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3.4.4 Die südperuanische Atacama: Prähistorie und Klimawandel

Das Beispiel der Nasca-Kultur in der südperuanischen Wüste Atacama zeigt, wie ihre Blüte und der Niedergang sowohl vom Zufluss aus dem andinen Hoch- und Hinterland und damit von der Reichweite des Monsuns über den Anden-Hauptkamm hinaus bestimmt wurden. Bereits seit Jahrzehnten steht die Nasca-Kultur – nicht zuletzt wegen der berühmten Scharrbilder in der Wüste (Geoglyphen) – im Fokus kulturgeschichtlicher und archäologischer Untersuchungen. Die (Paracas-)/Nasca-Kultur ist insbesondere von Interesse, weil sie sich von 800 v.Chr. bis 650 n.Chr. in einem extremen Wüstenmilieu in der südperuanischen Atacama entwickelte. Blütephase wie auch Untergang der Nasca belegen beispielhaft sowohl die intensiven Wechselwirkungen der klimagesteuerten Umwelt mit den Möglichkeiten und Grenzen kultureller Entfaltung als auch die Wechselhaftigkeit des Klimas im (jung-)holozänen Südamerika – innerhalb weniger Jahrhunderte. (Die folgenden Ausführungen stützen sich v. a. auf Arbeiten von Mächtle 2007, Mächtle & Eitel 2010, 2009, Eitel & Mächtle 2006).

Als Teil des südamerikanischen Küstenwüstenstreifens (Kap. 13.1) erhält der ehemalige Nasca-Lebensraum um die Städte Palpa und Nasca fast ausschließlich Nebelniederschläge. Regenniederschläge erfolgen nur von Osten über den Monsun, der sich an der Andenkette und im Hochland abregnet. Seitens des Pazifiks wird Regenbildung blockiert durch die kalten Auftriebswässer des Humboldtstroms (Passatinversion; stabile Luftschichtung), durch küstenparallele Luftströmungen aus dem Osterinsel-Hoch und durch divergierende Luftmassen zwischen Festland und Pazifik (s. Abb. 51). El Niño-Auswirkungen werden in diesem Raum nicht mehr wirksam. Das belegen auch die spektakulären Geoglyphenfelder (sog. Nasca-Linien, geometrische Flächen und bildliche Figuren; Foto 3) durch ihren guten Erhaltungszustand. Die zugehörigen Wüstenflächen (Pampas) waren keine landwirtschaftlichen Nutzflächen.

Foto 3

Links: Geoglyphen (Scharrbilder) der Nasca-Kultur auf der Pampa von Palpa in der Atacama-Wüste (Südperu). Im Hintergrund eine Flussoase mit den damaligen wie heutigen Bewässerungsfeldern.

Rechts: Wüstenrand-Lösse an der Westflanke der südperuanischen Anden. In der früh- bis mittelholozänen Feuchtphase (11 000 und 4500 J.v.h.) reichten die monsunalen Niederschläge so weit nach Westen, dass sich in 1000 –2000 m ü.M. ein Grasland einstellte, das die eingewehten Stäube fixierte. Heute ist diese Höhenstufe wieder eine dürftig von Kakteen bewachsene Wüste.

Es ist zu betonen, dass die Kulturflächen der Nasca in erster Linie an leistungsfähige Flussoasen geknüpft waren, die aus hochandinen Räumen außerhalb der Wüste gespeist wurden. Das gebirgige Hinterland war zur Blütezeit der Wüstenkultur jedoch nur dünn besiedelt. Damit steht die Region Palpa/Nasca im Verständnis für die Kulturentwicklung in Wüsten beispielhaft und stellvertretend für die entscheidende Rolle allochthoner Niederschläge und Fremdlingsflüsse als Gunstgebiete in Wüsten: Einzugsgebiete mit deutlich feuchterem Klima bestimmen biologisch reichhaltige natürliche Lebensräume und damit auch das Nutzungspotenzial für Menschen innerhalb extrem arider Umgebung.

