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Auf dem Weg in die "Heisszeit"?

Planet Erde könnte kritische Schwelle überschreiten

Die globale Erwärmung auf lange Sicht bei 1,5°C bis 2°C zu stoppen, könnte schwieriger sein als bisher angenommen. Selbst bei Umsetzung der im Pariser Abkommen festgelegten Pläne zur Minderung von Treibhausgasemissionen bleibt ein Risiko, dass der Planet durch verschiedene Rückkopplungsprozesse in einen Zustand gerät, den die Forscher als "Hothouse Earth" bezeichnen.

Dies diskutiert ein internationales Team von Wissenschaftlern in einer neuen Studie im Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Eine solche Heisszeit wäre langfristig durch etwa 4°C bis 5°C höhere Temperaturen charakterisiert sowie durch einen Meeresspiegelanstieg um 10 m bis 60 m, so die Veröffentlichung. Der Übergang zu einer emissionsfreien Weltwirtschaft müsse deshalb deutlich beschleunigt werden, argumentieren die Autoren.

"Industrielle Treibhausgasemissionen sind nicht der einzige Faktor, der die Temperatur auf der Erde beeinflusst. Unsere Arbeit weist darauf hin, dass eine vom Menschen verursachte globale Erwärmung von 2°C andere Prozesse des Erdsystems anstossen könnte (oft als Rückkopplungen bezeichnet). Diese wiederum könnten die Erwärmung weiter vorantreiben - selbst wenn wir aufhörten, Treibhausgase auszustossen", sagt Leitautor Will Steffen von der Australian National University (ANU) und dem Stockholm Resilience Centre (SRC). "Um dieses Szenario zu vermeiden, ist es notwendig, das menschliche Handeln in eine neue Richtung zu lenken, von der Ausbeutung zu einem verantwortungsvollen Umgang mit dem Erdsystem."

Derzeit liegt die globale Durchschnittstemperatur bereits um gut 1°C über dem vorindustriellen Niveau und steigt etwa 0,17°C pro Jahrzehnt an.

Die Autoren der Studie betrachten zehn natürliche Rückkopplungsprozesse, von denen einige mit den sogenannten Kippelementen im Erdsystem verknüpft sind. Durch das Überschreiten kritischer Schwellen könnten diese in fundamental andersartige Zustände versetzt werden. Die Rückkopplungen könnten z.B. Kohlenstoffspeicher in Kohlenstoffquellen verwandeln, die in einer entsprechend wärmeren Welt unkontrolliert Emissionen freisetzen würden. Zu den kritischen Prozessen gehören insbesondere tauender Permafrost, der Verlust von Methanhydraten vom Meeresboden, eine Schwächung von Kohlenstoffsenken an Land und in den Ozeanen, eine zunehmende bakterielle Atmung in den Ozeanen, das teilweise Absterben des Amazonas-Regenwaldes sowie der borealen Wälder, eine Verringerung der Schneedecke auf der Nordhalbkugel, der Verlust von arktischem und antarktischem Meereis sowie das Schrumpfen der grossen Eisschilde.

Die Studie berücksichtigt noch nicht mögliche Rückkopplungen zwischen Emissionen und der planetaren Wolkenbedeckung.

Kippelemente im planetarischen Getriebe: Treibhausgase aus Industrie und Landwirtschaftbringen das Erdsystem aus dem Gleichgewicht

"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", ergänzt Johan Rockström, Direktor des Stockholm Resilience Centre und designierter Ko-Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung.

"Die Treibhausgasemissionen aus Industrie und Landwirtschaft bringen unser Klima und letztlich das ganze Erdsystem aus dem Gleichgewicht, das zeigen wir auf. Im Zentrum stehen hier vor allem die Kippelemente in der globalen Umwelt, die sich - sobald ein bestimmtes Belastungsniveau einmal überschritten ist - grundlegend, schnell und möglicherweise irreversibel verändern könnten. Gewisse Kaskaden solcher Ereignisse könnten das gesamte Erdsystem in eine neue Betriebsweise kippen", sagt Hans Joachim Schellnhuber, amtierender Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung. "Was wir derzeit noch nicht wissen, ist, ob das Klimasystem sicher bei etwa 2°C über dem vorindustriellen Niveau 'geparkt' werden kann, wie es das Pariser Abkommen vorsieht. Oder ob es, einmal so weit angestossen, weiter abrutschen würde in ein dauerhaftes Supertreibhaus-Klima. Die Forschung muss sich daran machen, dieses Risiko schnellstmöglich besser abzuschätzen."

Die Reduktion von Treibhausgasen allein reicht nicht aus

Um die Chancen zur Vermeidung einer "Heisszeit" zu verbessern, brauche es nicht nur eine entschlossene Minderung von Kohlendioxid- und anderen Treibhausgasemissionen. Auch erweiterte biologische Kohlenstoffspeicher, etwa durch ein verbessertes Wald-, Landwirtschafts- und Bodenmanagement, oder die Erhaltung der biologischen Vielfalt sowie Technologien, um der Atmosphäre Kohlendioxid zu entziehen und unterirdisch zu speichern, können eine wichtige Rolle spielen, so die Autoren. Entscheidend sei jedoch, dass diese Massnahmen auch durch grundlegende gesellschaftliche Veränderungen gestützt werden.

