Sechs tickende Zeitbomben, die unser Klima radikal verändern würden

Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e. V. (PIK) beschreibt die Problematik mit folgender Metapher: Schiebt man eine Kaffeetasse ein Stück über den Schreibtischrand, passiert erst nichts. Problematisch wird es, wenn sie einen kritischen Punkt erreicht, an dem sie kippt und abstürzt. 

Die Kaffeetasse ist ein Synonym für das Klima. Bisher ist es noch recht stabil. Ein internationales Forschungsteam hat jedoch auf der Erde einige „Kippelemente“ identifiziert, die es radikal aus dem Gleichgewicht bringen könnten.

Kipppunkt 1: Tauende Permafrostböden

Die arktischen Dauerfrostböden in Sibirien und Nordamerika sind ein global bedeutender Kohlenstoffspeicher. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen schätzen, dass der gefrorene Boden zwischen 1300 und 1600 Milliarden Tonnen Kohlenstoff eingelagert hat. Das wären nach Angaben des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung wahrscheinlich 50 Prozent des gesamten im Boden gespeicherten Kohlenstoffs weltweit. Er stammt aus Tier- und Pflanzenresten, die während und seit der letzten Eiszeit dort eingelagert wurden. 

Analysen amerikanischer Wissenschaftler zeigen, dass sich die  Permafrostgebiete zwischen 1990 und 2016 bereits um bis zu vier Grad erwärmt haben. Taut der Permafrost auf, wird der eingeschlossene Kohlenstoff von Mikroorganismen abgebaut und freigesetzt. Forschende gehen davon aus, dass bis 2100 etwa 15 Prozent des gebundenen Kohlenstoffs freigesetzt werden könnten. Durch diese Mengen könnte die Erderwärmung deutlich beschleunigt werden.

Wie sehr, könnt ihr hier genau nachlesen: Wie die Permafrostschmelze den Klimawandel beschleunigt

Kipppunkt 2: Weniger Meereis an den Polen

Das flächendeckende Meereis hat eine wichtige Funktion für das Erdklima. Es kühlt das ganze Jahr. Ausschlaggebender Punkt ist hier die sogenannte Eis-Albedo-Rückkopplung: Sonnenstrahlen werden momentan noch von Eis und Schnee zurück ins All reflektiert. Schmilzt das Eis durch die Klimaerwärmung, kann es die Strahlung nicht mehr reflektieren und die Erde heizt sich weiter auf. 

Aufgrund dieses Effekts geht die Klimaerwärmung in den nördlichen Regionen doppelt so schnell voran wie im weltweiten Durchschnitt. Dem 1,5-Grad-Bericht des Weltklimarats zufolge könnte das Meereis im arktischen Ozean schon bei einer Erwärmung von nur zwei Grad jeden Sommer abtauen, sodass die Region eisfrei wäre.

Neue Studienergebnisse, die unter anderem vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung publiziert wurden, bestätigen, dass die Kipppunkte in der West- und Ostantarktis existieren. Die Forscher bilanzieren, dass der Meeresspiegel bei einer Erwärmung von vier Grad mehr als sechs Meter ansteigen könnte.

Auch der Eisschild auf Grönland schmilzt langsam ab. Momentan befinden sich die Oberflächen der Gletscher noch in kühlen Luftschichten in 3000 Metern Höhe. Durch das langsame Abschmelzen sinken sie jedoch ab – und gelangen in wärmere Luftschichten. Der Schmelzeffekt verstärkt sich selbst.

Kipppunkt 3: Abholzung und Brände der Urwälder 

Der Amazonasregenwald und auch die borealen Nadelwälder in Kanada und Sibirien leiden unter Dürreperioden, Bränden und der fortschreitenden Abholzung. In jedem Baum sind große Mengen Kohlenstoff gespeichert, die in die Atmosphäre entweichen, wenn der Baum beispielsweise abbrennt. 

Neben den CO2-Emissionen hat der Baumverlust auch Auswirkungen auf das regionale Wetter: Je weniger Bäume ein Regenwald hat, desto geringer ist die Niederschlagsmenge vor Ort. Bäume verdunsten Wasser über ihre Blätter. Fehlen die Bäume, ist weniger Feuchtigkeit in der Luft und es kommt seltener zu Regengüssen. Die Folge: Der Boden wird trockener und der Regenwald verliert seine Widerstandskraft. Bereits heute sind Teile der Baumbestände den neuen Klimabedingungen nicht gewachsen und sterben ab, wie einige Forscher berichten. Das wiederum könnte die Umwandlung in einen an Trockenheit angepassten saisonalen Wald oder in eine Graslandschaft bewirken. Auch der boreale Nadelwald könnte durch Busch- und Graslandschaften verdrängt werden.

Geht die Zerstörung des Waldes in Zukunft so weiter, könnte sich der Amazonaswald schon 2035 von einer Kohlenstoffsenke in eine Kohlenstoffquelle verwandelt haben, prognostiziert eine britische Studie. Das heißt: Er gibt dann mehr Kohlenstoff ab, als er aufnimmt.

