See erreichte vor etwa 7000 Jahren eine Ausdehnung von an die 360.000 Quadratkilometern. Die Entwicklung hin zur heutigen Trockenwüste setzte in der Sahara, wie in den Wüsten der Arabischen Halbinsel, erst vor etwa 6000 Jahren ein. In marinen Sedimenten lässt sich der früheste Windeintrag von Saharastaub vor etwa 5500 Jahren nachweisen.

Die Kontinente auf der Nordhalbkugel sind heute noch durch den glazialen Formenschatz des Pleistozäns geprägt. Bis vor etwa 15.000 Jahren war das Gebiet der Großen Seen in Nordamerika noch mit Eis bedeckt. In den folgenden Jahrtausenden wurden die Seen weitgehend exponiert, die Gletscher schoben sich, wie im europäischen Alpenraum und in Nordeuropa, periodisch vor und zogen sich dann während der Interglaziale wieder zurück. Die langen Ketten ihrer Endmoränen blieben. In diesen glazial geprägten Räumen bestimmen charakteristische Erosionsformen und Moränenschutt das Landschaftsbild. Gletscherrandseen sind in Nordeuropa unzählig vorhanden, sie kommen im Alpenvorraum und im inneralpinen Becken vor. Zu den größten zählen im Alpenvorland der Bodensee und der Genfer See. Manche füllen heute ertrunkene Gletschertäler aus, wie beispielsweise der größte See Italiens, der Gardasee. Weitere imposante Zeugnisse sind vor allem Trogtäler mit ihren hohen Steilwänden, die sich in den Fjorden Norwegens genauso wie in den alpinen Trogtälern oder am Half Dome im Yosemite-Nationalpark in Kalifornien finden. Rezente Wüsten- und Polarregionen sind bis heute von den Phänomenen des Quartärs und seiner Faunen geprägt.

Es hat fast 4,5 Milliarden Jahre gedauert, bis sich nach der Zeit der Saurier nach und nach unsere derzeitigen Ökosysteme mit ihrer Artenvielfalt, mit Blütenpflanzen, Säugetieren und den Menschen entwickelt haben.

Die Evolution der Erde, die sich in dem perfekten Abstand der Blue Marble zur Sonne entwickelt hat, ist an den »Lebenszyklus« und die »Lebensdauer« ihres Sterns gekoppelt, die von so unterschiedlichen Faktoren wie Masse und Leuchtkraft oder der Geschwindigkeit von Fusionsprozessen im Sonneninneren abhängen. Für »unsere« Sonne ist etwa die Hälfte ihrer Zeit abgelaufen. Der Erde bleibt also noch Zeit für weitere evolutionäre Entwicklungen. Es ist allerdings vorhersehbar, dass die Erde in ferner Zukunft wieder zu einem heißen Wüstenplaneten werden wird. Dessen Schicksal und das seiner Atmosphäre sind ungewiss, wenn sich die Sonne, die seit ihrer Geburtsstunde immer heller wird, in etwa 4,5 Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen aufblähen und Merkur und Venus verschlucken wird. Unser Heimatplanet wird dann äußerlich möglicherweise der Erde in der Frühphase ihrer Entwicklung gleichen, bevor die »sterbende« Sonne zu einem Weißen Zwerg mit einem Bruchteil der heutigen Leuchtkraft schrumpfen wird. Bis dahin wird unser Planet noch einige Superkontinentzykle« durchwandern dürfen, mit ausgedehnten Megawüsten und mit vielfachen klimatischen und ökologischen Veränderungen.

Prof. Dr. Wolf Dieter Blümel

Bereits im 19. Jahrhundert haben Forschungsreisende auf faszinierende äußerliche Übereinstimmungen im Landschaftsbild von Hitze- und Kältewüsten aufmerksam gemacht. Solche Parallelen zeigen sich besonders in der Verwitterung des Gesteinsverbandes, in charakteristischen Geländeformen wie Fels- oder Schuttwüsten oder in polygonalen Oberflächenmustern. Dahinter stehen ursächlich jedoch völlig unterschiedliche physikalische Vorgänge. Neben diesen Konvergenzerscheinungen gibt es aber auch landschaftliche Gegensätze, die weiter unten beschrieben werden.

Saharische Nomaden nennen sie Hammada (»die Unfruchtbare«) – die abweisende, eintönige, nur mühsam passierbare Wüste aus Gesteinstrümmern und Fels. Steinpflaster oder Streu aus gröberem Schutt und Blockwerk, freigeweht von Sand und Staubpartikeln, bestimmen ihr Erscheinungsbild. Die Stein- und Felswüste ist in ihren vielfältigen Variationen der am weitesten verbreitete Landschaftstyp der Trockenwüsten, hervorgegangen aus einer langen, klimatisch wechselvollen Abtragungsgeschichte der unterlagernden Gesteine. Seine Entsprechung findet er mit oft frappierender Ähnlichkeit in Kältewüsten der Arktis, Antarktis oder in wüstenhaften Hochgebirgsregionen. Der geomorphologische Begriff »Frostschuttzone« kennzeichnet treffend den hier prägenden Entstehungsprozess – die Zertrümmerung des Festgesteins durch die Frostsprengung – eine wiederholte Wechselfolge von Gefrieren und Auftauen.

Zwei physikalische Wirkungen bestimmen in den heißen wie kalten Wüsten maßgeblich den Kreislauf der Stoffe: Es sind regelmäßig oder unstet auftretende Druck- und Volumenschwankungen, die sowohl zur Zerstörung von Gesteinen und Mineralverbänden als auch zur dynamischen Strukturierung von Oberflächen durch Polygonmuster führen. Dies sind einerseits die Trockenriss-Strukturen in Salztonebenen oder Endpfannen der heißen Wüsten, in Kältewüsten dagegen Eiskeilnetze und sortierte Steinpolygone.

In Wüsten hat die Verwitterung als Grundlage von Oberflächenprozessen ein vergleichsweise leichtes Spiel, da der Gesteinsuntergrund mangels Schutz durch eine Vegetationsdecke unmittelbar den zerstörerischen Angriffen aus der Atmosphäre ausgesetzt ist. So werden in den Trocken- oder Hitzewüsten dunkle Gesteinsoberflächen und Schuttstücke durch die direkte Sonneneinstrahlung bis über 70 bis 80 Grad Celsius aufgeheizt. Das Gestein steht dann unter Ausdehnungsspannung. Bei der oft unter wolkenlosem Himmel rasch einsetzenden nächtlichen Abkühlung löst sich die Spannung. Dabei zerspringen Schuttstücke, grobe Gerölle und sogar ganze Blöcke. An festen Felsoberflächen sondern sich, je nach Gesteinsart, schuppenartige Plättchen, Mineralbruchstücke (Grus) oder Sand ab. Hitzesprengung, Abschuppung und Abgrusung sind also allein die Folgen der Sonneneinstrahlung. Dunkle Gesteine wie Basalt absorbieren das Licht stärker und verwittern daher schneller als beispielsweise helle Gesteine, die mehr Sonnenlicht reflektieren (Albedo-Effekt) und deshalb weniger intensiv aufgeheizt werden. Im Laufe der Zeit können grobe Schuttstücke oder Gerölle zu immer kleineren Bruchstücken zerfallen – es entsteht ein heute ebenfalls sehr weit verbreiteter geomorphologischer Wüstentyp mit der arabischen Bezeichnung Reg. Es ist eine geglättet erscheinende, eintönige Wüstenoberfläche mit einem häufig dichten Pflaster aus kleinen, kantigen Steinen, aus denen der Wind die Sand- und Staubkorngrößen ausgeweht hat. Optisch ähnlich erscheint die Serir, eine Wüste aus grobem bis feinem Kies (also gerundeten Komponenten), der aus vorzeitlichen oder aktuellen Flussablagerungen stammt. Selbst kleine Sand- und Staubkorngrößen als typische Bestandteile heißer Wüsten können durch die rein mechanische Insolationsverwitterung aus der Zersetzung von Festgestein neu entstehen. Dies ist also neben den Ablagerungen von Flüssen oder wieder verwitterten Sandsteinen eine weitere Quelle für die Anlage von Dünengebieten und Flugsanddecken.

