Kipppunkte: Wie wir über klimatische Veränderungen im Erdsystem sprechen
Menschen beeinflussen den Planeten wie keine andere Art von Lebewesen. Unsere Lebensweise, Technologien, die wir nutzen, oder die Art, wie wir Nahrung produzieren – sie wirken sich inzwischen auf fast jeden Teil des Erdsystems aus. Wo müssen wir entschlossen handeln, um kritische Veränderungen zu vermeiden?
Selbstständig fortschreitende Veränderungen
Wissenschafter:innen beobachten weltweit, wie die vielfältigen Veränderungen verlaufen und welche Auswirkungen sie haben. Und sie sehen: Nicht alle Reaktionen im Erdsystem erfolgen proportional zur Stärke der Einflüsse, die auf sie wirken. Manche Teile des Erdsystems erreichen einen kritischen Zustand, jenseits dessen sich ihre Struktur und Funktion weiter verändern, auch ohne, dass der ursprüngliche Antrieb von außen wirkt. Die angestoßenen Veränderungen schreiten nun von alleine fort. Sie können sich beschleunigen, verstärken oder unvorhergesehene Ausmaße annehmen.
Den Zeitpunkt, ab dem die Veränderung von alleine weiterläuft, bezeichnen viele Forschende als den Kipppunkt eines Systems. Er ist gekennzeichnet durch einen Schwellenwert. Das lässt sich etwa am Beispiel der Eisdecke Grönlands verdeutlichen: Unterschreitet ihre Dicke einen kritischen Wert, schmilzt das Eis auch ohne weitere Erderwärmung. Unter Klima-Kippelementen verstehen Wissenschaftler:innen solche Teile des weltweiten Klimasystems, die bei einem bestimmten Maß der Erderwärmung in die unaufhaltsame Veränderung übergehen. Ihr Kipppunkt liegt also bei einer bestimmten globalen Durchschnittstemperatur.
Gerrit Lohmann, Experte für Klimadynamik am Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), mahnt allerdings zu Vorsicht im Umgang mit dem Begriff. „Von einem Kipppunkt zu sprechen, erweckt den Eindruck, der Schwellenwert wäre klar definierbar – als ob eine bestimmte Temperatur oder ein CO₂-Wert automatisch zu einem abrupten Umschwung führten“, sagt er. Übergänge zwischen Zuständen im Klimasystem erfolgten aber nicht unbedingt bei einem festen Wert. „Das Klima ist ein hochgradig komplexes, stochastisches System. Es weist natürliche Schwankungen auf, die starke Ausschläge verursachen können. Und Systeme können früher oder später kippen, je nach Zufallsvariationen, Wetterereignissen und internen Rückkopplungen.“ Lohmann und viele andere Forschende sprechen deshalb lieber von „kritischen Bereichen“ statt von Kipppunkten. „Wir wollen keine übertriebene Genauigkeit suggerieren, die Forschung nicht leisten kann.“
Prozesse verstärken oder hemmen sich gegenseitig
Für die nicht-linearen Veränderungsprozesse in Kippsystemen spielen Rückkopplungsmechanismen eine wichtige Rolle. Sie können die Abläufe vor und nach dem Kippen verstärken oder beschleunigen. Der Grönländische Eisschild schmilzt zum Beispiel schneller, je flacher er wird. Das liegt daran, dass die Oberfläche durch das Schmelzen in zunehmend wärmere Luftschichten absinkt und umso schneller taut. Manche Rückkopplungen wirken auch entgegen der Veränderung, die durch die Erderwärmung angeschoben wird. Rückkopplungen, insbesondere die verstärkenden, machen die Verläufe der Veränderungen für die Menschheit umso brisanter – und schwieriger vorherzusagen für diejenigen, die sie erforschen. Denn einzelne Rückkopplungseffekte lassen sich zwar bedingt in Modellen simulieren. In der Realität wirken aber viele Mechanismen gleichzeitig in verschiedenen Teilen des Erdsystems wie Atmosphäre, Ozean, Boden oder Biosphäre, und beeinflussen sich gegenseitig.
Kein Zurück in absehbarer Zukunft
Die angeschobenen Prozesse im gekippten System laufen aus eigenem Antrieb weiter. Auch wenn die äußeren Bedingungen von vor dem Kippen wieder hergestellt würden, kann das System nicht in seinen Ausgangszustand zurückkehren. Selbst wenn also in Zukunft die weltweite Durchschnittstemperatur auf ein vorindustrielles Niveau sänke, würde ein schmelzender Eisschild Grönlands oder der Westantarktis nicht wieder anwachsen. Das ist gemeint, wenn das Kippen bestimmter Teile des Erdsystems als unumkehrbar bezeichnet wird. Verschiedene Teile des Klimasystems reagieren auf die Erderwärmung auf verschiedenen Zeitskalen. Kurzfristig, in Zeiträumen von Jahren bis Jahrzehnten, verändern sich Wetterlagen, Meereis und Klimamuster. Langfristig, in Zeiträumen von Jahrhunderten bis Jahrtausenden, werden große Ozeanströmungen, Eisschilde und die Kohlenstoffspeicherung zum Beispiel im Ozean, den Wäldern, Mooren oder Permafrostböden beeinflusst.
Vorbeugestrategien erfordern besonderes Risikoverständnis
Befindet sich ein Kippelement im Klimasystem erst einmal auf dem Pfad der Veränderung, ist das Ruder nicht mehr ohne Weiteres herumzureißen. Das ist der Grund, warum es wichtig ist, Kippelemente - wie beispielsweise den grönländischen Eisschild - und ihre Dynamik zu kennen und zu verstehen: Der Zeitpunkt, zu dem das System kippt, kann weit vor dem liegen, zu dem das ganze Ausmaß der Veränderungen erkennbar wird. Ihre Auswirkungen können sich in zeitlichen Dimensionen abspielen, die weit über die Zeitspannen menschlicher Generationen hinausgehen, in denen wir politisch und gesellschaftlich zu planen gewohnt sind. Um Strategien zu entwerfen, die dem Kippen eines Systems vorbeugen oder Anpassung an die Folgen erlauben, brauchen Gesellschaften und politische Entscheidungstragende ein Risikoverständnis, das diese Dynamik berücksichtigt.
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Kaskaden von Kippsystemen
Zahlreiche heute bekannte Kippelemente des Erdsystems sind eng miteinander verknüpft. Kippt das eine, können weitere Teile des Erdsystems so beeinflusst werden, so dass sie ebenfalls schneller ihren Kipppunkt erreichen. Dieses gegenseitige ‘Mitreißen’ bezeichnen Forschende als Kaskade von Kipppunkten. Ein Beispiel ist die Interaktion von grönländischem Eisschild und Atlantischer Umwälzströmung (AMOC). Das Schmelzwasser des Eisschildes beeinträchtigt die Atlantische Umwälzströmung, die wiederum das Klima in weiten Teilen Europas, Afrikas und des amerikanischen Kontinentes bestimmt. Würde der Eisschild Grönlands großflächig oder gar vollständig abschmelzen, steht zu befürchten, dass die Atlantische Umwälzströmung maßgeblich schwächer würde. Die gigantische Meeresströmung ist ein Schlüsselelement im globalen Klimasystem. Eine Schwächung bedingt weltweit veränderte Dynamiken der Meere, atmosphärischer Luftströmungen und in der Folge auch der Kohlenstoffspeicher wie Wälder und Moore. Gleichzeitig weist die ozeanische Strömung, wie auch andere Teile des Klimasystems, von Natur aus Schwankungen und große Variabilität auf. Daher ist ein mögliches Kippen nur schwer vorhersagbar.
Auch andere vermutete Kippsysteme sind selbst wichtige Klimaregulatoren, die Einfluss auf das weltweite Klima ausüben. Die Permafrostböden im hohen Norden stellen beispielsweise wichtige Kohlenstoffspeicher dar. Gesunde Wälder und Moore können aktiv CO₂ aufnehmen. Sie sind also nicht nur Indikatoren für ein sich wandelndes Klima sondern beeinflussen selbst, wie es sich entwickelt.
Warnsignale deuten: Ein Kippen kündigt sich an
Ein Teil der Forschung widmet sich der Suche nach frühen Hinweisen auf das bevorstehende Kippen eines Klima- oder Ökosystems. Wissenschaftler:innen durchforsten zum Beispiel Beobachtungsdaten, um zu erkennen, ob ein System sich von äußeren Einwirkungen zunehmend schlechter erholt. Ein Waldgebiet, ein Korallenriff oder ein Berggletscher können sich nämlich nach einer Hitzeperiode von den Schäden erholen, wenn sie genug Zeit und günstige Bedingungen dafür haben. Folgen aber Hitzeperioden immer dichter aufeinander, bleibt nicht genug Zeit und die Rahmenbedingungen bieten mangelnde Ressourcen zur Erholung. Sinkende Resilienz, also nachlassende Widerstandskraft oder Kapazität zur Wiederherstellung, gilt als ein Warnsignal. Sie kann anzeigen, dass ein System droht, mehr oder weniger plötzlich umzukippen.
Wie viele Kippsysteme gibt es?
In der bisherigen Literatur verwenden Forschende verschiedene Definitionen für Kippsysteme im Klimasystem. Die Definitionen unterscheiden sich beispielsweise darin, ob Veränderungen nach dem Kippen als unumkehrbar angesehen werden und ob der Umschlag abrupt geschieht. Deshalb gibt es auch keine feste Anzahl bisher bekannter Kippelemente. Viele Erdsystemwissenschaftler:innen arbeiten daran zu erkennen, welche Teilsysteme der Erde Merkmale einer Kippdynamik aufweisen – sich also abrupt und potentiell unumkehrbar verändern könnten. Die Suche nach möglichen Kippelementen stützt sich auf drei wichtige Pfeiler: laufende Beobachtungen und aufgezeichnete Daten, paläontologische und geologische Befunde sowie computergestützte Modelle von Teilen des Erdsystems. So betrachten Forschende den gegenwärtigen Zustand eines Teilsystems der weltweiten Klimas, können gegebenenfalls Teile seiner vergangenen Entwicklung rekonstruieren und versuchen, Einblicke in mögliche Zukünfte zu gewinnen.
Begriffsgebrauch in der Kommunikation
Weiterführende Links
- Kipppunkt: Kritischer Schwellenwert dessen Überschreiten zu oft abrupten, teils unumkehrbaren Veränderungen führt
- Kippsystem: Bezeichnet generell Systeme, die durch äußere Einwirkungen oft abrupt in einen teils unumkehrbaren Zustand übergehen, z. B. ein kippender Stuhl.
- Kippelement: Der Begriff wurde in der Kommunikation über Kippsysteme innerhalb des Erdsystems geprägt. Ein Kippelement bezeichnet i. d. R. einzelne Teile des Klimasystems, die bei Überschreiten eines bestimmten Schwellenwerts oft abrupt in einen teilweise unumkehrbaren Zustand übergehen, beispielsweise der Regenwald oder Eisschilde.
Kipppunkte sind in der Klimadebatte zu einem zentralen, aber auch viel diskutierten Begriff geworden. Die Forschung dazu ist vergleichsweise jung und Erkenntnisse vorläufig. Was wir sicher wissen, ist, dass Prozesse im Klimasystem mit schwer vorhersagbarer Dynamik auf Einflüsse reagieren können. Die Annahmen über mögliche Kipppunkte basieren zum Teil auf Belegen aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit und weitgehend auf computergestützten Modellierungen von Teilen des Erdsystems. Dabei sind viele Prozesse und ihre Interaktionen nur teilweise beschrieben und Rückkopplungseffekte oder verzögerte Reaktionen zu wenig verstanden, um die zeitliche Abfolge und Auswirkungen von Veränderungen verlässlich vorherzusagen. Klar ist, dass sich Lebensräume für Mensch und Umwelt durch die Erderwärmung dramatisch wandeln können. Der Wandel kann sich über kürzere oder längere Zeiträume vollziehen. Das heißt auch, die Folgen werden teilweise schon wir selbst, unsere Kinder und Enkel erleben; teilweise werden sie sich über Jahrtausende entfalten.
Kontroversen gibt es darüber, was die Kommunikation über Kippelemente erreichen kann oder soll. Für viele Forschende steht das Anliegen im Vordergrund, umfassend und faktenbasiert über potentielle Risiken des Klimawandels zu informieren. Mit der Aufklärung verbinden sie oft einen Appell an Entscheidungstragende in Politik und Gesellschaft: der weiteren Erderwärmung mit allen Mitteln vorzubeugen und uns zeitig auf veränderte Lebensbedingungen einzustellen.
Viele Veränderungen des Klimas laufen graduell ab. Deren Auswirkungen sind dramatisch genug, um sofortiges Handeln zu fordern. Es ist aber auch wichtig, ein Verständnis für nicht-linearer Abläufe zu schaffen, die im Klimasystemen auftreten. Dabei kann das Konzept der Klima-Kipppunkte helfen, meint Gerrit Lohmann. „Auch wenn wir Kipppunkte nicht exakt vorhersagen können, verdeutlichen sie, wie abrupt tiefgreifende Klimaänderungen eintreten können“, sagt er. „Und ist ein Kipppunkt einmal erreicht, haben wir die Möglichkeit verloren, uns schrittweise an veränderte Lebensbedingungen anzupassen.“ Das Konzept macht also klar, wie wichtig es ist, sich frühzeitig und vorausschauend mit klimatischen Veränderungen auseinanderzusetzen. „Es zeigt, dass das Erdsystem verletzlich ist, dass Folgen des Klimawandels sich über viele Generationen auswirken und dass frühes entschlossenes Handeln den größten Unterschied macht.“
Gleichzeitig gilt es bei der Kommunikation über Klima-Kipppunkte sorgfältig abzuwägen. Im schlimmsten Fall ist zu befürchten, dass die Vorstellung abrupter und unaufhaltsamer Veränderungen Menschen in eine Schockstarre versetzt. In der Resignation könnten sie dann tatenlos verharren. Auch das Gegenteil ist nicht hilfreich: Menschen wähnen sich und die Erde in einem sicheren Bereich, solange nicht ein Kipppunkt erreicht ist. „Den sicheren Bereich haben wir aber schon längst verlassen“, sagt Gerrit Lohmann. Mehr denn je ist es jetzt entscheidend, gesellschaftliche Kräfte zu mobilisieren und zu bündeln, um jeglichen weiteren Klimaveränderungen entgegenzuwirken – unabhängig davon, ob sie schlagartig oder schrittweise eintreten.
Eine klare und transparente Kommunikation über Risiken des Klimawandels kann Staaten und Kommunen darin unterstützen, Infrastruktur, Planung und gesellschaftliche Praktiken rechtzeitig anzupassen – bevor Handlungsoptionen unwiederbringlich verloren gehen. Klar ist, dass jede Erderwärmung das Risiko für schwere, unabsehbare und teils unumkehrbar Folgen erhöht und die Menschheit sich jetzt mit Anpassungen an klimatische Veränderungen auseinandersetzen muss. „Wir sollten mehr konkrete Szenarien der Zukunft beschreiben“, meint Lohmann, „um konkrete Handlungsoptionen entwickeln zu können.“
Kipppunkte in Technologie, Wirtschaft, Gesellschaft
Im Diskurs geht es aber nicht allein um Kipppunkte des natürlichen Klimasystems. Kipppunkte gibt es auch in anderen Lebensbereichen, die für den Klimaschutz entscheidend sein können: in der Entwicklung neuer Technologien, in wirtschaftlichen und in gesellschaftlichen Verhältnissen. Die Entwicklung einer neuen Technologie kann beispielsweise einen Kipppunkt überschreiten, sobald essentielle Komponenten massenweise hergestellt werden. Das ist im Fall von Solarzellen oder auch Batterien zu beobachten. Je mehr Menschen an der Herstellung beteiligt sind und je größer die hergestellten Stückzahlen, desto schneller wachsen Erfahrungswissen und Kompetenzen in den Produktionsprozessen. Die Abläufe werden effizienter und somit kostengünstiger. Schritt für Schritt nähert sich die Technologie dadurch einem weiteren Kipppunkt – dem ökonomischen. Ist eine neue Technologie zum gleichen Preis erhältlich wie die, die sie ersetzen soll, ist ihre Verbreitung oft nicht mehr aufzuhalten und sie löst die ältere ab.
