So funktioniert der natürliche Klimawandel

Wer über den "Klimawandel" spricht, meint damit meist die Erderwärmung seit der Industrialisierung. Also die Veränderung des Klimas durch Treibhausgase, die Menschen in die Atmosphäre entlassen, indem sie Kohle, Gas und Öl verbrennen. Doch Klimaveränderungen hängen nicht nur davon ab.

Daneben gibt es sogenannte externe und interne Treiber, die seit Jahrmilliarden den natürlichen Klimawandel unseres Planeten steuern. Externe Klimatreiber wirken von außen auf das Klimasystem. Zu ihnen zählen unter anderem die Zusammensetzung der Atmosphäre, die Sonnen- und Vulkanaktivität, die Plattentektonik und die Bahn der Erde um die Sonne.

Unter "internen Klimatreibern" verstehen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dagegen die Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und den Ozeanen sowie den Eis- und Landflächen. Natürlicher und der vom Menschen verursachte Klimawandel lassen sich nur schwer vergleichen. Trotzdem ist es wichtig, die Veränderungen natürlicher Treiber zu kennen. Denn nur so lässt sich der vom Menschen verursachte Klimawandel einordnen.

Vulkane können einen großen Einfluss auf das Klima der Erde ausüben – allerdings nur wirklich große Ausbrüche. Supereruptionen sind die höchste Explosionsstufe von Vulkanen. Sie schleudern etwa eine Billion Tonnen geschmolzenes Gestein aus dem Erdinnern in die Atmosphäre. Die dabei ebenfalls freigesetzten Schwefeldioxide und Aerosole gelangen dabei bis in die Stratosphäre, also in eine Höhe von zehn bis 50 Kilometern. Dort verteilen sie sich rund um den Planeten und reflektieren einen Teil der einfallenden Sonnenstrahlung zurück in den Weltraum. Folge: Die Temperaturen sinken, zumindest kurzfristig.

Natürlicher Klimawandel: Gigantische Ausbrüche lassen Temperaturen sinken

Als 1991 der Pinatubo auf den Philippinen ausbrach, sank der globale Temperaturdurchschnitt zeitweise um 0,4 Grad Celsius. Ein solcher Kühleffekt wird auch “vulkanischer Winter” genannt. Es gibt aber auch Supervulkane, deren Magmakammern um ein Vielfaches größer sind als die normalen Vulkane.

Der Toba auf Sumatra ist so ein Supervulkan. Als er vor etwa 74.000 Jahren das letzte Mal ausbrach, schleuderte er im Vergleich zum Pinatubo ungefähr 100-mal mehr Aerosol und Schwefeldioxid in die Stratosphäre. Manche Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Temperaturen dadurch global um 3,5 Grad Celsius sanken und zu den kühlsten 1000 Jahren der letzten Eiszeit geführt haben.

Kohlendioxid ist ein wichtiges Treibhausgas und ein wesentlicher Klimatreiber. Steigt der CO2-Gehalt in der Atmosphäre an, hat das direkten Einfluss auf die Temperatur unseres Planeten: Die globale Durchschnittstemperatur klettert nach oben. Würde das CO2 und alle anderen Treibhausgase komplett entfernt, müssten wir uns im wahrsten Sinne des Wortes warm anziehen. Denn die Durchschnittstemperatur läge bei minus 18 Grad Celsius.

Gesteuert wird das CO2 über gewaltige Austauschkreisläufe zwischen der Atmosphäre, den Ozeanen und dem Land. Konkret kann man sich das so vorstellen: Gelangt CO2 in die Atmosphäre, wird ein großer Teil des Gases direkt wieder der Atmosphäre entzogen. An Land geschieht das zum Beispiel durch die Fotosynthese der Vegetation. Weil auch Bäume und Pflanzen atmen, geben sie aber einen Teil des CO2 wieder an die Atmosphäre ab. Am Ende ihres Lebenszyklus schließlich zersetzen Insekten und Bakterien die Biomasse von Pflanzen sowie Bäumen und binden das Kohlendioxid so in den Boden ein. Da aber auch Mikroorganismen atmen, gelangt ein Teil des CO2 über diesen Weg wieder in die Atmosphäre.

Ozeane speichern riesige Mengen CO2

In den Ozeanen laufen vergleichbare Prozesse ab. Sie nehmen CO2 aus der Atmosphäre auf und zersetzen es chemisch. Den Kohlenstoff nutzen anschließend Tiere für den Aufbau ihrer Schalen oder Kalkskelette. Nach ihrem Tod werden sie chemisch zersetzt und der Kohlenstoff gelangt als CO2 wieder in die Atmosphäre zurück. In den letzten 800.000 Jahren wurde der CO2-Gehalt der Atmosphäre durch diese Vorgänge im Gleichgewicht gehalten.

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Was macht die Erwärmung mit den Ozeanen? Hier lesen.

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Der Golfstrom ist wichtig für das Klima in Europa. Er transportiert tropische Wärme und Feuchte bis in die hohen nördlichen Breiten. Im Film "The Day After Tomorrow" von Roland Emmerich versiegt der Golfstrom wegen abschmelzender Polkappen. Folge: Es kommt zu einer neuen Eiszeit. Wie realistisch ist das Szenario?

Vor 8.200 Jahren fand ein Ereignis statt, dass uns zeigt, was dann passieren könnte. Klimaforschende nennen es das "8.2-Event": Zu Beginn der heutigen Warmzeit, vor etwa 11.700 Jahren, waren die mächtigen Eisschilde noch nicht vollständig abgeschmolzen. Vor 8.200 Jahren brach der nordamerikanische Eisschild aber schließlich durch steigende Temperaturen endgültig zusammen. Riesige Schmelzwassermassen konnten nun aus den großen nordamerikanischen Seen in den Nordatlantik fließen.

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Was passiert, wenn alles Eis der Arktis geschmolzen ist, erklären wir hier.

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Weil kaltes Süßwasser eine geringere Dichte als Salzwasser hat, lagerte es sich in riesigen Wasserlinsen in den oberen Schichten des Nordatlantiks ab. Der Golfstrom, selbst ein warmer Oberflächenstrom, war noch nicht salzig genug, um diese Süßwasserlinsen zu durchbrechen. Der Golfstrom wird damit unterbrochen. Dies führte dazu, dass der Golfstrom während des “8.2-Events” in einen fast 100-jährigen Dornröschenschlaf fiel mit der Folge, dass Europa einen Temperaturabsturz von zwei Grad Celsius erlebte.

Golfstrom heute so schwach wie seit 1000 Jahren nicht

Und heute? Erst Anfang 2021 hatten Forschende des Potsdamer Instituts für Klimafolgenforschung dazu eine Studie im Fachmagazin "Nature Geoscience" veröffentlicht. Sie zeigt, dass der Golfstrom heute so schwach ist, wie seit 1000 Jahren nicht mehr. Ursache dafür ist der menschengemachte Klimawandel. Durch das Abschmelzen des grönländischen Eisschildes und erhöhte Niederschläge wird dem Nordatlantik zunehmend Süßwasser zugeführt. Der Golfstrom ist auch dadurch schwächer geworden. Wird er noch schwächer, könnte das zu einer Zunahme von Extremwetterereignissen in ganz Europa führen.