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Welche Elemente drohen den Klimawandel zu beschleunigen?

Steigen die Temperaturen weiter an, könnten kritische Punkte erreicht werden, die den Klimawandel deutlich beschleunigen. In der Klimaforschung werden diese kritischen Punkte als Kipppunkte oder Kippelemente bezeichnet. Sie sind ein Bestandteil des globalen Klimasystems. Schon das Überschreiten einzelner Kipppunkte hat weitreichende Umweltauswirkungen, die die Lebensgrundlagen vieler Menschen, Tiere und Pflanzen gefährden. Außerdem kann dadurch eine Kettenreaktion ausgelöst werden: Das Überschreiten eines Kipppunktes kann dazu führen, dass weitere Kipppunkte überschritten werden. In der Wissenschaft spricht man hier von sogenannten Rückkopplungsprozessen.

Viele Prozesse, die mit den Kipppunkten zusammenhängen, sind noch nicht ausreichend erforscht. Daher ist es auch schwierig abzuschätzen, wann und in welchem Ausmaß Kippelemente auftreten. Trotzdem ist es für die Klimaforschung wichtig, sie zu definieren. Mithilfe von Klimamodellen ist es möglich, verschiedene Szenarien zu berechnen. Das liefert den Wissenschaftler*innen eine Orientierung, wie die künftigen Forschungsschwerpunkte aussehen sollten.


Die bedeutendsten Kippelemente im Überblick:

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Schmelzen des Arktischen Meereises
Das flächendeckende Meereis hat eine wichtige Funktion für das Erdklima: Es kühlt das ganze Jahr über. Seit einigen Jahrzehnten schwindet es jedoch rasend schnell. Wissenschaftler*innen rechnen daher damit, dass bis zum Ende des Jahrhunderts die Arktis im Sommer eisfrei sein wird. Einige Mechanismen tragen zudem dazu bei, dass die Erderwärmung in den hohen nördlichen Breiten etwa doppelt so schnell voranschreitet wie im globalen Durchschnitt. Eines dieser Mechanismen ist die Eis-Albedo-Rückkopplung: Dort, wo das Eis schmilzt, kommt meist ein dunklerer Untergrund zum Vorschein. Diese freigelegte dunkle Oberfläche kann mehr Sonnenwärme aufnehmen, die wiederum das Schmelzen des verbliebenen Eises beschleunigt. Bei einer Erwärmung von vier Grad könnte der Meeresspiegel mehr als sechs Meter ansteigen, vermuten die Wissenschaftler*innen.


Verlust des Grönlandeises
Auch der Eispanzer auf Grönland schmilzt langsam ab. Derzeit ragt er noch bis zu drei Kilometer in die Höhe und ist dort oben kalten Temperaturen ausgesetzt. Durch das Abschmelzen gelangt er jedoch in wärmere Luftschichten, was wiederum den Schmelzeffekt verstärkt. Wenn die Emissionen weiter ansteigen, könnte der Eispanzer bis zum Ende des Jahrtausends sogar vollständig schmelzen und zu einem Meeresspiegelanstieg von bis zu sieben Metern führen.


Kollaps des Westantarktischen Eisschildes
Das durch den Klimawandel erwärmte Meerwasser könnte die Eisberge an der antarktischen Küste so weit schmelzen, dass die dahinter liegenden kontinentalen Eismassen zu fließen beginnen. Der vollständige Zusammenbruch des Eisschildes würde den globalen Meeresspiegel um vier bis fünf Meter ansteigen lassen.


Tauende Permafrostböden
Die arktischen Permafrostböden in Sibirien und Nordamerika sind weltweit bedeutende Kohlenstoffspeicher. Analysen amerikanischer Wissenschaftler*innen 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. Allein in den obersten drei Metern des Bodens sind um die Tausend Milliarden Tonnen Kohlenstoff gespeichert. Permafrost kann aber noch viel tiefer reichen: In sogenannten Yedoma-Böden sind vermutlich weitere mehrere hundert Milliarden Tonnen Kohlenstoff in über drei Metern Tiefe gespeichert.
Forschende gehen davon aus, dass bis zum Jahr 2100 rund 15 Prozent des gespeicherten Kohlenstoffs freigesetzt werden könnten. Dies könnte die globale Erwärmung deutlich beschleunigen.


