Klimaforschung: Heiß, heißer, am heißesten

Wissenschaftlerteam warnt, dass das Klima aus dem Ruder laufen könnte. Verschiedene positive Rückkopplungen könnten sich gegenseitig verstärken

Könnte alles noch deutlich schlimmer als befürchtet kommen? Diese Frage treibt einen Teil der Klimaforscher seit mindestens 30 Jahren um, und obwohl seitdem die Rechenleistung der Computer vervielfältigt wurde und damit Komplexität und Detailgenauigkeit der Klimamodelle erheblich zunehmen konnten, wurden die Zweifel nie ausgeräumt.

Nun hat ein internationales Team zehn Rückkopplungsmechanismen etwas genauer unter die Lupe genommen, die den Treibhauseffekt verstärken könnten, auch wenn die menschliche Gesellschaft ihre schädlichen Emissionen begrenzt.

Ihre Ergebnisse haben die 16 Wissenschaftler diverser europäische, nordamerikanischer und australischer Universitäten und Forschungseinrichtungen – darunter auch das Potsdam Institut für Klimafolgenforschung – dieser Tage in den Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) der USA veröffentlicht.

Das Auftauen der Kohlenstoffspeicher

Vor allem verschiedene Kohlenstoffspeicher halten die Autoren für bedenklich. Das sind zum Beispiel die großen Mengen gefrorenen organischen Materials in den Böden im hohen Norden. Tauen diese auf, so zersetzen sich die Überbleibsel eiszeitlicher Pflanzen und Tiere zu Methan und Kohlendioxid, das heißt, zu zwei wichtigen Treibhausgasen.

Andere Kohlenstoffspeicher, die nach Ansicht der Autoren im Auge behalten werden sollten, sind die großen Vorkommen von im Eis gebundenen Methan im Meeresboden der hohen Breiten und die großen Wälder wie der tropische Regenwald am Amazonas.

Auch Eis und Schnee spielen für Rückkopplungsmechanismen eine wichtige Rolle. Schwindet zum Beispiel die Schneedecke im hohen Norden, dann nehmen die dortigen Regionen mehr Wärme der Sonne auf, weil deren Strahlung nicht mehr reflektiert wird. Die Folge: Der Schnee geht noch weiter zurück.

Ähnliches gilt für das Eis auf dem Arktischen Ozean. Je geringer dessen Ausdehnung im Sommer ist, desto mehr erwärmt sich dort das Wasser und desto weniger Eis bildet sich im folgenden Winter neu.

Rückkopplungen und Kipppunkte

Grundsätzlichen sind in den Naturwissenschaften zwei Arten von Rückkopplungen bekannt. Die einen stabilisieren das System, in dem der angestoßene Prozess auf seine Ursache dämpfend wirkt. Zum Beispiel wenn größere Wärme über einigen Ozeanregionen zu mehr Verdunstung und bei günstigen Windverhältnissen zur verstärkten Wolkenbildung führt und so Sonneneinstrahlung und damit Erwärmung vermindert.

Bei der anderen Art von Rückkopplung kommen wie oben beschrieben selbstverstärkende Mechanismen zum Tragen. Das Tückische dabei ist, dass diese Beziehungen meist nichtlinear reagieren. Bei kleinen Anstößen verhält sich das System noch halbwegs stabil und die Veränderungen bleiben reversibel. Bei größeren Störungen wird jedoch irgendwann ein sogenannter Kipppunkt erreicht, ab dem die weitere Entwicklung von der selbstverstärkenden Rückkopplung dominiert wird.

Wo diese Kipppunkte im einzelnen liegen, ist für die Mehrzahl der für das künftige Klima wichtigen Teil-Systeme bisher unklar. Von einigen, wie dem Westantarktischen Eisschild, wird allerdings angenommen, dass dort der Kipppunkt bereits überschritten ist und dessen - sich über viele Jahrhunderte hinziehende - Auflösung kaum noch verhindern lässt.

Die Autoren treibt nun vor allem die Sorge um, diese Rückkopplungen könnten einander verstärken. Die Folge wäre dann selbst bei den bisher für das Pariser-Zwei-Grad-Ziel angestrebten Minderungszielen eine "heiße Erde". Die globale Durchschnittstemperatur würde um vier bis fünf Grad über das vorindustrielle Niveau steigen, der Meeresspiegel – innerhalb vieler Jahrhunderte – um zehn bis 60 Meter ansteigen.

"Diese Kippelemente könnten sich wie eine Reihe von Dominosteinen verhalten. Wird einer von ihnen gekippt, schiebt dieses Element die Erde auf einen weiteren Kipppunkt zu. Es könnte sehr schwierig oder sogar unmöglich sein, die ganze Reihe von Dominosteinen davon abzuhalten, umzukippen. Manche Orte auf der Erde könnten unbewohnbar werden, wenn die „Heißzeit“ Realität würde."
Johan Rockström, Direktor des Stockholm Resilience Centre und designierter Ko-Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung.