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Globale Erwärmung

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Globale Jahresmitteltemperaturen der letzten 125 Jahre auf der Erdoberfläche relativ zum Mittelwert im Zeitraum 1951–1980, basierend auf Messungen der Boden-Lufttemperatur durch Wetterstationen sowie Messungen der Meeresoberflächentemperatur durch Schiffe und Satelliten. Quelle: NASA GISS Surface Temperature Analysis 2005
Die Entwicklung der globalen Durchschnittstemperatur während der letzten 1.000 Jahre, nach verschiedenen Quellen rekonstruiert und seit dem 19. Jahrhundert direkt gemessen.

Als globale Erwärmung bezeichnet man den während der vergangenen Jahrzehnte beobachteten allmählichen Anstieg der Durchschnittstemperatur der erdnahen Atmosphäre.[1] Ihre Ursachen liegen hauptsächlich im Verbrennen fossiler Brennstoffe und in den daraus resultierenden Emissionen von Kohlenstoffdioxid (CO2) sowie in der Freisetzung weiterer Treibhausgase.

Die Bezeichnung globale Erwärmung wurde im Verlauf der 1980er und 1990er Jahre geprägt und wird oft gleichbedeutend mit dem allgemeineren Begriff Klimawandel verwendet. Während Klimawandel die Veränderung des Klimas auf der Erde über einen längeren Zeitraum beschreibt (s.a. Klimageschichte) und somit auch natürliche Prozesse beinhaltet, bezieht sich globale Erwärmung besonders auf durch Menschen verursachte (anthropogene) Veränderungen des globalen Klimas. Diese Veränderungen bestehen nicht nur im Anstieg der Durchschnittstemperatur auf der Erde, sondern sie sind darüber hinaus mit einer Vielzahl weiterer globaler, regionaler und lokaler Folgen verbunden.

Der wissenschaftliche Sachstand über die globale Erwärmung wird regelmäßig im Abstand von mehreren Jahren durch das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) zusammengefasst.[2] Die Berichte des IPCC, deren vierter beginnend im Februar 2007 schrittweise veröffentlicht wird, bilden den Kenntnisstand über den menschlichen Einfluss auf das Klimasystem der Erde ab und gelten als Basis der politischen und wissenschaftlichen Diskussion. Sie sind eine wesentliche Grundlage dieses Artikels, und die Analysen und Schlussfolgerungen des IPCC stehen auch im Mittelpunkt der Kontroverse um die globale Erwärmung.

Ursachen

Trend der wichtigsten Treibhausgase seit den 1970er Jahren bis 2006.

Grundlagen des Treibhauseffekts

Der Treibhauseffekt lässt sich auf Treibhausgase wie Wasserdampf (H2O), Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O, auch bekannt als Lachgas) und fluorierte Verbindungen (FCKW und FKW) zurückführen. Diese lassen die von der Sonne kommende kurzwellige Strahlung weitgehend ungehindert auf die Erde durch, absorbieren aber die längerwellige Wärmeabstrahlung von der Erde in den Weltraum in bestimmten Wellenlängenbereichen. Die so aufgenommene Strahlungsenergie wird in der Folge wieder ungerichtet abgestrahlt. Der Teil hiervon, der wieder zurück zur Erdoberfläche geht wird, da er der Wärmeabstrahlung der Erde entgegengesetzt gerichtet ist, auch als atmosphärische Gegenstrahlung bezeichnet. Die atmosphärische Gegenstrahlung kompensiert somit einen Teil der terrestrischen Strahlungsverluste und erwärmt auf diese Weise die Erde zusätzlich zur Sonneneinstrahlung. Die wärmere Erdoberfläche sendet daraufhin entsprechend mehr Wärmestrahlung aus, als sie ohne die Gegenstrahlung könnte. Dieser Prozess der Erwärmung und Strahlungszunahme setzt sich so lange fort, bis der nicht absorbierte Anteil der Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche und die nach außen gerichtete Strahlung der Atmosphäre zusammen genommen genau so groß sind, wie die Sonneneinstrahlung auf die Erde. Dann herrscht, auf erhöhtem Temperaturniveau, ein Gleichgewicht zwischen der Erdoberfläche und den untersten Luftschichten.