Freisetzung von Methan aus Meeresböden
Methan wirkt sich deutlich negativer auf die Erwärmung des Klimas aus als CO₂. Es ist ein kurzlebiges Treibhausgas, das innerhalb eines Jahrzehnts in der Atmosphäre zu Kohlendioxid oxidiert und so die Erderwärmung schneller vorantreibt.
Methan-Ausgasungen aus den Ozeanen stellen ein Kippelement dar. Methan, das in Eis eingeschlossen ist, wird als Methanhydrat bezeichnet. Es ist über die gesamte Welt verteilt in den Meeren und vor allem in Meeresböden zu finden. Methanhydrate gelten als ein träges Kippelement. Das heißt, durch die Erwärmung der Meere bauen sie sich bereits seit Jahrtausenden langsam ab. Mit der zunehmenden Erwärmung besteht die Gefahr, dass das Eis schmilzt und große Mengen Methan freigesetzt werden. Das hätte fatale Auswirkungen auf das Klima.


Abholzung und Brände der Urwälder und nordischen Nadelwäldern
Der Amazonasregenwald und die nordischen Nadelwälder in Kanada, Sibirien und in den skandinavischen Ländern leiden stark unter der Erderwärmung: Dürreperioden, Brände und Abholzung drohen diese zu zerstören. Wird die Zerstörung nicht gestoppt, führt das zu einer massiven Freisetzung von Kohlenstoffdioxid. Der Grund dafür sind die großen Mengen Kohlenstoff, die in jedem Baum gespeichert sind. Sterben die Bäume ab, werden diese freigesetzt, mit fatalen Auswirkungen auf das Klima: Wissenschaftler*innen schätzen, dass allein in der Amazonasregion 80 bis 120 Milliarden Tonnen Kohlenstoff gespeichert sind. So könnte sich der Amazonasregenwald bereits 2035 von einer Kohlenstoffsenke in eine Kohlenstoffquelle verwandeln. Das heißt: Er gibt dann mehr Kohlenstoff ab, als er aufnimmt.


Kohlenstoffaufnahme des Meeres
Die Weltmeere nehmen riesige Mengen an Kohlenstoff auf – rund 40 Prozent der bisherigen anthropogenen CO₂ Emissionen wurden im Meer gespeichert, vor allem in Algen. Diese nehmen das CO₂ auf, um zu wachsen. Sterben die Algen ab, nehmen sie den gebundenen Kohlenstoff mit in die Tiefsee. Diese Funktion wird als marine biologische Kohlenstoffpumpe bezeichnet. Durch die Erderwärmung nimmt der Sauerstoffgehalt des Meeres ab. Die Folge: Es wachsen weniger Algen und das Meer kann dadurch deutlich weniger CO₂ aufnehmen.


Der Golfstrom wird langsamer
Meeresströmungen haben einen großen Einfluss auf das Klimasystem. Der Golfstrom zum Beispiel, eine Strömung im Atlantischen Ozean, führt warmes Wasser entlang der Meeresoberfläche von Süden nach Norden, wo er Wärme an die kühle Luft abgibt. Auf diese Weise wird der nordatlantische Raum bis nach Europa "aufgeheizt". Ohne ihn wäre es im Norden und Westen Europas viel kälter, im Winter beinahe so eisig wie in Sibirien. Allerdings hat sich das Wasser im subpolaren Nordatlantik seit Mitte des 20. Jahrhunderts merklich abgekühlt. Wissenschaftler*innen vermuten, dass die Verlangsamung des Golfstroms die Ursache dafür sein könnte. Der Grund dafür könnte wiederum der verstärkte Süßwassereinstrom sein. Das bedeutet, dass  Süßwasser durch das schmelzende Eis im Norden vermehrt zuströmt, und den Golfstrom aufgrund der geringeren Dichte des Wassers verlangsamt.
Die globale Erwärmung könnte dazu führen, dass sich der Golfstrom noch weiter verlangsamt. Schon jetzt ist er 15 Prozent langsamer. Dies kann gravierende Auswirkungen auf marine Ökosysteme haben und den Meeresspiegelanstieg verstärken, insbesondere an der US-amerikanischen Atlantikküste.


Störung des El Niño-Phänomens
El Niño beschreibt ein Wetterphänomen, das die Passatwinde abschwächt und eine entgegengesetzte Strömung entstehen kann. Dadurch erwärmt sich der südöstliche Pazifik vor Südamerika. Die Folgen sind weltweit spürbar: Dürren in Australien und Südostasien, verstärkte Niederschläge an den Westküsten Amerikas und im schlimmsten Fall treten Monsune häufiger auf. Ein ungebremster Klimawandel kann dazu führen, dass El-Niño-Phänomene häufiger und stärker auftreten.