Where we work

Much of our field research in recent years has been conducted on the Calanda, a mountain near the city of Chur in the eastern Swiss Alps in canton Graubünden. The mountain spans a very steep elevation gradient, rising from around 600 to 2600 m in the space of just a few kilometres. This makes it an ideal location to study plant responses to changing climates, and the Plant Ecology group has been conducting experiments on the Calanda to better understand these responses since 2008.

We are enormously grateful to the local communities for allowing us to work there, especially the Gemeinde Haldenstein (now Gemeinde Chur). The information on this page gives a lay summary (in German) of our recent research projects on the Calanda.

Alpenpflanzen in einem wärmeren Klima

Es wird wärmer in den Bergen, ist der Enzian in Gefahr?

Picture of Gentiana verna
Frühlingsenzian (Gentiana verna) - Bild: Lutz Merbold/ETH Zürich

Höhere Temperaturen und extreme Wetterereignisse

Das Klima verändert sich und dies wird auch die alpinen Pflanzen betreffen. Die Durchschnittstemperaturen werden steigen; es wird wärmer. external page Es wird vermehrt zu Extremereignissen kommen, wie extreme Trockenheit und höhere Niederschlagsmengen.

Länge der Vegetationsperioden wird sich verändern

Die Länge von der Vegetationsperiode, also die Zeit die die Pflanzen haben um zu wachsen und ihre Samen zu bilden, hängt vom Schneefall und den Temperaturen ab. Die Pflanzen werde damit umgehen müssen, dass in manchen Jahren der Schnee sehr früh schmilzt und in anderen Jahren sehr spät. Die Pflanzen werden mit unterschiedlich langen Vegetationsperioden umgehen müssen.

Enlarged view: Schnee auf Calanda in Frühling
Frühlingsschnee auf dem Calanda. Weiterfahren ist nicht möglich, daher geht es zu Fuss weiter. (Bild: MJM/ ETH Zürich)

Neue Konkurrenz: Pflanzen aus tieferen Lagen rücken vor! 

Mit den erhöhten Temperaturen können sich die klimatischen Nischen von Pflanzen nach oben verschieben. Gewisse Alpenpflanzen, wie zum Beispiel der Bergklee, können nur bis zu einer gewissen Höhe über dem Meer wachsen, da es weiter oben zu kalt ist.

Übersicht der Versuchsflächen auf fünf Höhenstufen
Der Calanda ist unser "Versuchslabor". Auf fünf verschiedenen Höhenstufen befinden sich unsere Versuchsflächen, wo wir den Einfluss unterschiedlicher Temperaturen auf die Pflanzengemeinschaften untersuchen. (Bild: Google Earth)

Höhere Temperaturen & neue Konkurrenz

In Zukunft, wenn es wärmer wird, können gewisse Pflanzen auch in höheren Lagen wachsen und gedeihen, als sie es bis anhin können.  

Das bedeutet auch, dass die Alpenpflanzen, welche z.B. auf 2000m wachsen, in Zukunft mit Pflanzen von tieferen Lagen konkurrieren müssen. Diese Pflanzen müssen dann auch, neben erhöhten Temperaturen, noch mit neuer und möglicherweise stärkerer Konkurrenz umgehen.

Wir, die Forscherinnen und Forscher von der ETH Zürich, untersuchen wie sich die Klimaerwärmung auf die alpinen Pflanzen überträgt und wie sich die neuen Pflanzengemeinschaften verhalten und verändern.

Calanda mit Alpenpflanzen
Typische Alpenpflanzen auf dem Calanda im Frühling/Sommer (Bild: JA/ETH Zürich)

Wir wollen folgende Fragen beatworten:

  • Wie wird sich die Vegetation unter dem Klimawandel verändern?
  • Welche Pflanzenarten leiden unter dem wärmeren Klima? Welche profitieren?
  • Welches ist die grössere Herausforderung für die Alpenpflanzen: die erhöhten Temperaturen oder die neue Konkurrenz?
  • Wie wird sich die Artenvielfalt in den nächsten Jahrzehnten verändern?
  • Wie werden die Veränderungen in den Pflanzengemeinschaften die Nährstoff- und Kohlenstoffkreisläufe beeinflussen?

