17.01.2022
Thomas Krautwig, Anja Krieger

Welche Teile des Klimasystems drohen bei über 2 Grad zu kippen?

Der Klimawandel kann abrupte und massive Änderungen im Erdsystem auslösen. Wann genau solche gefährlichen Kipppunkte auftreten, lässt sich schwer vorhersagen. Klar ist, je weiter der Klimawandel voranschreitet, desto unkontrollierbarer werden seine Auswirkungen auf das Erdsystem, von dem wir abhängen. Was könnte passieren, wenn wir das Pariser Klimaziel von 2 Grad verfehlen?

Bei einem globalen Temperaturanstieg von 2 Grad Celsius könnten erste Elemente des Klima- und Erdsystems kippen: Ein Großteil der Korallenriffe wäre gefährdet, Permafrostböden würden tauen, das Eis in der Arktis weiter schmelzen und das Meer weniger CO₂ aufnehmen (mehr dazu hier). Das heißt: Auch wenn wir die Pariser Klimaziele erreichen, gibt es erste, einschneidende Veränderungen. Noch viel drastischer würden die Folgen allerdings ausfallen, wenn wir das 2-Grad-Ziel verfehlen. Weitere Teile des Erdsystems könnten aus dem Gleichgewicht geraten, mit schwerwiegenden globalen Folgen, die wir besser nicht riskieren sollten: Wichtige Meeresströmungen, Wettermuster und Waldökosysteme könnten sich massiv verändern.

In solch einem Szenario von 2 bis 4 Grad Celsius – und darauf steuern wir derzeit zu – käme es voraussichtlich auch zu Rückkopplungen, bei denen ein Kipppunkt weitere Kippelemente zum Fallen bringen und weitere Klimafolgen auslösen könnte. Diese Feedback-Prozesse wären kaum mehr aufzuhalten und würden die Situation weiter verschlimmern.

Ein Beispiel: Wenn es immer weniger weiße, mit Schnee und Eis bedeckte Flächen am Nordpol gibt, wird weniger Sonnenstrahlung zurück ins All reflektiert – was zu einer zusätzlichen Erwärmung der Atmosphäre führt und damit auch zu einer Ausdehnung des Wasservolumens in den Meeren. Viele hundert Millionen Bewohner:innen in den Küstenregionen und Inselstaaten wären dann unmittelbar vom zunehmenden Meeresspiegelanstieg betroffen. Auch globale Wetterphänomene – wie die Monsunwinde oder das El-Niño-Phänomen – würden sich durch das Abschmelzen des Eises einschneidend verändern und intensiveren.

Ähnlich würde ein Rückgang des Amazonas-Regenwalds und der Nadelwälder im Norden nicht nur zu einem Verlust der Artenvielfalt führen, sondern auch deutlich weniger CO₂ aus der Atmosphäre binden. „Die Wälder sind eigentlich unsere besten Freunde im Kampf gegen den Klimawandel, da sie große Mengen CO₂ aufnehmen,“  erklärt Nadine Rühr vom Campus Alpin des Karlsruher Institut für Technologie (KIT). "Wenn diese Aufnahme nun zurückgeht, wird das den Klimawandel weiter antreiben". Eine Zunahme an extremen Dürren, Feuern und Abholzung kann zudem bereits gebundenes CO₂ wieder in die Luft freisetzen.

 

Wenn die Ostantarktis komplett abschmilzt, könnte der Meeresspiegel weltweit massiv steigen. Im Vergleich zum westantarktischen Eisschild gilt die Ostantarktis zwar als recht stabil, denn der größte Teil befindet sich auf festem Untergrund und oberhalb der Meeresoberfläche.