"Das Klima und andere Veränderungen zeigen uns, dass wir Menschen das Erdsystem bereits auf globaler Ebene beeinflussen. Das bedeutet auch, dass wir als internationale Gemeinschaft an unserer Beziehung zum System arbeiten können, um die zukünftigen planetarischen Bedingungen zu beeinflussen. Diese Studie identifiziert einige der Hebel, die dafür genutzt werden können", schliesst Katherine Richardson von Center for Macroecology, Evolution and Climate an der Universität Kopenhagen .

Artikel:

Will Steffen, Johan Rockström, Katherine Richardson, Timothy M. Lenton, Carl Folke, Diana Liverman, Colin P.Summerhayes, Anthony D. Barnosky, Sarah E. Cornell, Michel Crucifix, Jonathan F. Donges, Ingo Fetzer, Steven J. Lade, Marten Scheffer, Ricarda Winkelmann, Hans Joachim Schellnhuber (2018). Trajectories of the Earth System on the Anthropocene. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). [DOI: 10.1073/pnas.1810141115]

Weblink zum Artikel:

http://www.pnas.org/content/early/2018/07/31/1810141115

Quelle: Text Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), 6. August 2018
Rückkopplungsprozesse im Klimasystem der Erde

Rückkopplungen zwischen Klima und Eis - ein Kipp-Element im Erdsystem

"Unter bestimmten Bedingungen wird das Schmelzen der Eismassen Grönlands unumkehrbar, wie unsere Studie zeigt", sagt Andrey Ganopolski vom PIK, Leiter des Forschungsteams. "Dies stützt die Annahme, dass die Eismassen dort ein Kipp-Element im Erdsystem sind. Wenn die weltweite Mitteltemperatur die von uns ermittelte Grenze deutlich und lange Zeit überschreitet, wird das Eis immer weiter abschmelzen und nicht wieder zunehmen - sogar wenn das Klima nach vielen tausend Jahren wieder zu einem Zustand wie vor der Industrialisierung zurückkehren würde."

Dies hängt mit Rückkopplungen zwischen Klima und Eisdecke zusammen: Das Eis auf Grönland ist mehr als 3'000 Meter dick, seine Oberfläche befindet sich daher in kühleren Höhenlagen. Sinkt sie durch das Schmelzen hinab in wärmere Luftschichten, so beschleunigt dies den weiteren Eisverlust. Zudem reflektiert das Eis einen grossen Teil der Sonneneinstrahlung zurück ins All. Wenn durch das Schmelzen die von Eis bedeckte Fläche schrumpft, wird mehr Sonnenstrahlung absorbiert, was die regionale Erwärmung verstärkt.

Die Wissenschaftler erzielten ihre Ergebnisse mit einer neuartigen Computer-Simulation der Eisdecke Grönlands und des regionalen Klimas. Die Veränderungen in diesen beiden physikalischen Systemen werden in der Simulation aufwändig durchgerechnet - einschliesslich wichtiger Prozesse wie zum Beispiel der Rückkopplungen im Klimasystem, die zusammenhängen mit Veränderungen des Schneefalls und der Eisschmelze als Folge der Erderwärmung. Das Modell bewies dabei die Fähigkeit, sowohl die heute beobachtbare Eisbedeckung korrekt zu berechnen als auch ihre Entwicklung über die vergangenen Eiszeit-Zyklen hinweg. Deshalb wird der Simulation zugetraut, auch die Zukunft richtig abzuschätzen. All dies macht die neue Abschätzung verlässlicher als die vorherigen.

Artikel:

Robinson, A., Calov, R., Ganopolski, A. (2012): Multistability and critical thresholds of the Greenland ice sheet. Nature Climate Change [doi:10.1038/NCLIMATE1449]

Quelle: Text Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, März 2012
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Antarktische Eissschilde Antarktische Schelfeise
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Boreale Wälder El Niño Southern Oscillation
Grönländischer Eissschild Indischer Monsun
Jetstream (Strahlstrom) Korallenriffe
Permafrost Rückkopplungsprozesse im Klimasystem
Sahelzone Thermohaline Zirkulation
Albedo Rückstrahlvermögen beim Einstrahlen von Sonnenlicht
Rückkopplung Ein Rückkopplungsprozess ist ein Vorgang, bei welchem die Folgen auf den weiteren Verlauf des Geschehens Einfluss nehmen.
Strahlungsantrieb Änderungen im Klimasystem der Erde und deren wärmende und kühlende Einflüsse auf das globale Klima werden in Form des Strahlungsantriebs ausgedrückt. Der Strahlungsantrieb ist ein Mass für den Einfluss, den ein Faktor auf die Änderung des Gleichgewichts von einfallender und abgehender Energie im System Erde-Atmosphäre hat, und ist ein Index für die Bedeutung eines Faktors als potentieller Mechanismus einer Klimaänderung. Ein positiver Antrieb führt tendenziell zur Erwärmung der Erdoberfläche während ein negativer Antrieb tendenziell zu einer Abkühlung führt.

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