Die Kipppunkte unseres Klimas

… und dann gibt’s kein Zurück mehr …

Die Vorstellung, dass sich unser Klima langsam, linear und gleichmäßig verändert, ist längst veraltet und widerlegt. Bereits vor zwanzig Jahren (!) wies eine Gruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern – unter ihnen der renommierte Klimaforscher Hans Joachim Schellnhuber vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung – darauf hin, wie sensibel und verletzlich unser Klimasystem sei: Durch eine erhöhte globale Durchschnittstemperatur werden Prozesse angestoßen, die sprunghafte und extreme Veränderungen im Klima verursachen und nicht mehr rückgängig gemacht werden können.

In der Forschung steht fest, dass es in unserem Klima gewisse „Kippelemente“ gibt: Das sind Bereiche des Klimasystems, die mehrere Regionen unserer Erde betreffen und ein sogenanntes Schwellenverhalten aufweisen. Dies bedeutet, dass sie durch das veränderte Gesamtklima in einen sehr instabilen Zustand gebracht werden und sich dadurch immer mehr einem Schwellenwert annähern. Wird dieser Prozess nicht aufgehalten, kann bereits eine weitere geringe Störung bewirken, dass dieser Wert – der sogenannte „Kipppunkt“ (engl. „tipping point“) – erreicht wird. Ist dieser Punkt einmal überschritten, verändert sich in kurzer Zeit der Zustand des Kippelements fundamental, langfristig und – mit hoher Wahrscheinlichkeit – unwiderruflich.

Dieser Prozess kann mit einem Herzstillstand verglichen werden, der im menschlichen Körper einen Sauerstoffmangel verursacht – wird nichts dagegen getan, erreicht das „Kippelement“ Gehirn schon nach wenigen Minuten einen „Kipppunkt“: Nervenzellen sterben ab und irreparable Schäden treten ein. Unternimmt auch dann niemand etwas dagegen, folgt der Hirntod und das Absterben aller weiteren Organe des Körpers. Innerhalb eines winzigen Zeitraumes hat ein Element des Körpers sein Wesen von Grund auf verändert – so sehr, dass der ursprüngliche Zustand nicht mehr wiederhergestellt werden kann.

So wie unser Körper aus lebenswichtigen Organen besteht, die in Abstimmung miteinander arbeiten, so verhalten sich auch die einzelnen Klimaelemente zueinander: Sie sind nicht separat existierende Systeme, sondern komplex verbunden und sie beeinflussen sich gegenseitig. (vgl. Wetter-Witterung-Klima, CO2-Speicher). Wenn daher ein Klimaelement „kippt“, alle anderen Elemente aber grundsätzlich stabil gehalten werden können, besteht dennoch die Gefahr, dass der neue Zustand des gekippten Elements weitere Reaktionen (z.B. Rückkopplungen) auslöst. Das wirkt sich wiederum auf alle anderen Elemente aus und versetzt das Gesamtklima in eine instabile Lage. Auch dieses Szenario ist mit dem menschlichen Körper vergleichbar: Nach einer Transplantation könnte der Körper das neue Organ abstoßen. Medikamente, die das verhindern sollen, schwächen allerdings das Immunsystem. Ein einzelnes kleines Element, wie etwa eine Niere, beeinflusst somit die gesamte Gesundheit eines Menschen.

Kippt also in unserem Klimasystem auch nur eines der Kippelemente, kann dies das gesamte Klima aus dem Gleichgewicht bringen und dadurch andere Elemente in die Nähe des Schwellenwerts bringen. Im schlimmsten Fall wird dadurch eine Kettenreaktion ausgelöst: Ein Kipppunkt stoßt dominoartig den nächsten an und verursacht quasi ein Multiorganversagen des „Klimakörpers“ wie wir ihn kennen. Innerhalb kürzester Zeit befinden wir uns dann in einer Warmklimaphase, in der eine globale Durchschnittstemperatur von bis zu 25 Grad Celsius herrscht – etwas, das es seit ungefähr 2,6 Millionen Jahren nicht mehr gegeben und der moderne Mensch noch nie erlebt hat. (vgl. Klimawandel)

Kippelemente des Klimasystems

Wann genau welches Element kippt, kann aus wissenschaftlicher Sicht nicht eindeutig beantwortet werden. Einige Elemente sind bereits sehr gut erforscht, andere weniger. Außerdem lassen sich eigenwillige Prozesse, vor allem Rückkopplungseffekte, sehr schwer vorhersagen und berechnen. Fest steht jedenfalls, dass einige Elemente besonders kritisch sind (u.a. Grönland und der Regenwald) und deren Kippen Kettenreaktionen auslöst. Fest steht auch, dass dieses Szenario ab einer Erwärmung von 2 Grad Celsius gegenüber vorindustriellem Niveau sehr wahrscheinlich eintreten wird. 2018 berichtete der IPCC, dass das auch schon bei einer Erwärmung um 1,5 Grad Celsius möglich ist. Dem aktuellsten Bericht des IPCC zufolge (veröffentlicht am 9. August 2021) wird diese 1,5-Grad-Marke wahrscheinlich Anfang der 2030er-Jahre erreicht werden, im schlimmsten Fall sogar noch in diesem Jahrzehnt.