Den Steinwüsten vergleichbare Landschaftstypen trifft man in zahlreichen Kältewüsten an – die Frostschuttwüste. Dahinter steht genetisch aber die Frostsprengung als ein völlig andersartiger Verwitterungsvorgang. Sie benötigt Wasser für die mechanische Zerstörung der Gesteine: Es kann in feinste Haarrisse, kleinste Klüfte oder Poren eindringen. Da es beim Gefrieren durch die Eiskristallisation sein Volumen um etwa zehn Prozent vergrößert und der Frost von außen nach innen vordringt, wird ein enormer Druck entwickelt, der Gesteine mühelos zerspringen lässt. Die Übereinstimmungen im Landschaftsbild der Frostschuttwüste mit dem einer Hamada oder einer feinsteinigen Reg sind oft verblüffend. In den Schmelzwasserablagerungen von Gletschern (Sander) oder Fluss-Schwemmfächern lassen sich darüber hinaus äußerlich betrachtet Vergleiche zum Wüstentyp der Serir ziehen.

Es mag widersprüchlich klingen, aber das knappe Wasser ist in der Hitzewüste ein bedeutender Reliefgestalter. In nahezu allen Trockenwüsten existieren beispielsweise Salzseen, Salztonebenen und Endpfannen versickernder Flussläufe, bekannt unter Bezeichnungen wie Schotts, Sebkhas, Playas, Lagunas oder Vleis. Es sind flache Depressionen, in denen sich Lehm, Ton und Salz anreichern – bisweilen durch örtliche episodische Niederschläge von Wadis zusammengeschwemmt. In der Mehrzahl aber handelt es sich um Sammelbecken von feinkörnigen Flussablagerungen, die aus feuchteren Nachbarregionen oder nahen Gebirgen in die Wüsten verlagert werden. Anders als in humiden Gebieten bleiben hygroskopische Salzminerale aufgrund der hohen Verdunstung in Erdoberflächennähe erhalten. Zusammen mit Tonmineralen, die viel Wasser an sich binden und somit quellen können, entwickeln sie eine spezifische Hydrodynamik im Wechselspiel von Durchfeuchtung und Austrocknung. Sie äußert sich in polygonalen Trockenriss-Strukturen und verleiht diesen Wüstentypen ein ganz eigenes Erscheinungsbild. Zeitweilig sammelt sich Wasser in den Becken: Die offenen Trockenrisse schließen sich dann durch die Wasseraufnahme der Minerale, die Oberflächen der Polygone wölben sich leicht durch den allseitigen Volumenzuwachs und Druck. (Für unerfahrene Wüstenbesucher entpuppt sich der gesättigte Salzton als tückische Falle für Fahrzeug und Schuhwerk.) Die nachfolgende Verdunstung des Wassers und die Austrocknung der gequollenen Sedimente leiten den rückläufigen Prozess ein: Die Wüstenoberfläche entspannt sich förmlich; erneut öffnen sich die Trockenrisse zu einem markant strukturierten Ordnungsmuster.

Trotz ihrer klimatisch konträren Andersartigkeit finden sich polygonale Oberflächenmuster auch in den Kältewüsten, also in den unvergletscherten, von Permafrost unterlagerten, wenig bewachsenen Periglazialgebieten. Hier gehören sie zum weitflächig typischen Landschaftsmerkmal, von steilen geböschten Hängen abgesehen. Dahinter steht das Prinzip der optimalen Flächenaufteilung – vergleichbar den hexagonalen Bienenwaben. Zugrunde liegt hier wiederum ein physikalisches Wechselspiel zwischen Volumenerweiterung und Druckerhöhung sowie zwischen Druckentlastung und räumlicher Schrumpfung. Grundlage hierfür ist der sehr hohe Gegensatz zwischen den positiven Sommertemperaturen und der extremen Winterkälte mit tief reichendem Frost.

Zwei genetisch völlig unterschiedliche Netzmuster sind auszumachen: Die kleineren Frostmusterstrukturen sowie die aus jeder Luftaufnahme arktischer Flachländer hervorstechenden größeren Eiskeilnetze in den Kältewüsten Kanadas, Sibiriens oder Spitzbergens. Die einzelnen Eiskeil-Polygone haben Durchmesser von mehreren Metern bis einigen Dekametern, sind also vergleichsweise Großformen. Sie entstehen bei räumlichen Schrumpfungs- und Ausdehnungsprozessen, deren Ursache in den winterlichen Extremtemperaturen bis zu minus 70 Grad Celsius zu suchen ist: Die lang anhaltende Winterkälte erzeugt eine »Tieffrostkontraktion« im Dauerfrost- und Gesteinskomplex. Es bilden sich schmale, tiefe Schwundrisse, die sich mit Segregationseis füllen, das heißt, Wasserdampf aus der Luft lagert sich in Form von Eiskristallen an den Flanken der Risse an, vergleichbar den vereisten Kälteaggregaten im Gefrierschrank. Durch die jahreszeitliche Wiederholung des Vorgangs an den gleichen Grenzflächen wachsen mit der Zeit lang gestreckte, blanke Eiskörper (Eiskeile) in den permanent gefrorenen Untergrund hinein. Sie verschlanken sich nach unten und enden in wenigen Metern Tiefe, in Reichweite saisonaler Temperatur- und Volumenschwankungen. An der Oberfläche betont oftmals vermehrtes Mooswachstum das faszinierende Netzmuster.

Deutlich kleinere Frostmuster-Polygone mit einigen Dezimetern bis mehreren Metern Durchmesser entwickeln sich in flachen oder nur schwach geneigten Oberflächen von Kältewüsten. Sie gliedern die Flächen zwischen den Eiskeilen und prägen so in unverwechselbarer Weise ein Wesensmerkmal der Kältewüste. Im Unterschied zu den Trockenwüsten werden in der Frostschuttzone Schuttdecken und Steinpflaster nach Korngrößen sortiert und in Polygon-Netzen neu angeordnet (Frostmusterstrukturen). An den Rändern der Polygone sammeln sich die besonders groben Steine, es folgen nach innen kleinere Komponenten, im Zentrum bleibt das feinkörnigere Verwitterungsmaterial zurück. Dieser verblüffende Sortierungsbeziehungsweise Entmischungsprozess (Kryoturbation) beruht auf äußerst komplexen Frostwechsel-Wirkungen, die sich in vertikalen und horizontalen Volumen- und Druckänderungen äußern. Ohne ausreichende Bodenfeuchte oder Durchnässung käme die Kryoturbation jedoch zum Erliegen, da das Wasser mit seiner zehnprozentigen Volumenerweiterung beim Gefrieren die Grundlage für den gesamten Prozess bildet. Dabei wirkt die Kristallisation des Wassers und damit die Ausdehnung des Bodens dreidimensional.

Sandmeere mit ästhetischen Dünenformen gelten vielfach als Prototyp einer Wüste. Jedoch ist nur etwa ein Fünftel der globalen Trockenwüsten tatsächlich von Sand bedeckt. In den polaren Kältewüsten fehlen Dünen und mächtigere Flugsande dagegen weitgehend – mangels geeigneter Sandquellen. Kleinräumige Vorkommen finden sich an einigen arktischen Küstenlinien oder in der Nachbarschaft von Gletschervorfeldern. Aus der extrem trockenen, sehr stürmischen Ostantarktis sind kleine Kiesdünenfelder beschrieben worden.

Die größten und attraktivsten Sandmeere (Ergs/Edeyen), oft besetzt mit riesigen, schwungvoll geformten Dünen, finden sich in Afrika (Sahara, Namib, Kalahari), auf der Arabischen Halbinsel (Rub al-Khali), in Innerasien (Taklamakan, Gobi) und in Australien (Simpson). Ihre Entstehung ist mit der Klimageschichte der Eis- und Kältewüsten gekoppelt: Die Formung der heute beobachtbaren Riesendünen und Sandmeere fällt in den Höhepunkt der letzten Eiszeit, der Maximalvergletscherung der Erde vor 20.000 bis 16.000 Jahren vor unserer Zeitrechnung. Während sich gigantische Eisschilde über Nordamerika und Eurasien ausbreiteten und die Kältewüsten wuchsen, dehnten sich auch die Trockenwüsten in starkem Maße auf Kosten der Savannen und Waldökosysteme aus. Grund dafür war die um vier bis fünf Grad Celsius kältere Atmosphäre, die weniger Wasser aufnehmen konnte und damit weiträumig stark verminderte Niederschläge verursachte. Zeitgleich bewirkten hohe Luftdruckgegensätze starke Windfelder. In der Folge entstanden riesige Sandwüsten, vielfach mit langen Ketten ortsfester hoher Dünen, den Draa. Saharische Dünen breiteten sich ebenso im Niger, Tschad und Sudan aus; sie sind im gegenwärtigen Klima durch Bewuchs fixiert. Die Kalahari im südlichen Afrika war vormals eine riesige Vollwüste, deren dicht geschartes Längsdünenfeld bis unter den heutigen Regenwald im Kongobecken reichte. Heute ist sie eine Dornbusch- oder Trockensavanne.