Treibhausgase gibt es in der Atmosphäre von Natur aus, vor allem die genannten Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan und Lachgas. Die von ihnen verursachte Temperaturerhöhung wird als natürlicher Treibhauseffekt bezeichnet. Ohne diesen läge die längerfristig und global gemittelte bodennahe Lufttemperatur der Erde bei etwa −18 °C und damit um ungefähr 33 °C unter dem heute tatsächlich vorhandenen Mittelwert von etwa +15 °C. Die Erde wäre damit für die meisten höheren Lebewesen unbewohnbar. Die Hauptbestandteile der Erdatmosphäre sind Stickstoff, Sauerstoff und Argon mit zusammen über 99,9 % Masseanteil. Sie entfalten dabei so gut wie keine Treibhauswirkung. Lediglich die geringen Konzentrationen der genannten Treibhausgase ermöglichen gemeinsam mit dem Wasserdampf menschliches Leben auf der Erde.

Anthropogener Treibhauseffekt

Entwicklung der CO2-Konzentration während der letzten 420.000 Jahre. Neuere Forschungen erweiterten den erforschten Zeitraum auf über 650.000 Jahre, veränderten das grundlegende Bild jedoch nicht.

Seit der Industriellen Revolution verstärkt der Mensch den natürlichen Treibhauseffekt durch den Ausstoß von Treibhausgasen. Die vorindustrielle Konzentration von CO2 betrug 280 ppm (parts per million, Teile pro Million). Dieser Wert ist, vor allem durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe sowie durch großflächige Entwaldung, auf heute über 380 ppm gestiegen. Nach Messungen aus Eisbohrkernen ist dies die höchste Konzentration seit mindestens 650.000 Jahren[3], wahrscheinlich sogar schon seit 20 Millionen Jahren.[4] Der Anteil von Methan beträgt statt 730 heute 1.847 ppb (parts per billion, Teile pro Milliarde). Als Hauptursache hierfür ist die Massentierhaltung anzuführen, gefolgt von weiteren landwirtschaftlichen Aktivitäten wie dem Anbau von Reis.[5] Der Anteil von Distickstoffoxid stieg von 270 auf mittlerweile 319 ppb.[6]

In der Klimatologie ist es Konsens, dass diese gestiegene Konzentration der vom Menschen in die Erdatmosphäre freigesetzten Treibhausgase die wichtigste Ursache der globalen Erwärmung ist.[7] [8] Ohne sie sind die gemessenen Temperaturen nicht zu erklären.[9] [10] Als Hauptbeweis für die derzeitige globale Erwärmung gelten die seit etwa 1860 vorliegenden weltweiten Temperaturmessungen sowie die Auswertungen verschiedener Klimaarchive. Diese zeigen eine Zunahme der global gemittelten bodennahen Lufttemperatur um 0,74 °C (± 0,18 °C Fehlertoleranz) zwischen 1906 und 2005. Am ausgeprägtesten ist die Erwärmung von 1976 bis heute. 2005 war das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen.[11] Die zweitstärkste Erwärmungsphase war zwischen 1910 und 1945 zu beobachten. Die Zwischenphase, in der keine nennenswerte Erwärmung zu verzeichnen war, war geprägt von abkühlenden Effekten durch Schmutz- und Staubteilchen in der Luft (den so genannten Aerosolen), die den Erwärmungstrend zwischenzeitlich aufhoben.

