Schutzsuche im Schatten trügt: Die Nadeln der 100-Meter-Riesen sind 10 °C heißer als die Luft
An einem glühend heißen Sommernachmittag, wenn der Schweiß in Strömen fließt, sucht fast jeder instinktiv Zuflucht im dichten Schatten mächtiger Bäume. Schirmen die dichten Baumkronen die stechende Sonne ab, spürt die Haut sofort eine willkommene Kühle. Viele Menschen betrachten hochgewachsene Wälder wie eine unermüdlich laufende, natürliche Klimaanlage. Die Frische unter dem Blätterdach weckt das intuitive Gefühl: Ganz gleich, wie drückend die Hitze wird, uralte Baumriesen bewahren stets einen kühlen Kopf.
Doch während anhaltender Hitzewellen können selbst gewaltige Kronen die erbarmungslose Sonnenstrahlung nicht mehr abfangen – die Eigentemperatur der Bäume klettert unbemerkt über kritische Schwellen. Dass Blattoberflächen deutlich heißer werden als die umgebende Luft, ist für Bäume in extremen Klimaphasen ein unausweichliches Überlebensdilemma. Sobald die Temperaturen die menschliche Komfortzone sprengen, machen die gigantischen Organismen über unseren Köpfen eine dramatische physiologische Belastungsprobe durch.
Eine im September 2026 im Fachjournal Journal of Geophysical Research: Biogeosciences (JGR: Biogeosciences) veröffentlichte Studie eines Forschungsteams der University of California, Davis (UC Davis) belegt nun: Nähert sich die Außentemperatur 40 °C, klettert die Temperatur der Nadeln im Wald um bis zu 10 °C über die der Umgebungsluft. Erreicht das Thermometer draußen 40 °C, nähern sich besonnte Nadeln rasch 50 °C. Dieser Wert entspricht der Oberflächentemperatur einer dunklen Motorhaube in praller Sonne – für lebendes, auf Wasser und intakte Zellstrukturen angewiesenes Pflanzengewebe ein Zustand extremer und gefährlicher Überhitzung.
Porenverschluss bei 40 °C spart Wasser, halbiert aber die Photosynthese
Im Mittelpunkt der Untersuchung steht der Küstenmammutbaum (Sequoia sempervirens), ein mächtiger, an der nordamerikanischen Pazifikküste heimischer Nadelbaum und die höchste bekannte Baumart der Erde. Ausgewachsene Exemplare ragen über 115 Meter in die Höhe – vergleichbar mit einem 40-stöckigen Wolkenkratzer. Dank ihrer immensen Biomasse und einer Lebenserwartung von über tausend Jahren gelten sie seit langem als eine der bedeutendsten terrestrischen Kohlenstoffsenken: gigantische biologische Speicher, die der Atmosphäre riesige Mengen Kohlendioxid entziehen und dauerhaft binden.
Die Fähigkeit dieser Methusalems, immense Mengen an Treibhausgasen aufzunehmen, beruht vollkommen auf der Photosynthese in ihren Nadeln. Dabei nutzen Pflanzen Sonnenlicht, um Wasser und CO2 in lebenswichtige Nährstoffe und Zucker umzuwandeln – gewissermaßen die primäre Nahrungsaufnahme des Baumes. Durch die Photosynthese treiben sie ihr Wachstum voran und speichern den Kohlenstoff fest in massiven Stämmen und weitverzweigten Wurzelsystemen. Doch die Labordaten der UC Davis zeigen: Steigt die Umgebungstemperatur von 30 °C auf 40 °C an, bricht die Photosyntheserate der Redwood-Nadeln um rund 50 % ein.
Eine Halbierung der Photosyntheserate bedeutet, dass sich der tägliche Wirkungsgrad, mit dem Sonnenlicht in Nahrung verwandelt wird, glatt halbiert. Die Zufuhr an Nährstoffen bricht drastisch ein, während der Energieverbrauch durch die Zellatmung unter hohen Temperaturen unerbittlich weiterläuft. Die 40-°C-Hitze halbiert die Nahrungsaufnahme der Küstenmammutbäume und zwingt eine unserer stärksten natürlichen CO2-Senken zu einer abrupten Vollbremsung.
Abbildung: Sonnenstrahlen durchdringen das dichte Kronendach eines kalifornischen Küstenmammutbaumwaldes. Quelle: UC Davis
Nadelernte vom Autodach: Laborversuche enthüllen gedrosselten Stoffwechsel
Um fundierte physiologische Kennzahlen unter realen Bedingungen zu erfassen, benötigte die Wissenschaft lebendes Nadelgewebe. Da Mammutbäume oft Dutzende oder über hundert Meter hoch sind, stoßen herkömmliche Leitern schnell an ihre Grenzen. Die Erstautorin der Publikation, UC-Davis-Doktorandin Lily Klinek, wählte daher einen pragmatischen Ansatz: Sie stellte sich auf das Dach ihres Pickup-Trucks und schnitt mit einer Teleskop-Astschere frische Triebe in etwa fünf Metern Höhe ab.
Zwischen Juli 2022 und Oktober 2024 sammelten Klinek und ihr Team wiederholt Proben in einem Schutzgebiet im kalifornischen Mendocino County – und erlebten dabei zwei ausgeprägte Hitzewellen mit. Die frisch geschnittenen Zweige wurden sofort in mit Wasser gefüllte Gefäße gestellt und zur Analyse ins Labor transportiert. Dort platzierten die Forschenden die Nadeln in speziellen Gasanalyse-Klammern, um die Atmungs- und Stoffwechselreaktionen unter präzise kontrollierten Temperaturgradienten zu messen.
