Thomas Krautwig, Anja Krieger

Welche Kipppunkte erreichen wir bei Einhaltung des 2-Grad-Ziels?

Mit jedem Zehntelgrad, um das wir den Planeten erwärmen, steigt das Risiko, gefährliche Kipppunkte im Klimasystem zu überschreiten. Das bedroht viele Ökosysteme, lebenswichtige Kreisläufe und die Zukunft der kommenden Generationen. Was erwartet uns, und wieso sind ambitionierte Klimaziele so wichtig?

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Die Menschheit ist dabei, das Klima des Planeten massiv zu verändern. In Paris hat sich die internationale Gemeinschaft im Jahr 2015 auf das 2-Grad-Ziel geeinigt, um die schwerwiegendsten Störungen des Erdsystems noch abzuwenden. Überschreiten wir diese Temperaturschwelle, dürften die Folgen des Klimawandels unkontrollierbar werden. „So genannte Kipppunkte führen zu abrupten und möglicherweise irreversiblen Verschiebungen in Ökosystemzuständen“, erläutert Marlene Wall vom Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel, „schon heute haben sich durch Massenbleiche in Korallenriffen ganze Riffgebiete maßgeblich verändert“. Immer mehr Ökosysteme würden unwiederbringlich zerstört, Wälder verbrannt, noch mehr Arten würden aussterben – und die Lebensgrundlagen für Milliarden von Menschen wären in Gefahr. 

Das Ziel, das in Paris formuliert wurde, ist klar: Die Länder verpflichten sich, zwei Grad Erwärmung – im globalen Durchschnitt und Vergleich zur Zeit vor der Industrialisierung – nicht zu überschreiten, und möglichst unter 1,5 Grad zu bleiben. Denn schon bei dieser noch gering erscheinenden globalen Erwärmung wird sich das Gesicht der Erde deutlich verändern. Erste Kipppunkte des Klimasystems könnten überschritten werden, die zu einschneidenden Veränderungen führen werden. „Eisverluste werden über Jahrhunderte weitergehen, auch wenn wir irgendwann die Erwärmung stoppen“, sagt Ingo Sasgen vom Alfred-Wegener-Institut für Polar und Meeresforschung in Bremerhaven. „Aber wie stark und ob unumkehrbar oder nicht, haben wir in der Hand.“ 

Bereits bei einem Temperaturanstieg von nur 1,5 Grad Celsius bis Ende des Jahrhunderts könnte ein Großteil der Korallenriffe im Meer sterben – um die 70 bis 90 Prozent. Noch schlimmer sähe das Korallensterben aus, wenn die Temperatur weiter, um bis zu 2 Grad steigt: Überleben würde dann voraussichtlich nur noch ein bis zwei Prozent der Tiere. Der Klimawandel trifft Korallen gleich doppelt: Durch das wärmere Wasser stoßen die Nesseltiere ihre Partner – kleine bunte Algen – ab. Dadurch bleichen die Korallen aus und werden geschwächt – sie bekommen keinen Zucker mehr von den Algen.
 

Korallenriff
Korallenriff
Wenn die Temperatur um 1,5°C steigt, könnte ein Großteil der Korallen sterben. Einen Anstieg um 2°C wird voraussichtlich nur ein Prozent der Tiere überleben.
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gshoptw / Pixabay

Zudem gelangt CO₂ von der Luft in die Meere und macht das Wasser saurer. Dadurch können Korallen ihre Kalkskelette schlechter bilden. Wenn 99 Prozent der Korallen verschwänden, hätte das einschneidende Konsequenzen für die Biodiversität der Ozeane. Riffe sind die Heimat und Kinderstube vieler Fische und anderer Lebewesen im Meer – die „Regenwälder der Meere“. Für die Korallen ist das 1,5-Grad-Ziel also überlebenswichtig.

Das arktische Meereis übernimmt eine wichtige Funktion für das Erdklima und die  Ökosysteme der Arktis. Leider nimmt die Dicke und Ausdehnung des Meereises seit Jahrzehnten ab.  Dadurch wird die dunklere Meeresoberfläche nicht mehr mit weißem Eis bedeckt, was die sogenannte Albedo verändert. Weiße Flächen reflektieren Strahlung, helfen also, die Erde zu kühlen. Dunkle Flächen nehmen Strahlung auf, werden also wärmer. Wenn das dunkelblaue Meer die Farbe der Arktis bestimmt und nicht mehr das gleißend helle Eis, nimmt die Erde mehr Strahlung auf. Das wiederum verstärkt die Erwärmung und beschleunigt den Schmelzprozess.