Die Untersuchungen von Mächtle (2007) demonstrieren aber zusätzlich das Phänomen der veränderlichen Wüstenränder (shifting desert margins, Abb. 7) auch in der postglazialen Klimaentwicklung der Atacama: Der Wüstenrand fluktuierte, da zeitweilig monsunale Niederschläge weit über die Anden-Kulmination vordrangen und auch der andinen Westflanke zwischen 1000 und 2000 m Meereshöhe feuchtere Bedingungen brachten. Das zeigen Reste von Terrassen mit Regenfeldbau. Zwischen 11 000 und 4500 J.v.h. stellte sich in der heutigen Wüste ein Grasland ein, das als Fänger angewehter Stäube wirkte und eine regional unterschiedlich mächtige Lössbedeckung an den Hängen zur Folge hatte (Foto 3). Diese zog bereits früh menschliche Aktivitäten nach sich.

Abb. 7

Der idealisierte Querschnitt durch die südperuanische Atacama und die Anden-Westabdachung zeigt die Rekonstruktion der Oszillation des Wüstenrandes während der jüngsten Jahrtausende. Wiedergegeben sind auch das Längsprofil der Flussoase sowie natürliche Höhenstufen und agrarische Nutzungen (aus Mächtle & Eitel 2009).

Die Entwicklung im Nasca-Gebiet steht der Ariden Diagonale Chiles und der Titicaca-Region diametral gegenüber. Diese war zwischen 9000 und 4500 J.v.h. kaum besiedelt (Mächtle & Eitel 2011). Zwischen 6000 und 5000 J.v.h. hatte der Titicaca-See sogar seinen tiefsten Stand. Die Geschichte der Niederschlagsentwicklung verlief zwischen der Wüstenregion Palpa/Nasca und dem Altiplano mit dem Titicaca-See offensichtlich zeitlich gegensätzlich.

Die Blütezeit der Paracas- und Nasca-Kultur (800 v.Chr. – 650 n. Chr.) erklärt sich aus einer klimatisch bedingten agrarischen Begünstigung ihres Lebensraumes: Die warmen Atacama-Flussoasen am Rio Grande, Rio Santa Cruz u. a. boten ideale Bedingungen, während die kühleren Hochlagen lediglich dünn besiedelt und die Titicaca-Region zusätzlich durch geringere Niederschläge benachteiligt war. Andererseits lässt sich der Niedergang der Nasca-Kultur um 650 n. Chr. mit einer Wasserverknappung in den Oasen begründen, bedingt durch eine Verlagerung des andinen Niederschlagszentrums in die Titicaca-Region (650 – 1200 n.Chr.; sog. Mittlerer Horizont). Im Hochland entwickelte sich daraufhin die Huari- und Tiwanaku-Kultur um den Titicaca-See.

Ein erneuter Umschwung im Niederschlagsgeschehen begünstigte nochmals die Nasca/Palpa-Region während der sog. Späten Zwischenperiode (1200 – 1400 n.Chr.). Es verlagerte sich der Siedlungsschwerpunkt erneut an den Andenfuß, verbunden mit der Schaffung eigenständiger, arbeitsteiliger Gesellschaften. Beispiel dafür ist die Ciudad Perdida de Huayuri. Mit der spanischen Eroberung brachen die Nasca, Inka wie auch andere südamerikanische Kulturen durch Krieg und eingeschleppte Krankheiten zusammen.

Mensch-Umwelt-Beziehung: Neodeterministisches Paradigma?

Die Nasca-Kultur im Anden-/Wüsten-System ist ein Lehrstück einer kausal-funktionalen Verflechtung von Orographie, Klima, Klima- und Landschaftswandel sowie menschlicher Aktivitäten, die von resultierenden Gunst- oder Ungunstfaktoren wesentlich mitbestimmt werden. Die Beispiele der Auswirkungen klimatischer Umbrüche und Fluktuationen in Wüsten und Wüstenrändern machen deutlich, dass kulturelle Entwicklung i.w.S. in unmittelbarer Abhängigkeit geänderter Umweltbedingungen steht. Veränderungen der basalen Lebensumwelt zwingen zu Migration oder Adaptation, führen zu technologischem Fortschritt (oder auch zum Kollaps). Speziell das Leben in klimatisch labilen, sensitiven Übergangsräumen wie den Wüstenrandgebieten hat in prekären Zeiten der Aridisierung Anpassungskräfte mobilisiert: Innovationen werden dann und dort stimuliert, wo es die Umstände erfordern. Es wurde bereits angesprochen: Verbesserung der äußeren Rahmenbedingungen in klimatischen Gunstphasen führen eher zu Beharrung denn zu neuen Entwicklungen.