Um diese Fragen zu beantworten, simulieren wir den Klimawandel.

Feldarbeiter auf dem Calanda
Beim Aufsetzen eines Feldexperimentes sind handwerkliche Fähigkeiten gefragt. (Bild: JML)

Wie simuliert man den Klimawandel?

Helikopter fliegt mit 'Versuchsrasen' auf Calanda
Mit dem Helikopter transportieren wir ganze Pflanzengemeinschaften samt Erde und Wurzeln auf tiefere Höhenlagen (Bild:JA/ETH Zürich)

Die Berge sind unser Versuchslabor. Innerhalb kleinsten Raumes finden sich verschiedenste Vegetationstypen. Wenn man in den Bergen 100 m nach oben wandert, ist es so wie wenn man 100 km Richtung Norden fährt.

Die Durchschnittstemperaturen sind auf 1000 m.ü.M. ca 4 ºC wärmer als auf 2000 m.ü.M.

Wir nutzen diese Gelegenheit und simulieren den Klimawandel, indem wir Pflanzen “verpflanzen”.

Wir bringen Pflanzen in wärmere Gefilde runter

Für unser aktuellstes Experiment haben wir 1m2 grosse Flächen (Rasenteppiche) ausgestochen, in tiefere Höhenlagen transportiert und diese Pflanzengemeinschaften wieder gepflanzt.

Somit wird es für die transplantierten Pflanzen am neuen Standort wärmer.

Wiese mit transplantierten Pflanzen
Pflanzen von 2000 m ü. M. gedeihen innerhalb der Wiese von 1400 m ü. M.

Wir kartieren ganz genau wie sich die Vegetation verändert

Wir sind jeden Sommer damit beschäftigt, diese verpflanzten Flächen ganz genau anzuschauen und zu kartieren. Wir wollen im Detail sehen, welche Pflanzenarten und Populationen sich ausbreiten, und welche verschwinden. Ebenso messen und schätzen wir, wie gross die Pflanzen etwa werden. So können wir über die Jahre diese Veränderungen beobachten und dokumentieren.

Blatt mit Daten zu Pflanzen
Auf unserem Datenblatt schreiben wir genau auf, welche Pflanze wo wächst und wie gross sie ist. (Bild: MJM/ETH Zürich)

Bleistift und Papier sind unsere Hilfsmittel (und ein Auto)

Eine solche Datensammlung ist eine “Pingeli-Arbeit”. Wir verbringen den ganzen Sommer auf den Knien, schauen in die Wiesen und machen uns von Hand Notizen. Denn auch im Zeitalter von Computern und Smartphones haben wir keine technischen Hilfsmittel zur Verfügung. Ausser Pavillons, welche uns gegen die Sonne und den Regen schützen.

Erste Trends: Gewisse Alpenpflanzen leiden unter der Erwärmung

In unserem Projekt werden wir vier Sommer lang Daten sammeln. Wir haben die bisher gesammelten Daten noch nicht analysiert. Aber wir sehen erste Trends. Bitte seien Sie sich bewusst, dass es sich hierbei bloss um Beobachtungen und Vermutungen handelt. 

Die Pflanzen, deren Standort um 4 Grad erwärmt wurde (d.h. 1000 Meter weiter runter transplantiert wurde), haben sehr gelitten. In diesen Flächen sind schon in der ersten Saison einige Arten verschwunden. Andere Arten sind in den folgenden Saisons weggestorben.

Plots die ausgetrocknet sind
Auf 1000 m ü. M. beträgt die durchschnittliche Erwärmung ca. 4 °C. Die Pflanzengemeinschaften von 2000 m ü. M. verkraften den Temperaturunterschied gar nicht gut. Sie haben die Tendenz auszutrocknen. (Bild: MJM/ETH Zürich)

Die Vegetation wird eventuell höher und grasiger

Auf 2000 m.ü.M. ist die Vegetation eher flach. Es hat wenige Gräser, dafür viele Rosettenpflanzen. Mit den ersten Beobachtungen denken wir, dass in Zukunft die Vegetationen höher werden. Die Gräser profitieren von den höheren Temperaturen.