Die äolische Dynamik erzeugt in Form der Rippeln eine Gemeinsamkeit zwischen Trocken- und Kältewüsten: Rippeln sind die kleinsten rhythmischen Äußerungen (Wellenlänge kleiner als fünf Meter) und besetzen vor allem die Luvseite von Dünen oder flache Sandtennen. Rippelmarken entstehen auf vergleichbare Weise bei der Verdriftung von Schnee, formen harsche Schneeflächen und gestalten die windausgesetzte Seite von Schneewehen.

Dünen sind physikalisch gesehen große Wellen, die bei entsprechendem Sandangebot an der Grenzfläche Luft/Erdoberfläche entstehen. Normale Dünen haben eine Wellenlänge, die kleiner als 500 Meter ist. Spektakulär sind Mega-Dünen (Draa) von 500 bis 6500 Metern Wellenlänge. Sie sind häufig in kilometerlangen Strängen angeordnet. Unter wechselnden Windregimen entstanden darauf bizarr geformte Sterndünen. Die meisten großen Sandmeere sind somit Vorzeitformen und weitgehend ortsfest. Heute überarbeitet der Wind lediglich die Kämme der großen Dünen. Die gegenwärtig einzige echte Wanderdüne ist der Barchan (Sicheldüne), der als Einzelform bei relativ geringem Sandangebot entsteht.

Mehr noch als Hitze und Sand für die Wüste wurden Kälte und Eis zum Synonym für die Polargebiete der Erde. Ähnlich wie Sand ist auch das Phänomen Eis sehr differenziert zu betrachten. Zunächst ist einmal zwischen landgebundenem Eis aus Süßwasser und dem Meereis zu unterscheiden. Jahreszeitlich variiert die Meereisdecke der Polarozeane in der Fläche wie in ihrer Mächtigkeit sehr stark; große Teile bilden sich im Polarwinter neu und schwinden im Sommer wieder. Die Eisdicke beträgt wenige Dezimeter bis maximal vier Meter. Aufgrund des Salzgehalts von 3,5 Prozent gefriert das Meerwasser erst bei minus 1,9 Grad Celsius. Dabei schmilzt sich die Salzsole durch die entstehende Eisschicht hindurch, die danach nahezu Süßwassereigenschaften hat. Lose Eisschollen driften als Treibeis in den Kaltwasserströmen. Sind 80 bis 100 Prozent der Wasserfläche von flachen oder übereinander geschobenen Eisschollen bedeckt, spricht man von Packeis. Das Meereis ist meist von einer dünnen, in der Sonne gleißenden Schneeschicht überweht, die mit ihren winzigen Kristallflächen bis zu 90 Prozent des einfallenden Sonnenlichts reflektieren kann. Demgegenüber bestehen Gletscher aus primärem Süßwasser in Form von Schnee, der sich unter entsprechend kalten Klimabedingungen auf festem Land ansammelt. In der Entstehung von Gletschereis verbirgt sich eine gewisse Parallele zur Akkumulation von Sanddecken und Dünen: Das polare Wind- und Sturmregime sorgt für eine oft weitreichende Verdriftung der Schneeniederschläge. Schneeflocken werden dabei zerstört; der Wind drückt die Kristalltrümmer zusammen. Im Luv (der dem Wind zugekehrten Seite) von Unebenheiten, Hindernissen und Wechten wird der Schnee angepresst, Rippelmarken strukturieren dabei die Oberfläche, im Lee (der dem Wind abgewandten Seite) ist der Schnee lockerer. Schneedrift und Verdichtung sind die ersten Schritte zur Schneemetamorphose: Der interne Druck nach und nach aufgehäufter Schneemassen presst die Luft aus dem immer dichter werdenden Eis. In Klimate mit positiven Tagestemperaturen und Nachtfrösten geschieht die Eisbildung aus Schnee durch Anschmelzen und Wiedergefrieren. Gletscher sind zäh fließende Eismassen. Sie können nicht »in den Himmel wachsen«, da die zunehmende Schneeauflast internen Druck erzeugt und so die viskose Bewegung der Eismasse auslöst. Wenn Gletschereis – wie man am Beispiel Antarktikas oder Teilen Grönlands sehen kann – sich über den Festlandrand hinausschiebt, entsteht ein Saum von Schelfeis mit ebener, eintöniger Oberfläche, die mehrere 100.000 Quadratkilometer umfassen kann. Das Eis liegt zunächst noch auf dem Meeresboden auf. Zunehmender Nachschub und Auftrieb durch das Meerwasser lassen schließlich an den senkrechten Eiskanten die teils großflächigen Tafeleisberge abbrechen. Sie ragen einige Dekameter aus dem Meer – nur mit einem Siebtel ihrer Gesamtdicke. Schelfeis bildet sich nur an den gigantischen Inlandvereisungen der Antarktis oder Grönlands, deren Eispanzer stellenweise über 4000 Meter dick ist. (Die höchste gemessene Eisdicke beträgt 4776 Meter.) Grönlands Inlandeis produziert vor allem aber gewaltige Mengen an kleineren Eisbergen, die an den zerklüfteten Fronten der zahlreichen Auslassgletscher in den Fjorden abgekalbt werden. Eisberge von den grönländischen Auslassgletschern stammen von den Randbereichen des Inlandeises und bestehen aus transparentem Eis von der Gletscherbasis. Die gigantischen Tafeleisberge in der Antarktis dagegen erscheinen über Wasser meist milchig-weiß, eine Folge des noch hohen Lufteinschlusses unter der trocken-kalten Schneemetamorphose. Stärker abgeschmolzene, gekenterte Eisberge leuchten indes oft intensiv blau durch die Lichtbrechung des nahezu luftfreien Blankeises aus den tieferen, älteren Gletscherschichten.

Prof. Dr. Wolf Dieter Blümel

Wüsten – ob heiß oder kalt – sind thermisch wie hygrisch extreme Klimate. Ihre individuelle Prägung erfolgt ganz entscheidend durch unterschiedliche Beleuchtungsverhältnisse, also durch die Dauer und Intensität der Sonneneinstrahlung. Randtropisch-subtropische Trockenwüsten, wie die Sahara, die Rub al-Khali, die iranische Lut oder die Namib, zeigen in der Mehrzahl ein thermisches Tageszeitenklima mit schwach ausgeprägten, unzuverlässigen hygrischen Jahreszeiten (Regen- und Trockenzeiten). Polare Eis- und Kältewüsten stehen hingegen für extreme thermische Jahreszeiten, insbesondere eisige Winter mit Tiefsttemperaturen, monatelanger Dunkelheit und relativ kalten Sommern.

»Die Sahara ist ein heißes Land, in dem es sehr kalt wird.« Diese Umschreibung kennzeichnet treffend die für viele Trockenwüsten typische starke bis extreme Tag- und Nacht-Schwankung der Temperatur: Tagsüber klettert das Quecksilber bei steilem Sonnenwinkel meist über 30 Grad, nicht selten über 50 Grad Celsius, nachts fällt es bei klarem Himmel bis um 30 Grad. Für die saharischen Sommertage wurde eine Mitteltemperatur von 38 Grad Celsius bestimmt. Die Wintertage liegen im Tagesmittel bei 25 Grad, nachts kühlt es dann oft bis minus zehn Grad Celsius ab. Die höchsten, meteorologisch korrekt gemessenen Tagestemperaturen verzeichnen die Orte El Aziza in Nord-Libyen mit 58 Grad und In Salah in Algerien mit 59,4 Grad Celsius.