Laut Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung sind 16 Kippelemente bekannt, die sich in drei Kategorien gliedern lassen: Eiskörper, Strömungssysteme und Ökosysteme. Folgende Szenarien sind zu erwarten, wenn die einzelnen Elemente ihren Kipppunkt erreichen:

Grafik der Kippelemente – Quelle: PIK 2017: Potsdam – Institut für Klimafolgenforschung (Creative commons)

a) Eiskörper

  1. Schmelzen des Arktischen Meereises: Seit mehreren Jahren wird ein verstärktes Abschmelzen des Arktischen Eisschilds beobachtet. Grund dafür ist der Rückkopplungseffekt. Geht dieser Prozess so weiter, wird eine eisfreie Arktis umso wahrscheinlicher. (vgl. Rückkopplungseffekt)
  2. Verlust des Grönland-Eispanzers: Auch in Grönland schmilzt das Eis, wodurch der mächtige Eispanzer niedriger und niedriger wird. Auf diese Weise gelangt seine Oberfläche in wärmere Luftschichten und erreicht somit den Kipppunkt: Die Schmelze verstärkt sich und verursacht einen vollständigen Eisverlust sowie einen Anstieg des Meeresspiegels um bis zu 7 Metern. Vor allem küstennahe Gebiete wären davon massiv betroffen.
  3. Kollaps des Westantarktischen Eisschilds: Aufgrund der speziellen Lage des westantarktischen Eisschilds können Veränderungen in den Meeresströmungen und in der Meerestemperatur bewirken, dass es allmählich zerfällt. Die abgebrochenen Eisteile schmelzen und verursachen einen raschen Anstieg des Meeresspiegels.
  4. Teilkollaps der Ostantarktis: Derselbe Mechanismus, wie beim Westantarktischen Eisschild, könnte auch in der Ostantarktis eintreten. Der Meeresspiegel würde dabei um 3 bis 4 Meter erhöht werden.
  5. Auftauen der arktischen Permafrostböden: Enorme Mengen an Kohlenstoff sind in Permafrostböden gespeichert: In den obersten drei Metern ca. 1000 Milliarden Tonnen, in den tieferen Schichten vermutlich noch weit mehr. Taut der Boden auf, reagiert der Kohlenstoff durch den Kontakt mit Luft zu CO2 oder Methan und treibt damit die globale Erwärmung noch weiter an (siehe CO2-Speicher). Innerhalb von 100 Jahren wird dadurch Kohlenstoff freigesetzt, dessen Einlagerungsprozess mehrere Jahrtausende gedauert hat. Es wird unmöglich sein, diesen Zustand in kurzer Zeit zu verändern oder gar rückgängig zu machen.
  6. Methan-Ausgasung in den Ozeanen: In den Meeresböden sind Methanhydrate gespeichert – in welchem Ausmaß, ist unklar. In der Forschung ist von einer Menge die Rede, die den weltweiten Kohlevorräten entspricht. Durch die globale Erwärmung bauen sich diese Methanhydrate ab, gelangen zur Ozeanoberfläche und von dort aus als Methan in die Atmosphäre, wo es als superwirksames Treibhausgas die Erwärmung noch weiter verstärkt.

b) Strömungssysteme

In unserem Klimasystem spielen auch Luft- und Meeresströmungen eine wesentliche Rolle:

  • Durch die unterschiedliche Erwärmung der verschiedenen Erdregionen entstehen unterschiedliche großräumige Luftdruckgebiete, die einen Energieausgleich anstreben. Daraus ergibt sich die Atmosphärische Zirkulation.
  • Dasselbe gibt es im Meeresbereich: Die Ozeanische Zirkulation bewirkt durch einen ständigen Wärmetransport einen Temperaturausgleich: Warme Wassermassen strömen in kühlere Gebiete und kühle Wassermassen in wärmere Gebiete.