Türkis-weißes Eis, das auf blauem Meer treibt
Türkis-weißes Eis, das auf blauem Meer treibt
Das arktische Meereis übernimmt eine wichtige Funktion für Erdklima und Ökosysteme. Leider nimmt seine Dicke und Ausdehnung seit Jahrzehnten ab.
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Pixabay / Barni

Seit 1979 ist das Meereis in der Arktis bereits um etwa 3,45 Mio. km2 zurückgegangen. Laut wissenschaftlichen Studien werden durch Schmelzen des arktischen Meereises ab einem Temperaturanstieg von 1,5 bis 2 Grad Celsius weitere Prozesse im Klimasystem angestoßen, deren Folgen Jahrhunderte bis Jahrtausende andauern könnten. 

In den letzten Jahrzehnten hat der Eisverlust in Grönland stark zugenommen. Durch das Abschmelzen der Gletscher in den Ozean sinkt die Oberfläche des Eispanzers, der sich bisher in Höhen von bis zu 3500 Metern erhebt. In niedrigeren Lagen ist die Luft wärmer, sodass mit schwindender Höhe immer mehr Eis schmilzt. Auf Grönland liegen heute noch etwa 12 Prozent der gesamten Eismasse der Erde. Würde es komplett abschmelzen, käme es zu einem Meeresspiegelanstieg von etwa 7 Metern, der verstärkt auf der Südhalbkugel zu spüren wäre. Forscher:innen gehen davon aus, dass der grönländische Eisschild bereits ab einer globalen Temperaturerhöhung von 1,9 Grad Celsius langfristig, aber unumkehrbar abschmelzen wird.

Ein blau-weißer Eisberg ragt an einer Eislandschaft aus dem Wasser
Ein blau-weißer Eisberg ragt an einer Eislandschaft aus dem Wasser
Auf Grönland liegen heute noch über 10 Prozent der gesamten Eismasse der Erde. Würde es komplett abschmelzen, käme es zu einem Meeresspiegelanstieg von etwa 7 Metern.
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Pixabay / Lurens

Satellitenmessungen zeigen, dass der Meeresspiegel allein durch die grönländischen Eisverluste seit 1992 bereits um etwa 12 Millimeter gestiegen ist. 80 Prozent des Anstieges fanden nach 2003 statt, also in den letzten zwei Jahrzehnten. Die Top 5 der Verlustjahre liegen alle in der letzten Dekade, angeführt von den Jahren 2012 und 2019. 

Weite Teile des westantarktischen Eisschildes liegen unterhalb des Meeresspiegels. Daher zählt die Westantarktis zum „marinen Eisschild“ und ist potenziell instabil. Das Gebiet ist sehr empfindlich gegenüber Erwärmung des umliegenden Ozeans. Eine Schlüsselrolle kommt dabei den Schelfeisgebieten zu, die den Eisschild säumen und Rückhaltekräfte auf den Eistransport in den Ozean ausüben.  Mit steigender Ozeantemperatur verringern sich die Rückhaltekräfte des Schelfeises, indem es durch Schmelzprozesse dünner wird oder auch ganz zerfällt. Als Folge beschleunigt sich der Zufluss des gegründeten Teils des Eisschildes in den Ozean. Der Eisschild zieht sich in tiefere Ozeangebiete zurück, was die Rückhaltekräfte verringert und den Eisverlust weiter erhöht – ein sich verstärkender Rückkopplungsprozess. Neue Projektionen deuten darauf hin, dass eine Erwärmung der Ozeantemperatur von etwa 1,2 Grad Celsius einen fortschreitenden Rückzug des westantarktischen Eisschildes auslösen könnte.

Ein große weiße Eisfläche ragt aus dem dunklen Meer
Ein große weiße Eisfläche ragt aus dem dunklen Meer
Weite Teile des westantarktischen Eisschildes liegen unterhalb des Meeresspiegels. Daher ist es potenziell instabil.
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Josh Landis/National Science Foundation

Diese Wassertemperatur wird voraussichtlich bei einer globalen Erwärmung von 1,5 bis 2 Grad Celsius gegenüber der vorindustriellen Zeit erreicht. Computersimulationen und Messungen belegen, dass die Eismassen der Westantarktis bereits heute sehr viel instabiler sind. In den nächsten Jahrhunderten könnten sie einen zusätzlichen Meeresspiegelanstieg von rund drei Metern verursachen.

Permafrostböden sind Böden, die dauerhaft Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aufweisen. Solche gefrorenen Böden nehmen etwa 25 Prozent der Erdoberfläche ein, vorwiegend in Sibirien, Kanada und Alaska. Wenn der Permafrost taut, verwandeln Mikroorganismen den im Boden gespeicherten organischen Kohlenstoff in klimaschädliche Gase wie Methan oder Kohlenstoffdioxid.