Auch wenn die Niederschläge generell gering sind, gliedern sie doch das Klima der Trockenwüsten in hygrische Jahreszeiten. Die Niederschläge aus der Frontalzone ebenso wie die tropischen, an den Zenitstand der Sonne gekoppelten fallen als Schauer oder Gewitter in kleinräumig-punktueller Verteilung. Kennzeichen dieser Regenfälle sind ihre hohe räumliche und zeitliche Variabilität sowie oft große Mengenunterschiede. Das hat teilweise starke Abweichungen vom langjährigen Mittelwert zur Folge. So fielen zum Beispiel am Ostrand der Namib in der Regenzeit 1973/74 nur 44 Millimeter Regen, im darauffolgenden Jahr hingegen 300 Millimeter – und das bei einem langjährigen Mittel von 100 Millimetern. Niederschläge können über Jahre ausbleiben und dann so üppig und zeitlich gut verteilt fallen, dass das Phänomen der »blühenden Wüste« auftritt oder mehrere Regenzeiten hintereinander das arithmetische Mittel weit übertreffen.

Derartige Ereignisse untermauern den oft kolportierten Spruch, dass in der Wüste mehr Menschen ertrinken als verdursten: In der Sahara wurde ein Starkregen von 93 Millimetern innerhalb von nur einer Stunde gemessen. Extreme Regenfälle verursachten im Herbst 1969 im tunesischen Maknassy beträchtliche Erosionsschäden: Hier fielen am 26. September 210 Millimeter – das langjährige September-Mittel liegt bei 15 Millimetern. Katastrophale Auswirkungen wurden 2006 aus Marokko gemeldet, als nach 20 Jahren Trockenheit sturzbachartige Regenfälle am Erg Chebbi die Wadis Ghris und Ziz zu reißenden Flüssen machten und zahlreiche Unterkünfte des lang gestreckten Touristenortes einstürzten.

Andererseits unterstreichen Beispiele für lange Intervalle ohne Regen die außerordentliche Variabilität der Extremwüsten: So fiel in der Atacama bei Canchones in acht Jahren nur vier Mal messbarer Niederschlag mit insgesamt vier Millimetern, in der Colonia Pintados waren es in 13 Jahren insgesamt lediglich 3,1 Millimeter. Ebenso wird für die westliche Sahara bei In Salah berichtet, dass es zwischen 1903 und 1913 nur einmal regnete. Die biologischen Verhältnisse in Wüsten werden maßgeblich durch die Wasserbilanz bestimmt. Für den zentralen Bereich der Sahara gelten beispielsweise etwas weniger als 50 Millimeter als durchschnittlicher Jahresniederschlag. Bei Werten größer als 100 Millimeter pro Jahr herrschen meist die ökologischen Bedingungen einer weniger extremen Vollwüste. Generell übersteigt in heißen Wüsten die potenzielle Verdunstung das Niederschlagsangebot um ein Vielfaches. Als Faustregel gilt eine Spanne zwischen 2000 und 4000 Millimetern pro Jahr. In Teilen der Ost-Sahara steigt die Wasserverdunstung (Evaporation) mit über 6000 Millimetern pro Jahr auf Höchstwerte.

Nachfolgend soll auf die Ursachen der Trockenheit in den Wüsten eingegangen werden. Dabei muss man sich bewusst sein, dass es oftmals eine Kombination von Faktoren ist, die zu geringem oder fehlendem Niederschlag führt. Man unterscheidet gemäß den klimatischen Ursachen vier Wüstentypen.

Die bekanntesten Hitzewüsten liegen innerhalb des randtropisch-subtropischen Hochdruckgürtels, die Wendekreis- oder Passatwüsten. Sie entstehen durch absteigende, sich erwärmende Luftmassen aus dem Passat-Kreislauf (Hadley-Zirkulation), die im Bereich des nördlichen und des südlichen Wendekreises für Wolkenauflösung und damit für intensive direkte Sonneneinstrahlung mit äußerst hoher Verdunstung sorgen. Die größte Wendekreiswüste ist die Sahara. Mit ihrer extremen Trockenheit auf einer Fläche von fast neun Millionen Quadratkilometern ist sie unter den globalen Wüsten unübertroffen. Ihre außerordentliche Aridität erklärt sich ergänzend aus der Lage zwischen der außertropischen Westwindzone, die im Norden unregelmäßige Winterniederschläge liefert, und den sommerlichen tropischen Monsunregen im Südteil. Beide Niederschlagsregime sind nur wenig ergiebig, zumal der riesige zentralsaharische Raum weit vom Meer entfernt liegt (Kontinentalität). Die Hyper-Aridität der Sahara und der Arabischen Halbinsel wird verstärkt durch den Einfluss des fernen, über 5000 Meter hohen Tibet-Plateaus. Dort entwickelt sich ein riesiges sommerliches Hitzetief, das feuchte Luftmassen des Südostpassats ansaugt – den indischen Südwestmonsun. Zeitgleich bildet sich in der höheren asiatischen Troposphäre ein kräftiges Hoch, dem ein Höhentief über dem Indischen Ozean gegenüberliegt. Durch die Coriolis-Ablenkung und Querzirkulationen ergibt sich daraus der tropische Ost-Jet, ein Höhen-Strahlstrom, der mit seinem »Delta« absteigender Luftmassen über dem nördlichen Afrika und Vorderasien die Trockenheit verstärkt.

Kontinentale Inlandwüsten (Binnenwüsten) sind meeresferne Räume; die Tiefdruckgebilde bringen nur noch wenige Niederschläge. Bekannteste Beispiele sind die innerasiatischen Wüsten Taklamakan und Gobi. Dort fallen durchschnittlich 25 Millimeter Jahresniederschlag; östlich des Tarim-Beckens sogar nur neun Millimeter. Dem steht eine potenzielle Verdunstung von 2500 bis 3000 Millimetern pro Jahr bei zwei bis drei Prozent Luftfeuchte gegenüber. Binnenwüsten sind sommerheiß und sehr winterkalt. So liegen die mittleren Juli-Temperaturen bei 24 bis 27 Grad Celsius, die des Januars zwischen minus sechs und minus zehn Grad Celsius bei einem Jahresmittel um zehn Grad. Extrem fallen ebenso die Tag- und Nacht-Schwankungen der Temperatur aus. Dazu kennzeichnen häufige Sand-, Staub- und Schneestürme das Witterungsgeschehen.

Im Regenschatten (Lee) hoch aufragender Gebirge innerhalb des globalen Trockengürtels entstehen Reliefwüsten, auch orografische Wüsten genannt. Das wohl bekannteste Beispiel ist das Death Valley in Kalifornien. Es liegt im Lee der teils über 4000 Meter hohen Sierra Nevada in einer Depression 86 Meter unter dem Niveau des Meeresspiegels. Beim Abstieg über mehrere Tausend Meter lösen sich die Wolken auf; die Luft erwärmt sich zunehmend und erreicht die Depression durch den Föhneffekt in sehr trockenem Zustand. Im langjährigen Mittel fallen so nur 45 Millimeter Niederschlag. Die potenzielle Verdunstung beträgt dagegen etwa 4000 Millimeter pro Jahr – das 88-Fache des mittleren Niederschlags. Damit ist das Tal des Todes der trockenste Ort der USA. Die starke Sonneneinstrahlung bewirkt Tagestemperaturen von oft über 40 bis 50 Grad Celsius. In den Wintermonaten steigen die Temperaturen dagegen kaum über 20 Grad Celsius.

Küstenwüsten finden sich nur an den Westseiten von Afrika (Namib), Südamerika (Atacama) und Mittelamerika (Baja California). Die Existenz von Namib und Atacama ist an das Aufquellen antarktischen Kaltwassers geknüpft, das als Benguela- und Humboldt-Strom küstenparallel Richtung Äquator zieht. In Nordwest-Afrika intensiviert der kühle Kanaren-Strom die Trockenheit in Küstennähe. Die nahezu regenlosen Wüsten setzen unmittelbar an der Küste an und erstrecken sich rund 30 bis 70 Kilometer landeinwärts. So weit reicht der trockenklimatische Effekt der kalten Strömung mit küstennahen Oberflächentemperaturen von etwa 13 Grad Celsius. Das unterkühlte Meereswasser verhindert die Bildung von Regenwolken. Es entsteht lediglich eine Nebeldecke, die tagsüber meist als Hochnebel über dem Meer liegt und nachts regional bis zu 60 Kilometer weit bodennah in die Wüste zieht. Mit der Morgensonne löst sich der Nebel rasch wieder auf. Die Nebelnässe ist für die Tier- und Pflanzenwelt äußerst bedeutsam. Die Mittlere Namib erhält vom Inland her nur weniger als 20 Millimeter Regen im Jahr; die chilenische Atacama ist durch den Anden-Lee-Effekt noch arider. Küstenwüsten sind trocken-kühl mit einer ausgeglichenen Jahresamplitude der Temperatur und nur geringen Tag-und-Nacht-Schwankungen.