Junge und erwachsene Kaiserpinguine in eine Eislandschaft
Junge und erwachsene Kaiserpinguine in eine Eislandschaft
Bislang galt die Ostantarktis als recht stabil. Doch neue Studien zeigen, dass das Eis auch hier schmilzt.
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Sergey - stock.adobe.com

Aktuelle Studien zeigen aber, dass selbst ostantarktische Schelfeisgebiete, die bisher als stabil betrachtet wurden, sich nun erwärmen und hohe Schmelzraten aufweisen. Neueste Eisschild-Simulationen legen nahe, dass eine Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur von etwa 2,6 Grad Celsius bereits ein großflächiges Abschmelzen der Ostantarktis in den nächsten Jahrhunderten auslösen könnte.

Der indische Monsunwind entsteht, wenn sich die Land- und Meeresflächen um den indischen Subkontinent unterschiedlich stark aufheizen. Im Sommer trägt der Südwestwind viel Feuchtigkeit aus dem indischen Ozean heran (Sommermonsun) und es regnet viel. Im Winter kommt Wind aus nordöstlicher Richtung aus dem trockenen Asien (Wintermonsun) und es regnet nur wenig. Da die Niederschläge im indischen Monsun so unterschiedlich auf die Jahreszeiten verteilt sind, hat dieses Wetter-Phänomen große Bedeutung für die Landwirtschaft. Mit dem Klimawandel und höheren atmosphärischen Temperaturen könnte der Sommermonsun so intensive Niederschläge mit sich bringen, dass es zu sehr massiven Überschwemmungen kommen würde.

Zwei Männer mit Traktor waten durch ein überschwemmtes Gebiet
Zwei Männer mit Traktor waten durch ein überschwemmtes Gebiet
Der indische Monsunregen hat große Bedeutung für die Landwirtschaft. Mit dem Klimawandel könnte er massive Überschwemmungen mit sich bringen.
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Pixabay / nandhukumar

Prozesse wie die Waldrodung könnten dieser Entwicklung aber auch entgegenwirken, da die Erdoberfläche dann eine hellere Farbe hat und sich weniger stark aufheizt. Ob sich die Abschwächung oder die Verstärkung des Monsunregimes künftig stärker durchsetzen wird, ist noch nicht ausreichend geklärt. Neuere Studien mehren zudem die Zweifel daran, dass der indische Monsun mit der Ausbildung eines Kipppunktes auf die globale Erwärmung reagiert. Bei einer Abschwächung würde sich der Monsun weniger oder im Extremfall gar nicht ausbilden. Fehlender Niederschlag würde aber zu stärkerer Trockenheit und Dürre führen.

In Westafrika gibt es ein Monsunwind-System, das durch unterschiedliche sommerliche Einstrahlung über dem nordafrikanischen Kontinent und dem südlich gelegenen atlantischen Ozean gesteuert wird. Durch die globale Erwärmung zwischen der nördlichen Landmasse und dem südlichen Atlantik könnte die angrenzende Sahelzone deutlich feuchter oder aber auch trockener werden. Lässt der Monsunwind nach, würde die Sahelzone und Teile der Sahara wieder ergrünen. Der Transport von Wüstenstaub in den atlantischen Ozean würde allerdings deutlich abnehmen.

Goldgelbe Sanddünen in der Sahara-Wüste unter strahlend blauem Himmel
Goldgelbe Sanddünen in der Sahara-Wüste unter strahlend blauem Himmel
Die afrikanische Sahelzone könnte feuchter oder trockener werden. Die Auswirkungen wären bis in die Karibik und den Amazonas spürbar.
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Pixabay / Falkenpost

Dadurch würden Korallenriffe in der Karibik und Teile des Amazonasregenwald nicht mehr ausreichend mit Nährstoffen versorgt. Wissenschaftler:innen schätzen, dass eine Abnahme des afrikanischen Monsunwinds bei einer globalen Temperaturzunahme von etwa 3 bis 5 Grad Celsius eintritt.