Das wäre fatal, denn etwa ein Viertel des weltweiten Kohlenstoffaustausches zwischen Bio- und Atmosphäre findet hier statt. Nicht umsonst wird der Regenwald am Amazonas als grüne Lunge der Erde bezeichnet. Wissenschaftler schätzen, dass allein in der Amazonasregion in lebendem und totem Pflanzenmaterial 80 bis 120 Milliarden Tonnen Kohlenstoff gespeichert sind. Das ist mehr, als in den letzten drei Jahren auf der ganzen Welt freigesetzt wurde. Würde also im Extremfall dieser gespeicherte Kohlenstoff in die Atmosphäre gelangen, hätte das nicht nur regionale, sondern auch globale Folgen für das Klima.

Kipppunkt 4:  Methanhydrate auf dem Meeresboden

Als Methanhydrate bezeichnet man Methan, das in Eis eingeschlossen ist. Es ist über die gesamte Welt verteilt in den Meeren zu finden. Viele Methanhydrate haben Sand oder Gestein eingeschlossen, sodass sie auf den Meeresgrund gesunken sind.  

Mit der zunehmenden Erwärmung der Meere besteht die Gefahr, dass das Eis schmilzt und das Methan freigesetzt wird. Methan wirkt sich deutlich negativer auf die Klimaerwärmung aus als CO2.

Kipppunkt 5: Kohlenstoffaufnahme des Meeres 

Bisher hatte das Meer einen gewaltigen Effekt. Etwa 40 Prozent der anthropogenen CO2-Emissionen wurden im Meer gespeichert, vor allem in Algen. Diese nehmen normalerweise das CO2 auf, wachsen, sterben ab und nehmen den gebundenen Kohlenstoff mit in die Tiefsee. Doch durch die zunehmenden Temperaturen nimmt der Sauerstoffgehalt des Meeres ab, sodass weniger Algen wachsen. Die Folge: Das Meer nimmt deutlich weniger CO2 auf.

Kipppunkt 6: Der Golfstrom wird langsamer 

Der Golfstrom ist eine Meereszirkulation im Atlantischen Ozean. Er leitet warmes Wasser entlang der Meeresoberfläche von Süden nach Norden und gibt dort Wärme an die kühle Luft ab. So wird der Nordatlantikraum bis nach Europa “geheizt”. Ohne den Golfstrom wäre es in Nord- und Westeuropa deutlich kälter, im Winter fast so eisig wie in Sibirien.

Seit Mitte des 20. Jahrhunderts ist das Wasser im subpolaren Nordatlantik jedoch auffällig abgekühlt. Die mögliche Ursache: die Abschwächung des Golfstroms. Eine internationale Studie kommt zu dem Ergebnis, dass der Strom bereits um bis zu 15 Prozent an Geschwindigkeit abgenommen hat. Die Klimaforschung vermutet, dass die erhöhte Süßwasserzufuhr durch Regenfälle und Eisschmelze dafür verantwortlich sein könnte. Süßwasser sinkt nicht ab, weil es leichter ist als Salzwasser. Das könnte die Atlantikzirkulation behindern, die durch das Absinken von kaltem Wasser und Aufsteigen von warmem Wasser angetrieben wird.

Durch die globale Erwärmung könnte der Golfstrom noch langsamer werden. Wie viel, können Modelle bisher nur schätzen. Die Spanne reicht von sehr wenig bis 50 Prozent in diesem Jahrhundert. Sollte die Zirkulation des Golfstroms irgendwann abreißen, wären die Folgen schwer. Beispielsweise könnten mehr Extremwetter in Europa stattfinden, wichtige Ökosysteme im Nordatlantik zusammenbrechen und der Meeresspiegel an der US-Küste um bis zu einem Meter zusätzlich ansteigen.

Kritische Zonen müssen im Blick behalten werden

Doch das sei nicht der springende Punkt, erklärt Klimaforscher Dr. Jonathan Donges vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. “Wichtig ist zu verstehen, dass die Folgen des Überschreitens von solchen Kipppunkten für die Menschheit katastrophal wären.”

Durch die Definition der Kipppunkte haben Klimaforscher die kritischen Zonen nun im Blick: die Permafrostböden, die Regenwälder, das Meereis, die Gletscher, die Methanhydrate, den Golfstrom und das Meer. “Für physikalische Systeme wie Eisschilde und die Ozeanzirkulation sind die Grundgleichungen gut verstanden und Computersimulationen von hoher Qualität sind möglich”, sagt Donges. Daher seien Aussagen zu Kipppunkten hier gut möglich, auch wenn es Unsicherheiten und auch unterschiedliche Expertenmeinungen gebe. Für biologische und ökologische Systeme wie den Amazonasregenwald oder boreale Nadelwälder seien die Unsicherheiten größer. 

Kippelemente könnten sich gegenseitig destabilisieren

Im letzten Jahr hat eine viel zitierte Studie zur “Heißzeit” eine Diskussion ausgelöst, ob eine Begrenzung der globalen Erwärmung auf zwei Grad überhaupt möglich sei, eben weil es diese Rückkopplungsprozesse an den Kipppunkten gibt. Eine vorläufig veröffentlichte Forschungsarbeit deutet außerdem an, dass sich die Kippelemente durch ihre vielseitigen Wechselwirkungen auch schon gegenseitig destabilisieren können, bevor ein Element kippt. 

Nach Einschätzung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung sei das 2-Grad-Ziel jedoch trotzdem noch erreichbar. Und es sei Stand jetzt auch weiterhin möglich, dass sich das Erdklima nicht darüber hinaus aufheizt.