Unter dem Begriff Kältewüste werden die kältesten Bereiche der unvergletscherten Polarregionen (Periglazialgebiete) verstanden. Sie zeigen allenfalls sporadische Vegetation. Hier herrschen über das Jahr hinweg sehr gegensätzliche solare Beleuchtungsverhältnisse und damit ausgeprägte thermische Jahreszeiten mit eisigen Wintern und kühlen oder gar kalten Sommern. In der Arktis sind die Festlandsbereiche rund um das Polarmeer angeordnet. Die Kältewüsten nehmen darin die extremen, polnahen Geländeteile der kanadischen Arktis, Nord-Grönlands, Spitzbergens und einiger sibirischer Inseln ein. Aus ökologischer Sicht betrachtet sind diese kargen Bereiche »Wärmemangel-Wüsten«, das heißt, die kurze sommerliche Auftau- und Wachstumsperiode bietet eine zu geringe Wärmesumme für ein üppigeres Pflanzenwachstum.

Aufgrund des 24-Stunden-Tags tritt zwar in der sommerlichen Kältewüste kein Frostwechsel auf und es ist für etwa zwei bis drei Monate durchgehend Fotosynthese möglich. Dennoch können nur sporadisch niedere Pflanzen wie Moose und Flechten oder vereinzelt Blütenpflanzen wachsen, da die Sommermonate das Temperaturmittel von fünf Grad Celsius nicht übersteigen.

Die eher geringen Niederschläge aus wandernden Tiefdruckgebieten fallen vor allem als Schnee. Regional sind es sogar weniger als 100 Millimeter Wasseräquivalent; damit scheint eine Analogie zu den Trockenwüsten zu bestehen. Jedoch ist wegen der kühlen Atmosphäre und trotz der trockenen Ostwinde die Verdunstung schwach, sodass letztlich Wasserüberschuss und damit durchgreifende Bodenfeuchte daraus resultieren.

Im Untergrund der Kältewüsten existiert flächendeckender Permafrost, für dessen Existenz tiefe Jahresmitteltemperaturen von mindestens minus sieben oder minus acht Grad Celsius erforderlich sind. In den polaren Kältewüsten Nordgrönlands oder der kanadischen Arktis liegen die entsprechenden Werte weit darüber im Bereich von minus zwölf bis minus 17 Grad Celsius. Die Januartemperaturen betragen etwa minus 32 Grad Celsius, die des Julis wenige Grad über null. Regional mildert ozeanischer Einfluss die klimatischen Rahmenbedingungen.

In der Antarktis existieren klimatisch zwei Typen von Kältewüste: Auf der Antarktischen Halbinsel mit ihrem ozeanisch gemäßigten Klima hat der kälteste Monat eine Durchschnittstemperatur von minus neun Grad Celsius. Die beiden Sommermonate Januar und Februar erreichen im Mittel nicht mehr als 1,5 bis zwei Grad Celsius. Das Jahresmittel liegt bei minus 2,7 Grad Celsius. Da der Nordteil der Antarktischen Halbinsel noch unterhalb des Polarkreises liegt und damit kurze sommerliche Nächte auftreten, gibt es im Sommer etwa 50 Prozent Frostwechseltage. Die Witterung bei stets hoher Luftfeuchte ist windig-stürmisch mit Schnee- und Regenniederschlägen von 300 bis 600 Millimetern im Jahr.

Demgegenüber zeigen sich die eisfreien Trockentäler der Ostantarktis (Dry Valleys, Viktorialand) als extrem-aride Wüstenlandschaft häufig bei klarem Himmel. In den Wintermonaten können die Temperaturen auf bis zu minus 50 Grad Celsius fallen. Auch im Polarsommer bleiben die Lufttemperaturen niedrig bei etwa minus zehn Grad Celsius; nur selten werden kurzfristig Anstiege um den Nullpunkt erreicht. Die Luft ist außerordentlich trocken, bedingt durch teilweise orkanartige Fallwinde, die vom Polarplateau herunterströmen. Nur gelegentlich führen sie etwas Treibschnee mit sich.

Der populäre Begriff Eiswüste umschreibt einerseits riesige Meereisflächen, andererseits weiträumige Festlandvergletscherungen wie die der Antarktis und Grönlands sowie die kleineren Plateau-Gletscher und Eisstromnetze des kanadischen Archipels, Spitzbergens oder der sibirischen Inseln Franz-Josef-Land, Nowaja und Sewernaja Semlja. Mit weitem Abstand führt die Antarktis die Liste der Eiswüsten an: Hier sind auf etwa 13,6 Millionen Quadratkilometern Fläche 26,4 Millionen Kubikmeter Eis, das bedeutet 90 Prozent der globalen Eismassen und 80 Prozent des globalen Süßwassers, konzentriert. Stellenweise übersteigt der Eispanzer 4000 Meter Mächtigkeit. Mit durchschnittlich 2040 Metern Meereshöhe ist Antarktika der höchste Kontinent.

Über diesem riesigen Eisdom erstreckt sich eine bis zu 2000 Meter hohe, äußerst kalte, trockene Luftmasse – das südpolare Kältehoch. Hier liegt der Ursprung unvermittelt losbrechender katabatischer Winde: In der Küstenregion erreichen die Fallwinde ihre höchsten Geschwindigkeiten, oft in Sturmstärken von mehr als 180 bis 200 Stundenkilometern. 1972 wurde mit 327 Stundenkilometern der bisher stärkste Orkan gemessen.

Das Wasseräquivalent des hier fallenden Schnees liegt niedriger als 50 Millimeter, regional sogar bei nur 13 Millimetern. Mit Annäherung an die Küste nehmen die Schneefälle deutlich auf 200 bis 400 Millimeter zu. Sie stammen vor allem aus den winterlichen Tiefdruckwirbeln, die den Kontinent umkreisen und auf den Eispanzer aufbranden. Die regionale Niederschlagsverteilung zu ermitteln ist kaum möglich, da heftige Winde und Stürme das Wettergeschehen dominieren und für eine weiträumige Verdriftung des Schnees sorgen.

Ganzjährig klirrende Kälte beherrscht das riesige innere Antarktik-Plateau. Am Südpol beträgt die Jahresmitteltemperatur minus 49 Grad Celsius. In den dunklen Wintermonaten liegt die durchschnittliche Monatstemperatur bei minus 58 Grad Celsius. Im Jahr 1983 registrierte man bei der Station Wostok minus 89,2 Grad Celsius – den bisherigen weltweiten Kälterekord. Für die beiden Hochsommermonate Dezember und Januar werden minus 29 Grad Celsius als Mittelwert angegeben.

Der geografische Nordpol dagegen liegt auf einer riesigen Meereisfläche über dem 4000 Meter tiefen Arktischen Ozean. Damit werden mangels Höhenlage nicht annähernd die Kälterekorde wie auf dem antarktischen Eisdom erreicht, zumal das Nordpolarmeer als mildernde Wärmequelle wirkt. In der winterlichen Polarnacht fallen die Temperaturen öfter unter minus 40 Grad Celsius, im Sommer dagegen wird gelegentlich die Null-Grad-Grenze überschritten. Das Jahresmittel bewegt sich zwischen minus 15 und minus 20 Grad Celsius. Von dem permanenten Kältehoch strömen die trockenen Ostwinde ab, die in den angrenzenden Kältewüsten für die relativ trockenen Bedingungen verantwortlich sind.