Ein gefrorener Boden aus der Luft betrachtet
Ein gefrorener Boden aus der Luft betrachtet
Permafrostböden nehmen etwa 25% der Erdoberfläche ein. Wenn die gefrorenen Böden tauen, entstehen klimaschädliche Gase.
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Pixabay / PublicCo

Durch einen globalen Temperaturanstieg würde sich die Südgrenze der bis zu 1600 Meter mächtigen Permafrostböden in Richtung Norden verlagern, so dass die Erde im Sommer bis in tiefere Schichten taut. Studien haben ergeben, dass etwa 1.700 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in den Böden gebunden sind und bereits bei einem globalen Temperaturanstieg von 1,5 Grad Celsius große Mengen freigesetzt werden könnten.

In den Meeresböden der Erde lagern große Mengen an sogenannten Methanhydraten als Gase in gefrorenem Wasser. Methangas hat eine geringere Dichte als Wasser, doch durch den hohen Druck und die niedrigen Temperaturen am Meeresgrund bleibt es in den Ozeanen gespeichert. Solche Bedingungen finden sich normalerweise ab einer Meerestiefe von 500 Metern, im kalten Polarkreis aber schon ab 250 Metern. Wenn die Atmosphäre wärmer wird, erwärmt sich auch die Oberfläche des Meeres. Strömungen, die wie Förderbänder funktionieren, tragen das wärmere Wasser durch den Ozean und an einigen Stellen hinab in die Tiefsee. Durch Kontakt mit dem wärmeren Wasser wird das gefrorene Hydrat am Meeresboden zunehmend instabil und das darunterliegende Methangas strömt an die Meeresoberfläche und dann in die Atmosphäre.

Eine Küste mit Ozean und schneebedeckten Bergen
Eine Küste mit Ozean und schneebedeckten Bergen
Im Meeresboden lagern große Mengen an Methan. Durch die Erwärmung der Ozeane wird das gefrorene Hydrat instabil und das Methan – ein starkes Treibhausgas – strömt an die Oberfläche.
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Pixabay / ninaboots

Da die Förderbänder der Meere langsam laufen, ist mit einer derartigen Erwärmung des Tiefenwassers erst in einigen Jahrhunderten zu rechnen. Die Methan-Ausgasung stellt daher eine langfristige Klimafolge dar. Man nimmt an, dass sich die globale Erwärmung deutlich erhöhen würde, wenn dieser Prozess unwiederbringlich in Gang gesetzt wird.

In den Meeren ist mehr Kohlenstoff gespeichert als in allen anderen Teilen der Umwelt: 50-mal mehr als in der Atmosphäre und 20-mal mehr als in Pflanzen, Lebewesen und Böden. Das Meer hat uns Menschen durch seine CO₂-Aufnahme bisher vor einem noch stärkeren Klimawandel geschützt – es hat 48 Prozent der anthropogenen CO₂-Emissionen zwischen 1800 und 1995 gespeichert, so dass diese Treibhausgase die Atmosphäre nicht erwärmen konnten. Geschafft haben das vor allem die Algen: Durch Photosynthese nutzen sie den Kohlenstoff im CO₂ zum Wachsen – ein Prozess, bei dem auch viel von dem Sauerstoff entsteht, denn wir atmen. Sterben diese Algen ab, nehmen sie den gebundenen Kohlenstoff mit in die Tiefsee und speichern ihn dort. Diese „biologische Kohlenstoffpumpe der Meere“ könnte gestört werden, wenn das Wasser weniger Sauerstoff enthält oder sich erwärmt und versauert.

Meeresoberfläche mit kleinen Partikeln oder Lebewesen
Meeresoberfläche mit kleinen Partikeln oder Lebewesen
In den Meeren ist mehr Kohlenstoff gespeichert als in allen anderen Teilen der Umwelt: 50- mal mehr als in der Atmosphäre und 20-mal mehr als in Pflanzen, Lebewesen und Böden. Diese „Kohlenstoffpumpe“ könnte durch den Klimawandel gestört werden.
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Pixabay / Pexel

Auch die Versauerung ist eine direkte Folge des Klimawandels: Ein Teil des Kohlendioxids aus der Luft reagiert mit dem Wasser und sorgt dafür, dass der pH-Wert sinkt. Das wiederum hat Folgen für die Lebewesen der Meere, die Kalk für ihre Körper nutzen, darunter Plankton, Muscheln, Schnecken und Korallen. Noch ist unklar, was das für die Nahrungskette der Ozeane bedeutet. 

  • Einleitung, Korallenriffe: Marlene Wall, GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
  • Meereis: Markus Rex, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)
  • Einleitung, Grönland, Westantarktis: Ingo Sasgen, AWI 
  • Permafrost: Torsten Sachs, Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
  • Methan-Ausgasungen: Sabine Kasten, AWI
  • Kohlenstoffaufnahme des Meeres: Jan Taucher, GEOMAR