Issar & Zohar (2004) haben mit ihrer „Neodeterminismus-Diskussion“ den Blick wieder auf die intensive Beziehung zwischen menschlicher Kulturentfaltung und physischer Umwelt gerichtet. Das neodeterministische Paradigma sieht den Menschen und die Natur als Bestandteile und Akteure einer komplexen Wechselwirkung eines raum-zeitlich und gesellschaftlich verankerten Gesamtsystems. Die archäologischen und geowissenschaftlichen Rekonstruktionen menschlichen Handelns zeigen, „ … dass der Mensch auch als soziales, zur freien Entscheidung befähigtes Wesen nicht isoliert von den seine Existenz erhaltenden natürlichen Ressourcen betrachtet werden kann.“… „Die Adaptationskraft der Gesellschaften wurde also zielgerichtet eingesetzt, um wieder ein tragfähiges Gleichgewicht zwischen Mensch und Lebensumwelt herzustellen. Es bestand ganz offenbar eine enge ‚Mensch-Umwelt-Beziehung’ “ (Mächtle & Eitel 2009; vgl. Blümel 2009b, 2006).

Auch Diamond (2006) belegt in seinem Buch „Kollaps – Warum Gesellschaften überleben oder untergehen“ eindringlich die angesprochenen Wechselwirkungen zwischen Naturpotenzial und menschlicher Nutzung. Es wird am Beispiel der Anasazi-Kultur im Südwesten der Vereinigten Staaten die deterministische Beziehung und Abhängigkeit deutlich, die dem Menschen gute Möglichkeiten offeriert. Dieser nutzt sie – und übernutzt sie.

Letztlich bricht die hochentwickelte Trockengebietskultur aufgrund einer Dürreperiode zusammen. Das sensitive Wüstenrandgebiet war überfordert, nicht mehr ausreichend gegen Desertifikationsprozesse gepuffert. Eine systemimmanente Dürre führte zum Kollaps.

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4 Wüstentypen: Ursachen ihrer Entstehung

Wüsten sind als besonders trockene (aride) Bereiche der Kontinente in die übergeordnete Kategorie der Trockengebiete einzuordnen. A. Penck hatte 1910 versucht, mittels der einfachen Gleichung „jährliche Verdunstung > jährlicher Niederschlag“ Trockengebiete von humiden Gebieten abzugrenzen (vgl. Abb. 1). Methodisch ist diese Grenze nur sehr schwer zu fassen, sodass je nach Bestimmungsansatz 30 – 36 % der Festlandsflächen in diese Raumkategorie fallen. Grob verallgemeinert nehmen diese Räume etwa ein Drittel der Landmassen ein und sind damit global die größte Naturraumeinheit. Sie repräsentiert ein breites Spektrum an Vegetationsgesellschaften sehr unterschiedlicher Produktivität und Biomasse. Die Bandbreite der Vegetationsgesellschaften reicht von außertropischen Kurzgrassteppen, Wüstensteppen und Halbwüsten bis zu tropischen Dornbuschsavannen und Wüsten. Da Wüsten primär ein klimatisch-ökologisches Phänomen sind, besteht keine ursächliche Beziehung zu bestimmten geologischen Rahmenbedingungen oder geomorphologischen Formengruppen. Jedoch kann regional ein besonders durchlässiger Untergrund zu einer edaphischen Wüste oder eine sehr hohe Reliefenergie zur Wüstenentstehung führen (Lee-Effekt).

Die Eis- und Kältewüsten gehören nach der Penck’schen Systematik nicht in die Kategorie Trockengebiete, werden hier aber mitbehandelt, da die karge oder fehlende Vegetationsausprägung einen wesentlichen Begriffsinhalt ausmacht (Kap. 2).