Das bis zu 3725 Meter über Meereshöhe aufgewölbte Inlandeis Grönlands erreicht ebenfalls nicht das Kälteniveau der Antarktis, ist aber im Nordwinter minus 45 bis minus 50 Grad Celsius kalt. Somit entwickeln sich auch hier heftige katabatische Stürme, die in alle Richtungen abströmen. Im Sommer misst man auf dem Höhenplateau etwa minus zehn Grad Celsius. Die Null-Grad-Isotherme liegt rund um die Insel weiter inländisch, sodass vor allem die Westflanke besiedelbar ist und der Name »Grönland« verständlich wird. (Bereits die Wikinger trafen im 11. Jahrhundert während der mittelalterlichen Wärmeperiode hier auf siedlungsfähiges »grünes« Land und vergaben diesen Namen.) Von der 2,1 Millionen Quadratkilometer großen Insel sind etwa 19 Prozent eisfreies Gebiet. An der Nordflanke und im Nordosten bleiben die Sommer unterkühlt; es kann sich nur eine Kältewüste einstellen. Derzeit ist im Zuge der globalen Erwärmung eine kräftige Gletscherschmelze in Gang gekommen. Die Vegetation in den eisfreien Gebieten an der Westküste und der wirtschaftende Mensch profitieren zwar von dieser Entwicklung, aber global gesehen geht von der rapiden Eisschmelze eine wachsende Bedrohung für Küstentiefländer und flache Inseln durch den spürbaren Anstieg des Meeresspiegels aus.

Prof. Dr. Wolf Dieter Blümel

»Wenn das Eis schmilzt und die Wüste wächst …« – dieses Motto einer Akademieveranstaltung war im Grunde irreführend, wenn auch ein ursächlicher Zusammenhang zwischen einer wärmeren Atmosphäre, abschmelzenden Gletschern und sich weiter ausbreitenden Wüsten manchem einleuchtend erscheint. Ein Blick in die Klima- und Landschaftsgeschichte macht aber deutlich, dass sich in den Phasen starker Vergletscherung (Kalt- oder Eiszeiten) die Trockenwüsten ebenso ausweiteten. Auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit, vor 20.000 bis 16.000 Jahren, als riesige Inlandeismassen über Nordamerika und Nordwest-Eurasien lagen, erreichten Wüsten wie die Sahara, die Namib, die Kalahari oder die Wüsten Australiens weit größere Ausmaße als heute. In dieser globalen Kaltphase entstanden unter kräftig verstärkten Windregimen die beeindruckenden Sandmeere mit ihren Riesendünen, wie in der Sahara, der Taklamakan, der Namib oder auf der Arabischen Halbinsel. Darüber hinaus wurden in den Trocken- und Kältewüsten gewaltige Staubmassen bewegt und weiträumig auf dem Globus verteilt. Dieser Löss bildet in der gegenwärtigen Warmzeit in vielen Regionen der Erde die Grundlage einer ertragreichen Landwirtschaft.

Der physikalische Zusammenhang mit der Wüstenausdehnung liegt auf der Hand: Eine kälter werdende Atmosphäre kann weniger Wasser aufnehmen, damit verringern sich die Niederschläge. Die Reichweite und Ergiebigkeit von wandernden Tiefdruckgebieten und Monsunsystemen nimmt ab. In der Folge dehnen sich offene Landschaften wie Savannen, Steppen und Wüsten aus – und entsprechend schrumpfen die Areale der feuchten Waldökosysteme. Umgekehrt demonstriert die Kulturgeschichte der Sahara als Prototyp einer heißen Wüste eindrucksvoll, wie sich im holozänen Klima- und Wärmeoptimum nach der Eiszeit die abweisende Extremwüste zu einem savannenartigen Lebensraum entwickelte, in dem auch Großsäugetiere wie Elefanten, Giraffen und Antilopen dauerhaft lebten. Zahlreiche, teilweise weit ausufernde Seen sowie weit verzweigte, saisonal aktive Flussläufe ermöglichten eine vielfältige Wasserfauna, sogar mit Krokodilen und Flusspferden. In vielen Felsmalereien offenbart sich eine reichhaltige menschliche Aktivität – zunächst als Jäger-und-Sammler-Kulturen, später sogar als semi-sesshafte Hirten. Die Zeit der »Grünen Sahara« begann vor etwa 10.000 bis 12.000 Jahren mit der global wärmsten Phase nach der Eiszeit, in der sowohl der tropische Monsun seine Reichweite und Intensität vergrößerte wie auch die außertropische Westwindzirkulation die Wüste zunächst in eine Halbwüste, dann in eine Steppen- und Savannenformation umwandelte. Ab etwa 5000 vor Christus begann der Monsun sich wieder abzuschwächen, es wurde allmählich trockener. Nach 3500 vor Christus lassen sich beispielsweise in der Ostsahara keine Siedlungsaktivitäten mehr nachweisen. Infolge der Abkühlung hat die Wüste ihr Territorium zurückerobert. Menschliche Aktivitäten konzentrierten sich nun in der Nil-Oase. (Andere Wüsten durchliefen in diesem Zeitraum eine vergleichbare klimatisch-ökologische Veränderung.)

Ob sich durch die aktuelle, anthropogen mitbestimmte Erwärmung ein vergleichbarer Wandel vollziehen wird, ist ungewiss. Zu bedenken gilt, dass dieses »Großexperiment« für die Natur bisher einmalig ist: Noch nie gab es so viele Menschen – mehr als sieben Milliarden – auf unserem Globus. Sie alle benötigen und verbrauchen Fläche. Ihre vielfältigen »ökologischen Fußabdrücke« summieren sich und sind nicht nur bezüglich der emittierten Treibhausgase klimawirksam. Es werden Kettenreaktionen und Synergien ausgelöst, die zum Teil noch völlig unbekannt sind. Mit Recht hat der Nobelpreisträger Paul Crutzen unsere erdgeschichtliche Gegenwart mit dem treffenden Begriff »Anthropozän« belegt. Diese umfasst die jüngsten Jahrtausende, das Holozän, in dem der sesshafte Mensch aktiv in das Naturgeschehen verändernd, meist aber nachteilig und oft sogar zerstörerisch, eingegriffen hat.

Wärmere Luft kann mehr Wasser aufnehmen, und zwar exponentiell. Auch wird sich deren Volumen ausdehnen. Eine atmosphärische Erwärmung wird damit zwangsläufig mehr Niederschlag produzieren. Dass ein Teil davon wiederum in die Passat-/Monsun-Zirkulation und in die außertropischen Tiefdruckbereiche einfließt, steht zu erwarten. Ungewiss ist, wie sich dabei die ohnedies unsteten Grenzbereiche von Druckgürteln und Zirkulationsmustern verändern. Für Europa werden zukünftig wärmere und trockenere Sommer erwartet – eine saisonale Nordausdehnung der subtropischen Hochdruckzone (Azorenhoch). Der Mittelmeerraum und der Vordere Orient könnten somit eine noch stärkere sommerliche Aridisierung erfahren. Andererseits könnten die winterlichen Tiefs mehr Niederschlag bringen. Für die Annahme, die Sahara und andere Wüsten würden unmittelbar durch die atmosphärische Erwärmung noch trockener werden, gibt es keine physikalische Begründung. Umgekehrt mehren sich in den letzten Jahren regionale Anzeichen für eine Zunahme von Niederschlägen in der südlichen Sahara, dem Sahel und dem Sudan. In bestimmten Regionen suchen Nomaden wieder Weideplätze auf, die jahrzehntelang nicht genutzt werden konnten. Auch manche Klimamodelle gehen von einer Zunahme der Niederschläge aus und lassen die Vermutung zu, dass sich auf lange Sicht wieder Verhältnisse wie vor 10 000 Jahren einstellen könnten. Dürren und Hungerkatastrophen werden aber auch zukünftig nicht ausbleiben. Das muss aber kein Widerspruch sein: Wüsten, Halbwüsten und ihre Grenzsäume waren und sind von Natur aus klimatisch äußerst variabel und werden es bleiben. Um Trends in der Niederschlagsveränderung erkennen zu können, bedarf es einer Zeitreihe von mindestens 25–30 Jahren.

In diesem hypothetischen Kontext »wärmere Luft – vermehrte Niederschläge« mag es signifikant sein, dass Namibia als arides Gebiet mit einem Anteil an zwei Wüsten in den vergangenen 15 Jahren zahlreiche, gute Regenzeiten erlebt hat. Nahezu alle ephemeren Flüsse, die in und durch die Namib ziehen, haben viel häufiger als früher bis zum Atlantik durchbrechen können. Die Küstenwüstenstadt Lüderitz hat mehrfach Wasserschäden durch örtliche Niederschläge erfahren. Das alles steht im Gegensatz zu den häufigen Dürreperioden der vorausgehenden Jahrzehnte. Noch gibt es keinen klaren Trend, und auch weit unterdurchschnittliche Regenzeiten fehlten in diesen Jahren nicht.