Die neue Konkurrenz wird für die Alpenpflanzen fast noch schwieriger sein als die Erwärmung

In vorhergehenden Studien konnten wir feststellen, dass neue Konkurrenz für Alpenpflanzen schwierig ist. Wir konnten zeigen, dass die Pflanzen auf 2000 m.ü.M. am meisten leiden, wenn sie plötzlich von Pflanzen aus tieferen Lagen (1400 m.ü.M) umgeben sind. 

Es scheint also, ob die Pflanzen von weiter unten die alpinen Pflanzen beschatten und ihnen die Nährstoffe streitig machen. Wir haben auch gesehen, dass Alpenpflanzen, welche ohne Konkurrenz in wärmeren Gebieten wachsen, sehr gut gedeihen. Die neue Konkurrenz hingegen macht den Pflanzen zu schaffen.

Plots auf dem Nesselboden
Die Versuchsflächen auf 1400 m ü. M. (Bild: MJM/ETH Zürich)

Wieso ist unsere Forschung wichtig?  

Man weiss relativ wenig über den Einfluss der Klimaerwärmung auf die Alpenpflanzen. Daher betreiben wir Grundlagenforschung und generieren neues Wissen. Wir möchten die Mechanismen der Natur besser zu verstehen.

Dieses Wissen hilft die Folgen auf die Artenvielfalt besser einschätzen zu können. Ebenso können unsere Studien in in Zukunft dazu beitragen, dass auf den politischen Ebenen die richtigen Entscheidungen getroffen werden können. Zum Beispiel wenn es darum geht, den Verlust der Artenvielfalt in den Alpen einzudämmen.

Wer ist die Pflanzenökologiegruppe der ETH Zürich?

Logo Insititut für Integrative Biologie ETH Zürich

Die Pflanzenökologie-Gruppe entsprang dem Geobotanischen Institutes, welches 1918 gegründet wurde. Mehr zur Geschichte finden Sie hier.

Die Gruppe besteht aus Menschen aus aller Welt und Fähigkeiten. Einerseits machen wir Experimente in den Bergen, aber auch im Labor. Ebenso sind unsere Experimente in ökologischen und mathematischen Modellen verwurzelt.  

Wir beschäftigen uns heute mit Themen wie

  • Kontrolle über invasive Pflanzen
  • Pflanzenvielfalt und Klimawandel
  • Mechanismen der Artenvielfalt

Calanda: Steil und gut erreichbar

Der Haldensteiner Calanda über Chur (GR) bietet uns die perfekten Konditionen für unsere Untersuchungen. Er ist sehr steil, somit ändern sich die klimatischen Konditionen auf kleinem Raum und in kurzen Distanzen. Dies erlaubt es uns Versuchsflächen auf verschiedenen Höhenstufen anzulegen, welche ansonsten sehr ähnliche Umweltfaktoren besitzen (wie Ausrichtung, Muttergestein).  

Unverzichtbar sind natürlich auch die Strassen die den Berg rauf führen, welche es uns erst erlauben, unsere Arbeit effizient zu verrichten. Ausserdem ist die Zusammenarbeit mit der Gemeinde Haldenstein sehr produktiv, wofür wir sehr dankbar sind.

Das ETH Calanda Team

Das Calanda-Team ist vor allem draussen unterwegs. Wir haben seit 2008 Versuchsflächen auf dem Calanda.  

Professor

Prof. Dr. Jake Alexander
Lecturer at the Department of Environmental Systems Science
  • CHN H 66
  • +41 44 632 86 93
  • jake.alexander@usys.ethz.ch

Institut für Integrative Biologie
Universitätstrasse 16
8092 Zürich
Switzerland

Prof. Dr.  Jake Alexander

PhD Studentin

Evelin Iseli
  • CHN H 70.1
  • evelin.iseli@usys.ethz.ch

Professur für Pflanzenökologie
Universitätstrasse 16
8092 Zürich
Switzerland

Evelin Iseli

Wissenschaftliche Mitarbeit

Camille Brioschi
  • CHN H 12.2
  • camille.brioschi@usys.ethz.ch

Institut für Integrative Biologie
Universitätstrasse 16
8092 Zürich
Switzerland

Camille Brioschi