Für die Existenz vegetationsarmer oder -loser Gebiete, also Wüsten im engeren Sinne, lassen sich zwei grundsätzliche Erklärungen anführen:

1 Trockenheit („Trockenwüste“, heiße Wüste) durch Wassermangel aufgrund klimatischer (atmosphärische Zirkulation), Lagebedingung (Kontinentalität), orographischer oder standörtlicher (edaphischer) Bedingungen;

2 Wärmemangel („Kältewüste“) in Teilen polarer Räume und von Hochgebirgen, regional zusätzlich kombiniert mit klimatischer oder edaphischer Trockenheit.

Als Sonderfall ließe sich noch die Vergletscherung eines Gebietes (Eiswüste) anführen.

Die bekanntesten heißen Wüsten liegen grob vereinfacht zwischen 20° und 40° N/S, d. h. im Bereich der subtropischen Antizyklone, die ein System hohen Luftdrucks erzeugen. Sie werden als klimatische Wüsten im engeren Sinn eingestuft und als Wendekreis- oder Passatwüsten benannt und gehören damit zu den tropisch-subtropischen Wüsten (Abb. 8). Eine meeresferne Lage verursacht eine weitere Kategorie heißer Wüsten: Außertropische kontinentale, sommerheiße/winterkalte Wüsten, in ihrer Aridität oftmals verstärkt durch orographische Effekte (Abb. 11). Das Auftreten kalter Meeresströmungen an den Westseiten Afrikas und beider Amerikas bewirkt den Sondertyp der extremen Küstenwüste.

Im Folgenden wird eine Klassifizierung der Wüsten nach ihrer dominanten Verursachung versucht, wobei eine Monokausalität oft nicht zu einer zufriedenstellenden Charakteristik führt: Die Witterungsverläufe oder meteorologische Kennzeichen von Wüsten werden z. B. durch die kontinentale Lage, Meeresströmungen/Nebel, konvektive Gewitter, Zyklone, Monsune oder Jet-Streams modifiziert. Ebenso spielt die Topographie hinein: Durch Steigungsregen bzw. Leeseiten-Effekte erklären sich manche Wüsten in den beiden Amerikas, in Südafrika Madagaskar oder Teilen Innerasiens. Die Sahara als größte Wendekreiswüste wird in sich klimatisch differenziert durch kontinentale Lagebedingungen und Telekonnektionen mit dem Ost-Jet (s. u.).

4.1 Großklimatisch bedingte Wüsten: Wendekreiswüsten (Passatwüsten)

Trotz ungleicher Land-Meer-Verteilung und unterschiedlich verlaufender, die atmosphärische Zirkulation bestimmender Gebirge stellen sich auf dem Globus zonale – an der geographischen Breite orientierte – Regelhaftigkeiten ein. Die gelten auch für die Verbreitung der Wüsten: Die bekanntesten großräumigen Wüsten und Halbwüsten finden sich in subtropisch-randtropischer Lage, durchzogen vom jeweiligen Wendekreis oder in dessen Nähe (23°27’ N/S). Dazu zählen die Sahara, die Arabische Halbinsel, Teile Australiens, ein Teil der Namib, die Kalahari und die südafrikanische Karoo sowie Teile der Atacama bzw. andiner Wüsten (Abb. 8). Passatwüsten haben die weiteste Verbreitung und sind großräumig gesehen reine Klimawüsten. Die orographischen Verhältnisse nehmen einen vergleichsweise geringen Einfluss auf die Wüstenausprägung – ausgenommen ist die südamerikanische Atacama.

Abb. 8

Verbreitung tropischer und subtropischer Trockengebiete: Bestimmend für die Ausprägung klimatischer Wüsten ist die Lage um die Wendekreise (23°27’ N/S). In zugehörigen Gebirgsregionen (Anden, südwestamerikanische Gebirge) bzw. Räume mit starker Reliefenergie (Hochland von Iran, Südwestafrika u. a.) wird die Trockenheit regional durch orographische Effekte verstärkt (aus Schultz 2000).