Im Eingangszitat war von wachsenden Wüsten die Rede. In der Tat hat sich in der jüngeren Vergangenheit die Fläche der Wüsten weltweit vergrößert. Gründe dafür sind jedoch weniger im engeren Prozess des Klimawandels, sondern in der unmittelbaren menschlichen Einwirkung zu suchen. Der Begriff Desertifikation fand im Zusammenhang mit der großen Sahel-Dürrekatastrophe in den 1970er- und 1980er-Jahren Eingang in die Fachwissenschaft und die öffentliche Diskussion. Damals waren etwa 50 Millionen Menschen betroffen; etwa eine Million fand den Tod. Ebenso verhungerten Millionen von Tieren. Desertifikation beschreibt das Phänomen der »man-made desert«, der unmittelbar anthropogen ausgelösten Wüstenbildung. In den der Katastrophe vorausgehenden Jahrzehnten, insbesondere in den regenreichen Jahren 1950 bis 1968, hatten sich viele Viehzüchter und Ackerbauern in der Trockensavanne des Sahels angesiedelt. Als die Dürrejahre einsetzten, verstärkte sich die Übernutzung dramatisch – zurück blieb ein »verwüsteter« Raum, der nur sehr schwer regenerierbar ist.

Ein Drittel der Landoberfläche zählt zu den ariden Gebieten, das heißt, in der jährlichen Wasserbilanz überwiegt dort die Verdunstung gegenüber den Niederschlägen. An die existierenden Wüsten innerhalb der Trockengebiete grenzen Halbwüsten, Steppen oder Dornbusch- und Trockensavannen. Diese biotisch diversen und deutlich dichter bewachsenen Lebensräume sind in besonderem Maß durch die Desertifikation bedroht. Weite Gebiete sind gegenwärtig bereits irreparabel durch die wirtschaftliche Nutzung degradiert oder zerstört. Ein derartig wüstenähnlicher Zustand mit erosionsgeschädigter Oberflächenstruktur bedeutet einen immensen ökologisch-landschaftlichen Funktionsverlust, da die Niederschläge jetzt kaum mehr versickern können, unmittelbar zum nächsten Bach- oder Flusslauf (Vorfluter) abfließen und somit auch die potenzielle Verdunstung sowie die regionale Wolkenbildung schwächen. Beispielhaft lässt sich der Prozess der Desertifikation an der Iberischen Halbinsel und dem gesamten Mittelmeerraum aufzeigen, also in Räumen, die gar nicht zu den Trockengebieten zählen. Die Großregion war bis zur Antike in weiten Teilen von Steineichen-Wald bedeckt. Heute herrschen vornehmlich sekundäre Pflanzengesellschaften, wie Macchien und Garriguen, stellenweise auch Halbwüsten vor. Dass gerade Südostspanien als trockenstes Gebiet Europas immer wieder echte Dürre- und Wasserprobleme hat, kann mit der mangelnden Versickerung durch raschen Oberflächenabfluss erklärt werden. Das bedeutet verminderte Verdunstung, Wolkenbildung und Niederschläge.

Unter dem anhaltenden Druck einer explodierenden Weltbevölkerung wird die Desertifikation weltweit voranschreiten. Betroffen sind vor allem die genannten Vegetationsformationen der ariden und stark semi-ariden Gebiete mit zeitlich wie räumlich sehr variablen Trocken- und Regenzeiten. Sie eignen sich vornehmlich für die Weidewirtschaft, aber auch für die Bewässerungslandwirtschaft, sind jedoch sehr anfällig gegenüber Trockenjahren und Dürren. Unangepasste Nutzung durch Überweidung und Brenn- oder Bauholzgewinnung liefern das Land der Wasser- und Winderosion aus. Falsche Bewässerungsmaßnahmen führen zur Versalzung oft großer Flächen. Ein alarmierendes Beispiel liefert das Schicksal des fast verschwundenen Aralsees. Dies sind nur wenige, aber gravierende Hinweise, wie durch die menschliche Nutzung und fehlende Nachhaltigkeitskonzepte aus zunächst ertragreichen Räumen Wüsten werden. Da in Trockengebieten generell weiterhin mit dem Auftreten von Starkregen gerechnet werden muss, ist eine einmal geschädigte oder gar zerstörte Landschaft kaum regenerierbar: Die Desertifikation lässt die Wüsten weiter wachsen, selbst wenn regional sogar mehr Niederschlag auftreten sollte.

Das Phänomen der globalen atmosphärischen Erwärmung wurde zunächst an den Gebirgsgletschern augenfällig. Weltweit schmolzen die meisten Gletscher seit der Mitte des 19. Jahrhunderts, dem Ende der Kleinen Eiszeit. Die großen Eiswüsten reagierten verzögert, zeigen nun aber vor allem in der Arktis erhebliche Veränderungen in bedrohlich anmutender Geschwindigkeit. In den letzten 20 Jahren machten wissenschaftliche Beobachtungen insbesondere zum Verhalten des nordpolaren Meereises Schlagzeilen. Es haben sich frappierende Veränderungen in der Zentralarktis vollzogen: Durchschnittlich verminderte sich die Mächtigkeit der sommerlichen Eisdecke von 3,1 auf 1,8 Meter. So verringerte sich in der Arktis das Volumen im Jahr 2012 um 72 Prozent gegenüber dem Mittel seit 1979. Eisecholotmessungen von U-Booten aus den Jahren 1958 bis 1976 und 1993 bis 1997 belegen eine Abnahme der Eisdicke um 43 Prozent im zentralen Nordpolarmeer. Besonders zu beachten ist wegen der multiplen Klimawirksamkeit der beschleunigte flächenhafte Rückgang der nordpolaren Meereisdecke. Um das Jahr 1900 umfasste diese im sommerlichen Minimum etwa 8,5 Millionen Quadratkilometer, schwankte wohl in diesem Zeitraum zwischen 7,5 und 9,5 Millionen Quadratkilometern. Bis 1950 blieb der Zustand stabil; ab 1978 zeigt sich ein deutlicher Abwärtstrend. Das Netzwerk Klima Campus Hamburg meldete, dass Mitte September 2012 nur noch 3,37 Millionen Quadratkilometer mit Eis bedeckt waren – gegenüber durchschnittlich 7,5 Millionen Quadratkilometern im Zeitraum 1979 bis 2000. Das bedeutet einen Rückgang der Bedeckung um mehr als die Hälfte. Ein derartiger Tiefstand wurde seit dem Beginn der systematischen Beobachtungen 1973 noch nie registriert. Davor erregten die Jahre 2007 mit 4,3 Millionen Quadratkilometern und 2009 mit 5,1 Millionen Quadratkilometern Eisbedeckung mit einem Minimum-Rekord die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit und verstärkten die Diskussion um den globalen Klimawandel. Schließlich besitzen weiße Eisflächen einen bedeutsamen Albedo-Effekt: Sie können bis zu 90 Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie reflektieren.

Der Rückgang des polaren Treib- und Packeises eröffnet aber auch wirtschaftliche Perspektiven. Zum einen lockt die Ausbeutung mineralischer Ressourcen in der Arktis, zum anderen ist eine ungehinderte Nutzung der beiden arktischen Passagen durch Frachtschiffe äußerst interessant. Die Strecke Rotterdam–Tokio ist 21.100 Kilometer lang und würde sich über die Nordwestpassage auf 15.900 Kilometer, über die Nordostpassage auf 14.100 Kilometer verkürzen. Ende August 2008 waren erstmals beide Passagen zeitgleich eisfrei. In den nachfolgenden Jahren zeigte sich die Nordostpassage am Ende des Sommers (August bis Oktober) für einige Wochen eisfrei. Modellrechnungen zum weiteren Rückgang des arktischen Meereises machen wahrscheinlich, dass die sommerliche Passierbarkeit verlässlicher und sicherer wird.

