Feuerökologie

Feuerökologie (fire ecology) ist die Wissenschaft von der Funktion und den Auswirkungen des Feuers auf Ökosysteme und die Umwelt. Sie tangiert Wissensgebiete wie Ökologie, Forstwissenschaften, Botanik, Zoologie, Bodenkunde und Geologie, Klimatologie und Meteorologie. Da der Mensch bei der Verursachung von Bränden und Feuern eine große Rolle spielt, sind auch die Sozialwissenschaften einschließlich der Anthropologie betroffen.

Natürliche Vegetationsbrände beeinflussen die Vegetation und damit die Entwicklung der Biosphäre und der Atmosphäre der Erde seit langer Zeit, vermutlich seit der Ausbildung der ersten terrestrischen Ökosysteme im ausgehenden Silur und Devon (vor 400 Millionen Jahren). Einen besonders großen Einfluss dürften dabei Meteoriteneinschläge mit anschließenden großen Bränden gehabt haben. Bis heute haben Brände eine nachhaltige Wirkung auf verschiedenste Ökosysteme und einzelne Pflanzen- und Tierarten. Sie ereignen sich in allen Ökosystemen mit Ausnahme der Trocken- und Polarwüsten. Wie andere abiotische Faktoren, z. B. Windwurf, Schneebruch, Erdbeben, Hangabnutzungen, Überflutungen und Steinschlag haben sie einen wichtigen Einfluss auf die Entwicklung der terrestrischen Ökosysteme. Bei Bränden werden große Mengen Kohlenstoffdioxid freigesetzt, doch bei der anschließenden Regeneration der verbrannten Phytomasse kommt es meistens zu einem besonders intensiven Wachstum und so wird der Verlust an emittiertem biosphärischem Kohlenstoff relativ rasch wieder ausgeglichen.

Lange Zeit wurden Brände nur als große Gefahr für Ökosysteme gesehen und intensiv bekämpft. Diese über Jahrzehnte verfolgte Feuerausschlusspolitik führte z. B. im nordamerikanischen Yellow Stone Park dazu, dass es im Spätsommer 1988 zu einer Brandkatastrophe kam, bei der mehr als 570 Tausend Hektar Wald – vorwiegend von Drehkiefern bestanden – zerstört wurden. Drehkiefern sind Pyrophyten, d.h. Pflanzen die in ihrem Lebenszyklus auf periodische Feuer angewiesen sind. Die Zapfen dieser Kiefernart öffnen sich nur bei großer Hitze, wie sie bei Waldbränden entsteht. So kann eine Naturverjüngung nur nach einem Waldbrand stattfinden. Wenn Waldbrände gezielt verhindert werden, führt dies zu einer Überalterung der Bestände und zu einer Anhäufung von brennfähigen Material, dies löste 1988 die Brandkatastrophe aus.

Brandrodung spielt bis heute in tropischen und subtropischen Gebieten eine große Rolle. Man vermutet, dass diese Umwandlung naturnaher Wälder in Kulturflächen heute eine Zunahme des Kohlenstoffgehaltes der Atmosphäre um 1 bis 2 Gt (Giga-Tonnen) pro Jahr ausmacht. Demgegenüber bewirkt die Verbrennung fossiler Energieträger derzeit jährlich etwa eine Zunahme von 5 bis 6 Gt Kohlenstoff in der Atmosphäre. Eine Zunahme der globalen Verbrennung von Phytomasse ist mit einer Verdrängung holziger zu Gunsten krautiger Pflanzen verbunden. Dies kann sich nachhaltig auf den Wasserhaushalt eines Gebietes sowie auf die Gefährdung durch Bodenerosion und den Verlust von Nährmineralien auswirken.