Die El-Niño-Southern Oszillation (ENSO) könnte zu einem dauerhaften El-Niño-Zustand werden und damit kippen. Normalerweise weist der Pazifik längs des Äquators ein deutliches Temperaturgefälle auf: Im Ostpazifik liegen die Wasseroberflächentemperaturen bei etwa 20 Grad Celsius, während der Westpazifik Werte um 30 Grad Celsius erreicht. Als Folge bilden sich eine nach Westen gerichtete Luftströmung am Äquator und im warmen Westpazifik hohe Wolken, die viel Regen in die Tropenregionen Indonesiens bringen. Im kühleren Ostpazifik, wo die Wüsten Südamerikas liegen, sind die Klimabedingungen hingegen trockener. Immer dann, wenn sich die Luftströmung am Äquator – durch Verringerung der Luftdruckdifferenz zwischen dem tropischen West- und Südostpazifik - abschwächt, stellt sich der sogenannte El-Niño-Zustand ein. Dann treten vermehrt Dürren und Waldbrände in Australien und Indonesien auf. Gleichzeitig erleben die trockenen Regionen Südamerikas extreme Niederschläge mit Überschwemmungen.

Stürmische See unter grauem Himmel
Stürmische See unter grauem Himmel
Der Klimawandel verändert auch das El-Niño-Phänomen, was Dürren, Waldbrände, Extremniederschläge und Überschwemmungen auslösen könnte.
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Pixabay / NWimagesbySabrinaEickhoff

Klimamodelle deuten darauf hin, dass der Aus-stoß von Treibhausgasen zu einer starken Erwärmung des Ostpazifiks und einer erheblich geringeren Erwärmung des Westpazifiks führt und sich somit ein häufiger auftretender oder sogar dauerhafter El-Niño-Zustand einstellen könnte. Einige Forscher:innen stellen aber auch infrage, ob hier ein echter Kipppunkt vorliegt.

Die sogenannte „thermohaline Zirkulation“ ist eine viele tausend Kilometer lange Meeresströmung, die über alle Ozeane zu verfolgen ist. Sie sorgt für einen globalen Wärmeaustausch zwischen den Ozeanen  und wird manchmal auch als „globales Förderband der Meere“ bezeichnet. Die thermohaline Zirkulation bringt warmes Wasser - entlang der Oberfläche - vom Äquator in die polnahen Regionen, wo es abkühlt und in große Tiefen sinkt. Von dort wird es wieder in Richtung Äquator transportiert. Hervorgerufen wird die Zirkulation durch unterschiedliche Temperaturen und Salzgehalte in hohen Breiten und Äquatornähe. Doch Messungen deuten darauf hin, dass bereits heute das Förderband an Kraft verliert. Besonders im Bereich des Nordatlantik gelangt zunehmend Süßwasser – mit einer geringeren Dichte – aus Schmelze des grönländischen Eispanzers in den Ozean, wodurch der Antrieb abgeschwächt wird. Denn der Antrieb wird durch Abkühlen und Absinken des Nordatlantischen Tiefenwassers bewirkt. Modellrechnungen zeigen, dass die Zirkulation bei starkem Süßwassereintrag kollabieren könnte. 

Rote Linien (für warmes Oberflächenwasser) und blaue Linien (für kaltes Tiefenwasser) schlängeln sich durch die Ozeane auf einer grau-weißen Weltkarte.
Rote Linien (für warmes Oberflächenwasser) und blaue Linien (für kaltes Tiefenwasser) schlängeln sich durch die Ozeane auf einer grau-weißen Weltkarte.
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NASA/R.Rhode/Miraceti

Bei einer globalen Temperaturzunahme von mehr als 3 Grad Celsius könnte die thermohaline Zirkulation weitgehend zum Erliegen kommen, was sich nicht nur auf die Ökosysteme der Meere auswirken würde. Die Temperaturen in Europa und entlang des Nordatlantiks würden deutlich abkühlen, und an der Ostküste der USA und Kanadas würde der Meeresspiegel noch weiter steigen.