Grönland mit einer Fläche von 1,74 Millionen Quadratkilometern hat die größte festländische Eiswüste der Arktis. Das Eisvolumen beträgt drei Millionen Kubikkilometer, das entspricht einem Zehntel des antarktischen Eisschildes. Es bedeckt etwa 81 Prozent der Insel und würde bei völligem Abschmelzen den Meeresspiegel um sieben Meter ansteigen lassen. In den letzten Jahren erlebt Grönland eine dramatische Abnahme seines Eisvolumens durch eine unerwartet hohe Abschmelzrate. Die Oberflächenschmelze hat inzwischen sogar das Inlandeisplateau in über 3000 Metern Höhe erreicht, zumindest an einigen Sommertagen. Zurzeit schmelzen auf Grönland etwa 300 Kubikkilometer Eis pro Jahr, was zu einem Meeresspiegelanstieg von 0,8 Millimetern pro Jahr beiträgt. Der Eisschild verliert auch Masse über ein verstärktes Abkalben von Eisbergen an den zahlreichen Fronten der Auslassgletscher, die immer weiter in das Hinterland zurückweichen. Mit der Erwärmung der Arktis wird offensichtlich auch die Bewegung des Eises gesteigert. Als Beispiel sei der Sermeq-Kujalleq-Geltscher an der Westflanke angeführt. Seine Fließgeschwindigkeit hat sich in der Zeit von 1997 bis 2012 fast verdoppelt. 2003 kollabierte seine 15 Kilometer lange Schelfeiszunge. Die Gletschermündung liegt jetzt weit im Inland. Ein Netz von Schmelzwasserkanälen und wassergefüllten Hohlräumen im Eiskörper auch anderer Auslassgletscher verursacht rasche Vorstöße im Sommer und produziert vermehrt Eisberge und Trümmereis.

Gegenüber der Arktis zeigen die antarktischen Eiswüsten bisher relativ geringe Veränderungen: Das zirkumpolare Meereis nahm in den letzten Jahren flächenmäßig sogar leicht zu. Die Lufttemperaturerhöhung hat in den vergangenen 50 Jahren zwar auch den Eiskontinent erfasst, jedoch in regional unterschiedlicher Intensität. Die riesige Ostantarktis verzeichnet etwa 0,5 Grad Celsius Zunahme, nördliche und zentrale Bereiche der Westantarktis haben sich weltweit mit 2,5 Grad Celsius Erhöhung am schnellsten erwärmt. Die Ursache dafür wird in der Erwärmung des Südlichen Pazifiks gesucht.

Für die weit nach Norden ragende Antarktische Halbinsel wurde seit 1947 ein Anstieg der Temperatur von 0,55 Grad Celsius pro Jahrzehnt ermittelt. Das bewirkte in dem ohnehin ozeanisch gemilderten Klimabereich eine erhöhte Schmelzwasserproduktion und ein signifikantes Rückschmelzen der Gletscher auf den Süd-Shetlandinseln. Mit der Erwärmung scheint sich die Fließdynamik von Eisströmen und die Stabilität von Schelfeisen ebenfalls zu ändern. Besondere Aufmerksamkeit erregte der Kollaps des dreiteiligen Larsen-Schelfeises an der Ostflanke der Antarktischen Halbinsel: Der Gesamtkomplex (Larsen A, B, C, D) hatte ursprünglich 103.400 Quadratkilometer Fläche; 1995 löste sich vor allem Teil B stark auf, 2002 folgte ein zweiter gewaltiger Abbruch; danach wurden über Satelliten weitere Verluste registriert. Knapp 20 Jahre später betrug die Restgröße 68.000 Quadratkilometer. Derartige Ereignisse fachen die Diskussion über das glaziale Schicksal der Westantarktis immer wieder an. Die Sorge besteht, dass mit zunehmender Erwärmung der zusammengewachsene Eiskörper des Archipels, oder Teile davon, auseinandergleiten und damit spontan einen drastischen Meeresspiegelanstieg von mehreren Metern auslösen könnte.

In der besonders trocken-kalten Ostantarktis dagegen zeigten sich bisher kaum negative Veränderungen im Eishaushalt. Die nur sehr geringe Temperaturzunahme bleibt bisher ohne erkennbare Wirkung. Dieser riesige Eispanzer benötigt sehr viel Wärmeenergie, um einen Schmelzprozess im Inneren des Kontinents in Gang zu bringen. Jüngere Studien kamen sogar zu dem Befund, dass durch die wärmere Atmosphäre erhöhte Schneefälle bewirkt werden und damit das Gletschereis noch wachsen wird. Dieser Effekt hat sich bestätigt, dennoch soll nach neuesten Befunden die erhöhte Schneelast den Eisabfluss derart verstärken, dass letztlich durch den Eisverlust der antarktische Anteil am Meeresspiegelanstieg stärker wird als bisher angenommen.

In den vergangenen 50 Jahren stieg die Jahresmitteltemperatur in Teilen der arktischen Tundrengebiete um 3,5 Grad Celsius. Die ökologischen Folgen und landschaftlichen Veränderungen sind bereits beträchtlich: polwärtige Verschiebung der Waldgrenze und Strauchtundren, ein tiefer greifender sommerlicher Auftauboden über dem Permafrostkomplex oder CO₂- und Methanfreisetzung aus auftauenden Permafrostschichten.

Echte Kältewüsten, also nur äußerst spärlich bewachsene Frostschuttlandschaften an den Rändern der großen Vereisungsgebiete oder den besonders kalten Säumen der polaren Festländer, zeigen bisher jedoch nur geringfügigen Wandel. Um wenige Grad Celsius steigende Jahresmitteltemperaturen werden nicht zwangsläufig vermehrtes Wachstum nach sich ziehen, da die Fotosyntheseleistung durch Wärme in weniger starkem Maße beeinflusst wird als durch die Dauer und Intensität des zur Verfügung stehenden Sonnenlichts. Ein weiterer Regelfaktor ist die Nährstoff- und Wasserversorgung. Diese Parameter bleiben aufgrund der astronomisch bestimmten Beleuchtungsverhältnisse bei sehr hoher geografischer Breite so lange limitiert, bis sich die Vegetationsperiode wärmebedingt ausreichend verlängert hat.

Eine Ausnahme bilden die kleinräumigen Kältewüstenstandorte der bereits erwähnten Antarktischen Halbinsel. Das ohnehin ozeanisch stark gemilderte Polarklima mit seinen unterkühlten Sommern reagiert nun spürbar auf die Temperaturzunahme in der Westantarktis. Der ursprünglich flächenhaft verbreitete Permafrost ist zumindest regional aufgetaut. Die beiden einzigen Blütenpflanzen – die Perlwurz und die Antarktische Schmiele – haben sich weiter ausgebreitet, ebenso Moose und Flechten. Die spröde Kältewüste scheint sich langsam zu einer marginalen, zwergwüchsigen Tundra zu wandeln.

Die Siedlungsgeschichte des Menschen ist mit den heißen Wüsten stärker verknüpft, als es vordergründig scheinen mag. Die Phasen der natürlichen atmosphärischen Erwärmung mit höherer Feuchte der letzten Jahrtausende boten in vielen zuvor trockenen Regionen neue Potenziale zur Kulturentfaltung. Der aktuelle Wandel jedoch, teils vom Menschen durch unangepasste Verhaltens- und Nutzungsweisen verursacht, vollzieht sich auf einem dramatisch überbevölkerten Globus. Mögliche positive Begleiterscheinungen der klimatischen Veränderung werden sich in den Wüsten(rand)gebieten durch den Bevölkerungsdruck kaum entfalten können, sondern rasch zunichte gemacht werden. Der schon lange währende Kampf um die knappe Ressource Wasser wird sich weiter verschärfen. Immer mehr Wüsten- und Halbwüstengebiete mit alten Oasen- und Nomadenkulturen haben sich bereits zu weitflächigen Konfliktgebieten rivalisierender Völkerschaften entwickelt. Neben einer rücksichtslosen, zerstörerischen Ausbeutung von Rohstoffen verwüsten nun Kriegsschauplätze faszinierende Natur- und Kulturlandschaften der Trockengebiete. Im überraschend schnellen Abbau der arktischen Meereisdecke und im dramatisch beschleunigten Schmelzprozess des grönländischen Inlandeises liegt nicht nur eine gravierende Bedrohung von Küsten- und Tiefländern, sondern eine zukünftig veränderte Rolle der Eiswüsten und Polarozeane als ein Steuerungselement des bisherigen globalen Klimas. Noch ist nicht abzuschätzen, welche Wechselwirkungen und Synergismen sich einstellen werden. Es ist dringend geboten, den ausgelösten Veränderungsprozessen verstärkt durch Verminderung von Treibhausgasemissionen entgegenzuwirken und pragmatische Anpassungsstrategien für die globale Gesellschaft zu entwickeln.