Selbstverstärkende und sektorübergreifende Effekte
Selbstverstärkende Mechanismen spielen – wie auch im Klimasystem – eine wichtige Rolle dabei, technologische und wirtschaftliche Entwicklungsprozesse an einen Kipppunkt zu bringen. Wird die Herstellung von Solarplatten in einem Unternehmen beispielsweise mit Strom aus eigenen Solaranlagen betrieben, wird sie nicht nur klimafreundlicher – es sinken auch die Produktionskosten. Mehr Solarzellen werden produziert und günstiger verkauft. Das fördert die Nachfrage und immer mehr Strom wird aus Sonnenenergie gewonnen. Außerdem wirken sektorübergreifende Effekte, zum Beispiel zwischen Energie- und Mobilitätssektor: Elektrofahrzeuge können die Energieinfrastruktur als mobile, flexible Stromspeicher ergänzen. So begünstigen sie die Nutzung von Wind- und Sonnenenergie, die abhängig von Tageszeit und Wetter verfügbar sind. Je mehr E-Fahrzeuge als temporäre Speicher dienen, desto leichter kann mehr Energie aus klimafreundlichen Quellen zum Einsatz kommen und desto klimafreundlicher wird auch Mobilität.
Regierungen sind gefordert, aktiv nach klima- und umweltfreundlichen Innovationen Ausschau zu halten und deren Entwicklung, Markteintritt und Verbreitung gezielt zu fördern. Vielversprechend sind dabei etwa modulare Systeme wie Solarzellen, deren Einsatz inzwischen fast beliebig skaliert werden kann. Ob am Einfamilienhaus, im Block- oder zentralen Kraftwerk: Die Komponenten für die Stromerzeugung sind im Grunde die gleichen.
Wenn das Neue normal wird
Neben technologischen und wirtschaftlichen werden auch soziale Kipppunkte erforscht. Der Begriff beschreibt Momente, in denen Änderungen in Normen, Einstellungen oder Verhalten in Gruppen oder ganzen Gesellschaften so weit reichen und so tief greifen, dass gängige Praktiken sich nachhaltig wandeln können. In der Regel braucht es dafür einen kritischen Anteil von Menschen, die eine neue Technologie, Lebensweise oder auch Perspektive annehmen. Nutzen etwa 20 Prozent einer Gesellschaft eine Technologie, ist oft eine Schwelle überschritten und die Mehrheit nimmt die Neuheit ebenfalls an. Ob das geschieht, ist unter anderen abhängig von der Kommunikation mit und der Wahrnehmung von sogenannten Early Adopters – der risikofreudigeren Minderheit, die innovative Ideen als erste ausprobiert. Wird ihr Verhalten in der Gesellschaft als positiv und nachahmenswert wahrgenommen, hat das Neue eine gute Chance, vom Außergewöhnlichen zum neuen Normalen zu werden.
Weiterführende Links
Positive soziale Kipppunkte, etwa hin zu überwiegend pflanzenbasierter Ernährung, könnten helfen, dem fortschreitenden Klimawandel etwas entgegenzusetzen. Entscheidend dafür wird sein, besser zu verstehen, wie sich soziale Normen verändern und wie sie als Hebel wirken können, um klimafreundliches Verhalten in der Breite der Gesellschaft zu verankern.
Beratung und Prüfung:
Prof. Dr. Gerrit Lohmann, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