In tropischen Regenwäldern der äquatorialen Zonen sind Brände unter natürlichen Bedingungen ausgesprochen selten. Nach anthropogener Nutzung und Holzeinschlag kann es aber zu einem langanhaltenden Nettofluss an Kohlenstoff in die Atmosphäre in solchen Gebieten kommen. In den Tropen und Subtropen sind vor allem Kiefernwälder typische, vermutlich anthropogen bedingte, Feuerklimaxgesellschaften. Auch in borealen Nadelwäldern spielen regelmäßige „Brandkatastrophen“ eine wichtige Rolle für die Vegetationsentwicklung. Durch großflächige Brände werden solche Waldökosysteme in ein früheres Sukkzessionsstadium mit oft anderen Arten und geringerer Biomassedichte zurück versetzt. Das mittlere Feuerintervall in borealen Wäldern beträgt 100 bis über 300 Jahre.

Auch das mediterrane Zönobiom, mit feuchten Wintern und trockenen Sommern, das heute weiträumig von immergrünen Buschwald eingenommen wird, kann als eine Feuerklimaxgesellschaft angesehen werden. Inwieweit sie anthropogen bedingt ist, lässt sich nicht in jedem Falle sicher sagen. Viele Gebiete der mediterranen Macchien und Gariguen sowie viele Kiefernwälder der montanen und submontanen Steilhanglagen in den Tropen und Subtropen sind sicherlich vom Menschen verursacht. Auch die Offenwälder und Savannen Australiens verdanken vermutlich ihren heutigen Aspekt den seit der Besiedelung durch Menschen (vor ca. 50 000 Jahren) regelmäßig angelegten Bränden.
In den von Gräsern dominierten Prärien Nordamerikas hat das jahrzehntelange Ausbleiben der ursprünglich von Menschen ausgelösten Brände zu einem Rückgang der Artenvielfalt geführt. Hier wird das Anlegen von Bränden heute als Naturschutzmaßnahme, zur Erhaltung der Artenvielfalt, eingesetzt.

Pflanzen, die an eine häufige Feuereinwirkung angepasst sind, nennt man Pyrophyten. Viele dieser Pflanzenarten können sich nach einem Brand aus unterirdischen Organen regenerieren oder aus geschützten Knospen wieder austreiben (z. B. Eukalyptus, Korkeiche, Kiefernarten). Für einige Arten ist Feuer zur Freisetzung der Samen aus den Zapfen oder holzigen Früchten unerlässlich. Solche durch regelmäßige Brände begünstigte Pflanzen finden sich bei den Liliengewächsen, den Süßgräsern, den Amaryllisgewächsen, den Kieferngewächsen und vor allem bei den südhemisphärischen Proteaceen. Die Mammutbäume (Sequoiodendron giganteum) der Sierra Nevada Kaliforniens verdanken ihr hohes Alter der Widerstandfähigkeit ihres Holzes gegen Pilze, aber auch ihrer Feuerresistenz. Dafür ist ihre dicke, faserige Borke verantwortlich, in der Feuer wie in einem Papierstapel erstickt. Im Mittelmeerraum sind verschiedene Zistrosenarten (Cistus monspeliensis und Cistus salviaefolius) sowie eine Seidelbastart (Daphne cnidum) Pionierarten, die nach Bränden besonders gut regenerieren.

Auch eine ganze Reihe von Tierarten zeigen spezielle Feuer-Anpassungen
Die Larven des auch in Mitteleuropa vorkommenden Schwarzen Kiefern-Prachtkäfers (Melanophila acuminata) entwickeln sich ausschließlich in angekohlten Kiefernstämmen. Er kann mit besonderen Sinneszellen in den Fühlern aus brennendem Holz freigesetzte Moleküle (Phenolverbindungen, v.a. Guajakol) schon in sehr geringen Konzentrationen (wenige ppb) wahrnehmen und damit eine einzige brennende Kiefer aus mehr als einem km Entfernung wahrnehmen. Zusätzlich kann der Käfer mit Hilfe seiner im Panzer liegenden Infrarot-Sinneszellen entfernt liegende Wärmequellen orten.