Frostauftaugetriebene Rückkehr der Bodenfeuchte trägt wesentlich zur Frühlingsphänologie auf dem sich erwärmenden Qinghai-Tibet-Plateau bei

Warum der Frühling auf Asiens Hochplateau früher eintrifft

Über die weiten Grasländer des Qinghai–Tibet-Plateaus hat das Frühjahr in den letzten Jahrzehnten zunehmend früher eingesetzt. Ein früheres Blattausbrechen ist bedeutsam, weil es das Pflanzenwachstum fördert, mehr Kohlendioxid der Luft entzieht und den Wasserfluss von Land zur Atmosphäre verändert. Diese Studie zeigt, dass ein bislang übersehener Akteur – Wasser, das beim Gefrieren und Auftauen des Bodens zusammengepresst und verschoben wird – ein wichtiger Grund dafür ist, dass Pflanzen auf diesem „Dritten Pol“ der Erde jedes Jahr früher erwachen.

Verborgene Wasser‑Maschine unter gefrorenem Boden

In der kalten Jahreszeit friert und taut die oberste Bodenschicht auf dem Plateau wiederholt. Während die Gefrierfront nach unten wandert, zieht sie flüssiges Wasser nach oben und konzentriert Feuchte in der Wurzelzone, bevor alles zu Eis erstarrt. Kommt im Frühling die Wärme, schmilzt dieses Eis zuerst in der obersten Schicht und versorgt die Pflanzenwurzeln plötzlich mit einem Schub an flüssigem Wasser. Die Autor:innen bezeichnen die auf diese Weise in den oberen Boden zurückkehrende Feuchte als „Bodenfeuchterückkehr“. Mithilfe von Daten von 32 Standorten, gesammelt zwischen 2003 und 2024, konnten sie dieses durch Frost–Tau getriebene Wasser von gewöhnlichen Frühlingsniederschlägen unterscheiden und untersuchen, wie jede Quelle den Beginn der Vegetationsperiode, das „Frühjahrs-Leaf‑Out“, beeinflusst.

Messung, wie viel Wasser wirklich zählt

Um die Effekte dieser unterschiedlichen Wasserquellen zu trennen, entwickelten die Forschenden einen neuen Rahmen, der nachverfolgt, wie Bodenfeuchte den pflanzlichen Wassermangel überwindet. Sie nutzten Konzepte aus Energie‑Wasser‑Haushalten, um ein kritisches Bodenfeuchteniveau zu definieren: darunter sind Pflanzen vor allem durch Wassermangel begrenzt, darüber sind sie hauptsächlich durch verfügbare Strahlung und Wärme limitiert. Durch den Vergleich beobachteter Frühlingsfeuchteverläufe mit einer Referenzkurve, die darstellt, wie der Boden ohne neue Zuflüsse austrocknen würde, konnten sie abschätzen, welcher Anteil des Frühlingsfeuchteanstiegs vom Frost–Tau‑Prozess und welcher vom Niederschlag stammt. Diese Größen verbanden sie anschließend mit satelliten- und bodengestützten Aufzeichnungen darüber, wann die Vegetation jedes Jahr erstmals wieder grün wird.

Frost–Tau‑Wasser übertrifft Regen und Erwärmung

Auf dem Plateau erwies sich das durch Frost–Tau erzeugte Wasser als stärkster einzelner Faktor, der den Beginn der Vegetationsperiode nach vorn verschiebt. Im Mittel erklärte es etwa ein Fünftel der beobachteten Vorverlegung des Frühlings, mehr als die Frühlingslufttemperatur und mehr als der direkte Effekt der Frühlingsniederschläge. Standorte mit dicken „aktiven Schichten“ – der saisonal auftauenden Zone über dem Permafrost, die mehr als zwei Meter betragen kann – zeigten eine besonders starke Empfindlichkeit: Wo diese Schicht tiefer als etwa 2,2 Meter war, nahm der Einfluss der oberflächennahen Bodenfeuchte auf das Frost–Tau‑Wasser um ungefähr ein Drittel zu. Gleichzeitig zeigt die Studie, dass der Nutzen zusätzlicher Feuchte Grenzen hat. Werden Böden zu nass, leiden Pflanzen vermutlich unter Sauerstoffmangel und Nährstoffverlusten, sodass die Vorverlegung des Frühlings grünens langsamer wird oder sich sogar rückgängig macht.

Veränderter Untergrund, veränderter Kohlenstoffhaushalt

Wenn Permafrost taut, vertieft sich die aktive Schicht und die Wasserbewegung durch das Bodenprofil ändert sich. Anfangs kann Schmelzwasser aus tieferem Eis mittlere Bodentiefen auffüllen und die oberen Schichten während Frost–Tau‑Zyklen versorgen. Jenseits der Schwelle von 2,2 Metern hingegen erlauben tiefere Kanäle und veränderte Bodenstrukturen mehr seitliches oder abwärts gerichtetes Versickern statt einer Rückkehr zur Oberfläche. Die Studie zeigt, dass Frost–Tau‑Wasser selbst in diesem Szenario weiterhin ein wichtiger Auslöser für früheres Grünen bleibt, während in Regionen mit dickerer aktiver Schicht der Frühlingsregen an Bedeutung gewinnt. Früheres Grünen steht wiederum in engem Zusammenhang mit stärkerer Kohlenstoffaufnahme im Frühling: An den meisten Standorten waren Jahre mit früherem Frühlingsbeginn Jahre, in denen der Boden mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufnahm.

Was das für die Zukunft des „Asiatischen Wasserturms“ bedeutet

Die Ergebnisse machen deutlich, dass das Frühlingsverhalten des Ökosystems auf dem Plateau nicht allein durch die Temperatur gesteuert wird. Ein natürliches, „selbstregulierendes“ Wassermechanismus im Boden – angetrieben durch Frost–Tau – hilft derzeit den Pflanzen, früher zu beginnen und jedes Jahr mehr Kohlenstoff aufzunehmen. Anhaltende Erwärmung und Permafrostabbau könnten diesen Mechanismus jedoch allmählich schwächen, indem sie verändern, wie viel Wasser im Frühling die Wurzelzone erreicht. Diese Verschiebung könnte regionale Wasserressourcen und den Kohlenstoffhaushalt in Asien beeinflussen. Den Bodenzustand zu schützen und die Dynamik des Frost–Tau‑Wassers in Klima‑ und Erdsystemmodellierungen zu berücksichtigen, wird entscheidend sein, um künftige Veränderungen der Ökosystemgesundheit und der nachgelagerten Wassersicherheit vorherzusehen.

Zitation: Zhao, H., Sun, S., Song, C. et al. Freeze-thaw-driven soil moisture return significantly contributes to spring phenology on the warming Qinghai-Tibet Plateau. Nat Commun 17, 3981 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71956-1

Schlüsselwörter: Frühlingsphänologie, Bodenfrost–Tau, Qinghai–Tibet-Plateau, Permafrost, Kohlenstoffaufnahme