Diese Wendekreis-Wüsten sind die Folge absteigender Luft, die zur Hadley-Zelle gehört und den subtropisch-randtropischen Hochdruckgürtel bildet (Abb. 9). Grob vereinfacht lässt sich diese tropische Zirkulation so zusammenfassen: Die an den jahreszeitlichen Zenitstand der Sonne gebundene Zone starker Aufheizung verlagert sich im jahreszeitlichen Wechsel auf beide Halbkugeln. In dem entstehenden Bodentief mit seiner starken Konvektion strömen randtropisch-tropische Luftmassen zusammen (= Innertropische Konvergenzzone/ITC). Die durch Erhitzung und konvektive Wärmefreisetzung aufgestiegenen Luftmassen teilen sich in der oberen Troposphäre, geraten unter den Einfluss der Coriolis-Ablenkung und bewegen sich nach NW und SO (= Urpassat). Sie steigen etwa über den Wendekreisen wieder ab (dynamische antizyklonale Subsidenz) und erwärmen sich dabei adiabatisch, was zur Wolkenauflösung und geringer relativer Luftfeuchte führt. In Erdoberflächennähe entsteht so ein weiträumiges Hochdruckgebiet mit stark untersättigter Luft und hoher, ungehinderter Einstrahlung – Voraussetzungen für eine sehr hohe potenzielle Landschaftsverdunstung und damit für die Existenz von Wüsten. Trotz starker Lufterhitzung am Boden wird das Kondensationsniveau nicht erreicht. Von diesen subtropisch-randtropischen Hochdruckzellen (sog. Rossbreiten) aus strömen Luftmassen als SO- und NW-Passate wieder Richtung Äquator (ITC; äquatoriale Tiefdruckrinne). Der gesamte Passatbereich wird durch eine kräftige Inversion geprägt, die aufwärtsgerichtete Luftbewegungen erlahmen lässt. Nur über dem Meer können sich unter der Passatinversion kleine Cumulus-Wolken bilden; an gebirgigen Inseln wie Hawaii, Kanaren oder Madeira wird beim Passataufstieg im Luv die Inversion durchbrochen und es kommt zu hohen Niederschlägen. Über den Kontinenten aber bleibt die Luft trocken. Selbst höhere Gebirge wie Tibesti oder Hoggar in der Sahara erhalten keine wesentlichen Steigungsniederschläge.

Abb. 9

Die Hadley-Zelle als Motor der Passatzirkulation. Sie ist auf beiden Halbkugeln entwickelt und verlagert sich jahreszeitlich entsprechend dem Zenitstand der Sonne. Die durch Advektion zugeführten bodennahen Luftmassen erzeugen allenfalls kleine Cumulus-Wolken, deren Obergrenze durch die Passatinversion vorgegeben ist.

An orographischen Hindernissen und in der Nähe des Äquators bzw. der Innertropischen Konvergenzzone (ITC) wird die Inversion durchbrochen und es kommt zu hohen Niederschlägen (n. Weischet 1995 aus Schultz 2000).

Die Lage der subtropisch-randtropischen Hochdruckgürtel über den Wendekreisen und die resultierenden Passatwinde – beide Teile eines komplexen Zirkulationssystems – führten zur Benennung Wendekreiswüste oder Passatwüste.

Bei näherer Betrachtung müssen die klimatischen Ursachen und individuellen Ausprägungen der verschiedenen Wendekreis-/Passat-Wüsten differenziert und ergänzt werden (s. Regionalteil). Die Muster der subtropischen Hochdrucksysteme variieren jahreszeitlich und gelegentliche regenträchtige Tiefdrucktröge können in die Zone eindringen. Solche potenziellen Niederschlagssysteme sind verknüpft z. B. mit den Easterly Waves innerhalb der Passatströmung und Depressionen, die entlang der Polarfront entstehen. Ansonsten bleibt das subtropische Wechselklima mit wolkenarmen, trockenen Sommern und zyklonalen Winterregen auf den nördlichen und südlichen Saum der Passatzone beschränkt. An der nördlichen Seite der Sahara und der Westteil der Wüsten im Mittleren Osten mit ihrem typischen Mediterranklima verhindert das stabile Azorenhoch im Sommer das Eindringen von Tiefdruckgebilden (Abb. 10). Während des Winters verursachen westliche Jet-Streams über dem Mittelmeer zyklonalen Tiefdruck mit Regenfällen. Diese Tiefdruckgebiete streifen allenfalls die zentralen Wüstenbereiche oder nehmen gar keinen Einfluss. Das Eindringen des Monsuns hinter die ITC auf der äquatorwärtigen Seite der Hochdruckzellen ist dagegen beständiger und regelmäßiger (Südsahara).

Abb. 10

Niederschlagskarte des nördlichen Afrika. Die zonal ausgerichtete Sahara als Wendekreis-(Passat-)Wüste erhält an ihrem nördlichen Rand zyklonale Winterniederschläge aus der Westwinddrift. Am Südrand fallen monsunale, konvektive Sommerniederschläge. Deutlich erkennbar ist die Hyperaridität der Ostsahara (aus Giessner 2002).

Im Vergleich mit Australien (meist Halbwüsten-Charakter) oder der Kalahari (heute meist eine Dornbuschsavanne) ist die Aridität der Sahara als größte Wendekreiswüste extrem ausgeprägt. Verdunsten freie Wasserflächen in der Sahara potenziell etwa 3500 mm/Jahr (regional im Osten bis 6000 mm) bei vielerorts durchschnittlich 20 mm N/Jahr (bis <5 mm N/Jahr), so sind es in Zentral-Australien 2400mm Verdunstung/Jahr (bei etwa 100/125 mm N/Jahr). In der Kalahari nehmen die Niederschläge von SW nach NO von 200 mm auf 400 mm zu, bei einer potenziellen Verdunstungsrate von 2000 mm/Jahr (Besler 1983). Die Atacama wird in ihrer extremen Aridität durch den orographischen Hochgebirgseffekt der Anden maßgeblich gesteigert (Kap. 13.2.3).

4.1.1 Hyperaride Ost-Sahara

Die extreme Trockenheit der Sahara und der Arabischen Halbinsel erklärt sich aus dem zusätzlichen Einfluss des tropischen Ost-Jets. Ursache ist das sommerliche Hitzetief über dem durchschnittlich 5000 m hohen Tibet-Plateau. Die 2,5 Mio. km² große Fläche entstand vor 14 – 18 Mio. Jahren und wirkt im Sommer wie eine riesige, hochliegende Heizfläche. Es entsteht ein Hitzetief am Boden, das die feuchten Luftmassen des Südost-Passats ansaugt und so über Vorderindien und am Himalaya-Rand zum Südwest-Monsun umlenkt. Dem Bodentief entspricht ein starkes antizyklonales Höhenhoch über Innerasien, das ergänzt wird durch frei gesetzte Kondensationswärme aus den monsunalen Steigungsniederschlägen. Dem steht ein Höhentief über dem relativ kühleren Indischen Ozean gegenüber. Daraus resultiert unter dem Einfluss der Coriolis-Ablenkung ein Gefällswind (geostrophischer Wind), der als starke Ostströmung (Tropischer Ost-Jet) in der hohen Troposphäre in Erscheinung tritt. Eine zusätzlich auftretende Querzirkulation sorgt letztlich für Richtungsänderungen, sodass der Strahlstrom in einer Art Delta über der Sahara und der Sahel-Zone ausläuft und den Trockengürtel weit gegen den Äquator vorschiebt.

Die vom innerasiatischen Höhenhoch ausgehende zusätzliche Aridisierung trifft auch die Arabische Halbinsel (Wüste Rub al Khali), Persien (Lut) und östlich angrenzende Trockengebiete (Tharr in Indien). Aus der hier nur grob umrissenen, komplexen Anti-Hadley-Zirkulation (Quer-Zirkulation des Ost-Jets) folgt, dass die Absinktendenz der Passate verstärkt wird und zeitgleich die sommerlichen tropischen Monsune nördlich des Äquators in ihrer Reichweite und Ergiebigkeit geschwächt werden. Die größte Hitzewüste Sahara erhält somit ihre außerordentliche Aridität – insbesondere in der östlichen Hälfte – durch eine ergänzende orographische Fernwirkung (n. Flohn 1964 in Pachur & Altmann 2006; Besler 1983; 1992).

Passatwinde herrschen aber auch über Iran und Mesopotamien. In Nordamerika wird das Passatklima durch die Kordilleren auf ein schmales Gebiet um den unteren Colorado und auf Niederkalifornien beschränkt.