Gewisse Strömungsmuster treten entweder ganzjährig oder saisonal auf, wobei es natürliche Schwankungen gibt. Durch den menschengemachten Klimawandel sind allerdings tiefgreifende Neuorganisationen zu erwarten.

  1. Abschwächung der Atlantischen Thermohalinen Zirkulation: Schmilzt das nördliche Eis (Arktis und Grönland), gelangt mehr Süßwasser ins Meer, welches somit an Dichte verliert. Dadurch wird der Golfstrom abgeschwächt. Das bewirkt v.a. eine Abkühlung des Nordatlantikraumes und einen Meeresspiegelanstieg an der nordamerikanischen Atlantikküste.
  2. Störung des El Niño-Phänomens: Alle 2 bis 7 Jahre entsteht das Wetterphänomen El Niño: Passatwinde im Pazifik vor Südamerika werden abgeschwächt, Strömungen im Oberflächenwasser ändern sich und der südöstliche Pazifik wird wärmer. Durch den menschengemachten Klimawandel sind extreme Ausprägungen dieses Phänomens häufiger zu erwarten. Die Folgen davon sind v.a. Dürren in Australien und Südostasien bzw. verstärkter Niederschlag an den Westküsten Amerikas. Auch Auswirkungen auf andere Wetterphänomene (z.B. Monsun) sind infolgedessen möglich.
  3. Verlangsamung oder Einrasten der Wellen des Jet Streams: Der Jetstream ist ein Starkwindband, das sich auf der Nordhalbkugel in 7 bis 12 km Höhe befindet, die kalte Luft der Arktis von der wärmeren Luft des Südens trennt und für die Verschiebung von Hoch- und Tiefdruckgebieten sorgt. Dadurch, dass sich die Arktis immer stärker erwärmt, fällt der Temperaturunterschied zur Äquatorgegend geringer aus – infolgedessen verlangsamt sich der Jetstream oder steht gänzlich still. Großwetterlagen bleiben über einen längeren Zeitraum hinweg bestehen, womit Extremwetterereignisse, wie Hitzewellen oder Starkregen, wahrscheinlicher werden.
  4. Destabilisierung des Indischen Monsuns: Der Monsun ist ein Windsystem im Gebiet der Tropen und Subtropen, welches regelmäßig wiederkehrt und durch die unterschiedliche Erhitzung von Land- und Meeresmassen entsteht. Einer davon ist der Indische Sommermonsun, der über dem Indischen Ozean viel Feuchtigkeit aufnimmt, weiter aufs Land zieht und dort große Niederschlagsmengen bringt. Für die Menschen in Indien sind diese von großer Bedeutung, da er das Erntegeschehen und somit die Nahrungsmittelversorgung der Bevölkerung maßgeblich beeinflusst. Wird dieses hochsensible Phänomen gestört, kommt es entweder zu übermäßigem Regen mit Überflutungen oder zu extremer Trockenheit, sollte der Regen gänzlich ausbleiben.
  5. Verlagerung des Westafrikanischen Monsuns mit Auswirkung auf die Sahara: Durch die globale Erwärmung kann sich auch der Westafrikanische Monsun entweder nach Norden oder nach Süden verlagern. Für die Menschen in Westafrika bedeutet das entweder zu viel oder zu wenig Regen. Verlagert sich der Monsun nach Norden bis in die Sahel-Zone, könnte dadurch die Sahara ergrünen. Dies hätte zur Folge, dass es keinen fruchtbaren Wüstenstaub mehr gibt, der durch Stürme über den Atlantik transportiert wird und als Nährstoffquelle für den Amazonas und Korallenriffe in der Karibik dient.
  6. Austrocknen des Nordamerikanischen Südwestens: Die Niederschlagsmengen im Südwesten der USA nehmen deutlich ab, da sich die subtropische Zone nach Norden ausdehnt. Auch hier existieren sensible Strömungsmuster, die sich durch die globale Erwärmung verändern könnten. Das würde eine noch stärkere Trockenheit in dieser Region bedeuten.