Bei extremer Freilandhitze schalten die Bäume in einen Notfallmodus, um Wasserverluste zu minimieren. Auf den Nadeloberflächen befinden sich unzählige mikroskopisch kleine Spaltöffnungen (Stomata), die wie winzige Ventile den Gasaustausch und die Verdunstung steuern. Normalerweise kühlen sich Pflanzen durch Transpiration – die Verdunstung von Wasser über die Stomata gleicht dem Schwitzen beim Menschen und führt Wärme ab. Bringt eine Hitzewelle jedoch heiße, trockene Luft, versiegeln die Nadeln ihre Spaltöffnungen, um ein Austrocknen zu verhindern. Doch wo die Kühlung ausfällt, schießt die Gewebetemperatur in die Höhe – bis zu 10 °C über die Umgebungstemperatur.
Abbildung: Im Labor in Wasser stehende Mammutbaumzweige; graue Sensoren klemmen an den Nadeln, um den Gasaustausch in Echtzeit zu erfassen. Quelle: Science News (Foto: Lily Klinek)
Verhungern trotz Wasserbad: Gluthitze greift direkt in den Zellstoffwechsel ein
Bislang vermuteten viele Ökologen, die Photosynthese verlangsame sich bei Hitze schlicht deshalb, weil die geschlossenen Stomata keinen Einlass von Kohlendioxid mehr erlauben. Sind die Zugangskanäle physisch blockiert, fehlt dem chemischen Prozess der Rohstoff, und die Produktion steht still. Solange der Boden feucht bliebe und die Poren geöffnet werden könnten, so die Annahme, sollten die Riesen die Hitzewellen dank ihrer gewaltigen Reserven überstehen.
Das Team um Klinek widerlegte diese Annahme mit einem aufschlussreichen Kontrollexperiment. Sie stellten die Redwood-Zweige ins Wasser und leiteten kontinuierlich CO2 direkt in die Messkammer – offene Stomata und ein unbegrenztes Kohlenstoffangebot waren damit garantiert. Doch selbst unter diesen idealen Bedingungen ohne jeden Trockenstress brach die Photosyntheserate um rund 50 % ein, sobald die Temperatur von 30 °C auf 40 °C angehoben wurde.
Das Ergebnis belegt: Neben der Gefahr des Vertrocknens drosselt die Hitze selbst unmittelbar die biochemischen Stoffwechselprozesse der Zellen. Wie Klinek in ihrer Arbeit unterstreicht, geraten Bäume buchstäblich in einen Hungerzustand, wenn sie nicht mehr genügend Kohlenstoff assimilieren können. Die Hitze hemmt direkt die Stoffwechseleffizienz der Pflanzenzellen – selbst bei unbegrenztem Wasser- und CO2-Angebot hungern die Giganten bei sengender Hitze.
Schwindender Küstennebel: Kaliforniens CO2-Speicher verlieren ihre Pufferwirkung
Dass Küstenmammutbäume die Jahrtausende der Evolution überdauern konnten, verdanken sie vor allem dem einzigartigen, kühlen Meeresklima an Kaliforniens Küste. Ihr natürliches Verbreitungsgebiet ist winzig und beschränkt sich auf einen schmalen Streifen feuchter Pazifikküste von Zentralkalifornien bis ins südliche Oregon. Historisch lag die sommerliche Durchschnittstemperatur in diesen Wäldern bei nur etwa 15 °C; milde Meeresbrisen boten ideale Bedingungen für ein ungestörtes Wachstum.
In diesen kühleren Epochen bildete der dichte pazifische Küstennebel die wichtigste Feuchtigkeitsquelle der Mammutbäume. Mit ihren hoch aufragenden Kronen fingen sie Nebeltröpfchen auf und hielten so den gewaltigen Wasserhaushalt im Gleichgewicht. Doch da Hitzewellen immer häufiger auftreten, kletterten die Temperaturen in Teilen ihres Lebensraums wiederholt über die 40-°C-Marke. Die glühend heißen Winde lösen die schützenden morgendlichen Nebeldecken rasch auf.
Hinzu kommt eine beunruhigende Tatsache: Die Forschenden konnten Proben bislang nur aus fünf Metern Höhe entnehmen. Die Spitzen der Uraltbäume in knapp hundert Metern Höhe sind jedoch den gesamten Tag über unbarmherziger Sonneneinstrahlung und trockenem Wind ausgesetzt – ihr Hitzestress dürfte den der unteren Äste noch deutlich übertreffen. Da die genaue Temperaturschwelle für irreversible Gewebeschäden bei Mammutbäumen noch unbekannt ist, wirft dieses unberechenbare Schadenspotenzial düstere Schatten auf die Zukunft des uralten Ökosystems.
Für die weltweiten Klimapläne, die stark auf Wälder als CO2-Senken setzen, ist dies ein unüberhörbares Warnsignal. Wenn 40 °C Hitze die Photosynthese der Küstenmammutbäume halbiert und 10 °C Überhitzung der Nadeln ihren Zellstoffwechsel ausbremst, verwandeln sich die majestätischen Baumriesen von robusten Klimaschützern in hungernde Organismen im Überlebenskampf. Die fortschreitende Erderwärmung droht den wertvollsten natürlichen Kohlenstofftresoren unseres Planeten ihre Schutzfunktion zu entreißen.
Weiterführende Links:
- Bericht auf Science News
- Pressemitteilung der UC Davis
- Fachartikel im Journal of Geophysical Research: Biogeosciences