Der Amazonas ist ein unglaublich artenreicher und extrem produktiver tropischer Wald so groß wie die USA. Die Biodiversität an Pflanzen, Tieren und anderen Lebewesen ist immens: Etwa 10 Prozent aller Arten leben im Amazonasgebiet. Die Bäume und Pflanzen des Regenwaldes sind eine wichtige Komponente des Erdklimasystems, sie verdunsten große Mengen an Wasser und wirken dem Klimawandel entgegen, indem sie riesige Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid aus der Luft aufnehmen und diesen Kohlenstoff in ihrer Biomasse binden. Doch der Amazonas ist bedroht – durch die Vieh- und Landwirtschaft, den Straßenbau und die Ölförderung. 19 Prozent des Waldes sind bereits zerstört, ein ebenso großer Teil geschädigt – oft durch Brandrodung, bei der große Mengen des Treibhausgases CO₂ in die Luft gelangen. Brände, Erderwärmung und Waldrodung könnten dazu führen, dass weniger Wasser verdunstet und so der durch den Wald generierte Niederschlag abnimmt. Große Gebiete werden austrocknen und sich so verändern, dass der Artenreichtum dramatisch abnimmt und langfristig viel weniger CO₂ gebunden werden kann. Das hätte globale Folgen, da im Amazonas ein Viertel des Austauschs von Kohlenstoff zwischen Atmosphäre und Biosphäre stattfindet.

 

Ein dichter grüner Regenwald mit vielen Pflanzen
Ein dichter grüner Regenwald mit vielen Pflanzen
Der Amazonas gilt als die „grüne Lunge“ der Erde. Doch der Regenwald ist bedroht – 17% sind zerstört, ebenso viel geschädigt.
©
Pixabay / Stokpic

Neueste Untersuchungen zeigen, dass der Wald in manchen Bereichen schon jetzt von einer Kohlenstoffsenke, die CO₂ aufnimmt, zu einer Quelle von Treibhausgasemissionen geworden ist, vor allem aufgrund von Dürre und großflächiger Abholzung.

Noch ist der Norden Europas, Asiens und Nordamerikas von riesigen Nadelwäldern bedeckt, den sogenannten Borealwäldern. Diese Wälder in Skandinavien, Russland, der Mongolei, Kanada und Alaska machen mehr als ein Drittel der weltweiten Waldfläche aus. Weil sie kalte und schneereiche Bedingungen benötigen, geraten sie mit dem Klimawandel zunehmend unter Stress und leiden zusätzlich zur Abholzung durch den Menschen stärker unter natürlichen Ereignissen wie Feuern, Stürmen, Trockenheit, Krankheiten und Befall durch Schädlinge. Zurzeit erwärmt sich die Arktis mindestens zweimal so schnell wie der globale Durchschnitt, was sich auch auf das Klima der Subarktis auswirkt, wo die Borealwälder liegen. Wird der Druck auf die Borealwälder zu groß, könnten sie weiter nach Norden verdrängt und durch Busch- und Graslandschaften ersetzt werden.

Ein Nadelwald, über dem der Tiefnebel hängt
Ein Nadelwald, über dem der Tiefnebel hängt
Die Arktis erwärmt sich gerade stark. Das bedroht die Nadelwälder im Norden Europas, Asiens und Nordamerikas.
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Pixabay / Bergadder

Sterben die Borealwälder ganz ab, könnte eine größere Menge an CO₂ in die Atmosphäre gelangen als aus dem gesamten Amazonas-Wald. Auch die dort lebenden Tiere und Pflanzen würde stark leiden, denn sie verlören ihren Lebensraum. Schätzungen zufolge könnte der Kipppunkt, der den Kollaps der nordischen Nadelwälder auslöst, bereits ab 3 Grad Celsius globalem Temperaturanstieg erreicht sein.

  • Einleitung: Nadine Rühr, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
  • Ostantarktis: Gerrit Lohmann, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)
  • Indischer Monsun, El Niño: Stefan Emeis (KIT)
  • Thermohalin Zirkulation: Gabriele Uenzelmann-Neben (AWI)
  • Westafrikanischer Monsun: Sebastian Bathinay, Climate Service Center (GERICS), Helmholtz-Zentrum Hereon
  • Amazonas: Friedrich Bohn, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ
  • Nordische Wälder: Nadine Rühr (KIT) und Friedrich Bohn (UFZ)

 

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