c) Ökosysteme

  1. Umwandlung des Amazonas-Regenwaldes: Der Amazonas-Regenwald gilt als wichtige Kohlenstoffsenke und ist für gut ein Viertel der weltweiten Kohlenstoffumwandlung verantwortlich. Dieses wertvolle Klimaelement befindet sich aktuell an der Kippe: Durch die globale Erwärmung gerät der Regenwald in Hitzestress: Die Bäume können weniger Wasser abgeben, weshalb weniger Regen fällt. Der Wassermangel führt zum allmählichen Absterben der Bäume – der in ihnen gespeicherte Kohlenstoff wird folglich in Form von CO2 freigesetzt. Abholzungen und Brandrodungen verstärken diesen Vorgang zusätzlich und erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass der Amazonas bis Ende dieses Jahrhunderts ausgetrocknet sein könnte. Eine aktuelle Studie zeigt, dass bereits jetzt ein großer Teil des Regenwaldes mehr CO2 abgibt als er aufnimmt.
  2. Rückgang der Nordischen Nadelwälder (Borealwälder): Ein Drittel der weltweiten Waldfläche machen die nordischen Nadelwälder aus. Durch die Erwärmung sind sie verstärkt von Stürmen, Trockenheit und Bränden bedroht. Folglich werden sie geschwächt und sind anfälliger gegenüber natürlichen Schädlingen und Pilzbefall. Auch dieses Klimaelement – eine wichtige CO2-Senke – könnte infolgedessen zur CO2-Quelle werden.
  3. Zerstörung von Korallenriffen: Korallenriffe reagieren sehr sensibel auf Veränderungen in ihrer Umgebung. Nehmen die Ozeane verstärkt CO2 auf, werden sie sauer – infolgedessen sterben die Korallenriffe allmählich ab. (vgl. Versauerung der Ozeane).
  4. Abschwächung der Marinen Kohlenstoffpumpe: Algen im Ozean nehmen CO2 aus der Atmosphäre auf und wandeln es in Kohlenstoff um. Sterben die Algen ab, sinkt der Kohlenstoff in die Tiefsee ab. Es besteht die Gefahr, dass diese sogenannte marine biologische Kohlenstoffpumpe durch die Erwärmung und die Versauerung der Meere nicht mehr in dieser Form funktionieren kann. Auf diese Weise bleibt mehr CO2 in der Atmosphäre erhalten.

Fazit:

Die möglichen Entwicklungsszenarien der einzelnen Kippelemente zeigen deutlich auf, welch gravierenden Veränderungen wir Menschen erwarten müssen, wenn alles so weitergeht wie bisher. Traurige Tatsache ist allerdings, dass uns nicht mehr nur Klimamodelle diese Szenarien aufzeigen – wir sehen sie bereits in gegenwärtigen Medienberichten oder gar vor unserer Haustür. Die extremen Regenfälle im Sommer 2021, die in Westdeutschland über hunderten Menschen das Leben kosteten, Hallein überfluteten und auch in vielen weiteren Orten Österreichs und Europas massive Schäden verursachten, stehen in einem direkten Zusammenhang mit der Abschwächung des Jetstreams.

Unser Klima befindet sich mitten im Herzstillstand. Bleibende Schäden sind bereits eingetreten und wir werden lernen müssen, mit ihnen zu leben. Doch noch ist nicht alles zu Ende – noch können wir das Schlimmste verhindern und die Erwärmung durch tiefgreifende Maßnahmen begrenzen. Dafür müssen wir JETZT handeln.

Unsere Reihe zum Klimawandel:

Quellen:

  • https://www.de-ipcc.de/media/content/SR1.5-SPM_de_181130.pdf
  • https://www.dwd.de/DE/leistungen/besondereereignisse/niederschlag/20210721_bericht_starkniederschlaege_tief_bernd.pdf?__blob=publicationFile&v=10
  • https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab13bf
  • https://www.geo.de/wissen/wie-die-erderwaermung-zu-mehr-starkregen-fuehrt-30618752.html
  • https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/03/wg2TARchap19.pdf
  • https://www.klimareporter.de/erdsystem/wenn-der-jetstream-einrastet
  • https://www.nationalgeographic.com/science/article/earth-tipping-point
  • https://www.nature.com/articles/s41586-021-03629-6
  • https://www.naturfreunde.de/kippelemente-warum-sich-die-klimaerhitzung-verselbststaendigen-koennte
  • https://www.pik-potsdam.de/de/aktuelles/nachrichten/archiv/2009/kippelemente-bleiben-201eheises201c-thema?set_language=de
  • https://www.pik-potsdam.de/de/aktuelles/nachrichten/archiv/2009/archiv/2008/kippelemente-im-klimasystem-der-erde
  • https://www.pik-potsdam.de/de/produkte/infothek/kippelemente
  • https://science.orf.at/stories/3207625/
  • https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/3283.pdf
  • https://www.umweltbundesamt.de/themen/ipcc-bericht-klimawandel-verlaeuft-schneller
  • https://utopia.de/kipppunkte-klima-219027/
  • https://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Kipppunkte_im_Klimasystem
  • https://www.climatescience.org/de/advanced-climate-climate-tipping-points

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