Die 10 wärmsten Jahre 1880 - 2006
Jahr Abweichung
zum Mittel-
wert 1951-1980
1. 2005 0,63°C
2. 1998 0,57°C
3. 2002 0,56°C
4. 2003 0,55°C
5. 2006 0,54°C
6. 2004 0,49°C
7. 2001 0,48°C
8. 1997 0,40°C
9. 1995 0,38°C
9. 1990 0,38°C
Quelle: NASA GISS

In den zurückliegenden 30 Jahren nahm die globale Durchschnittstemperatur um ca. 0,17 °C pro Dekade zu. Dies wird durch Satellitenmessungen bestätigt, die ähnliche Erwärmungstrends zeigen. Die Satellitendaten wurden von verschiedenen Forschungsgruppen ausgewertet, die zu leicht unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Nach RSS (Remote Sensing Systems) beträgt der Trend 0,192 °C[12] und nach UAH (University of Alabama in Huntsville) 0,133 °C pro Dekade[13] für die letzten 30 Jahre. Neben der Luft haben sich auch die Ozeane erwärmt. Während sich diese insgesamt seit 1955 aufgrund ihres enormen Volumens und ihrer großen Temperaturträgheit nur um 0,04 °C aufgeheizt haben, erhöhte sich ihre Oberflächentemperatur im selben Zeitraum um 0,6 °C.[14]

Verglichen mit den Schwankungen der Jahreszeiten sowie beim Wechsel von Tag und Nacht erscheinen die genannten Zahlen gering, als globale Änderung des Klimas bedeuten sie jedoch sehr viel – besonders wenn man die um nur 5 bis 6 °C niedriger liegende Durchschnittstemperatur auf der Erde während der letzten Eiszeit bedenkt. Wissenschaftler des US-amerikanischen National Research Council gehen von den gegenwärtig höchsten erlebten Temperaturen seit mindestens 400 Jahren aus, wahrscheinlich sogar seit wenigstens 1000 Jahren.[15]

Im Zuge des anthropogenen Treibhauseffekts wird für die verschiedenen Luftschichten der Erdatmosphäre eine unterschiedliche Erwärmung erwartet. Während sich die Erdoberfläche und die niedrige bis mittlere Troposphäre erwärmen sollten, lassen Modelle für die höher gelegene Stratosphäre eine Abkühlung vermuten.[16] Tatsächlich wurde genau dieses Muster in Messungen gefunden. Die Satellitendaten zeigen eine Abnahme der Temperatur der unteren Stratosphäre von 0,324 °C pro Jahrzehnt während der letzten 30 Jahre.[17] Diese Abkühlung ist zum einen durch den verstärkten Treibhauseffekt und zum anderen durch Ozonschwund durch FCKWs in der Stratosphäre verursacht.[18] [19] Wären andere Faktoren als Treibhausgase für die Erwärmung hauptsächlich verantwortlich, wären andere Beobachtungen zu erwarten gewesen. Wäre beispielsweise die Sonne maßgebliche Ursache, hätten sich alle Schichten gleichermaßen erwärmen müssen.[16]

Solarstrahlung

Graph über die Sonnenaktivität seit 1975.

Neben Treibhausgasen tragen noch andere, weniger bedeutende Faktoren zur globalen Erwärmung bei. Besonders der Beitrag der Sonne ist hier zu erwähnen, auch wenn er unterschiedlich stark gewichtet wird. Eine Studie von Stott et al. schätzt den solaren Anteil an der beobachteten globalen Erwärmung zwischen 1950 und 1999 auf einen Bereich zwischen 16 % und maximal 36 %.[20] Die Sonne, so Sami Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, befinde sich seit 70 Jahren in einem Aktivitätsmaximum, beobachtbar an der Zahl der Sonnenflecken, und strahle so stark wie seit 8.000 Jahren nicht mehr.[21] Solanki selber sagt, dass trotz dieser ungewöhnlichen Aktivität eine solare Ursache der globalen Erwärmung während der vergangenen Dekaden unwahrscheinlich sei,[22] die Sonne nicht der dominante Faktor gewesen sein und ihr Anteil an der Erwärmung seit 1970 bei maximal 30 % gelegen haben könne.[23] Solankis Analyse der Sonnenaktivität ist zudem Kritik ausgesetzt, die vor allem seine Methode zur Rekonstruktion vergangener Jahrtausende umfasst.[24] Andere Rekonstruktionen ergaben kaum einen Zusammenhang zwischen Sonnenflecken und Erdtemperaturen seit dem 17. Jahrhundert. Zudem seien insbesondere die seit 1978 direkt aus dem Orbit gemessenen Veränderungen der Sonnenaktivität zu gering, um die Ursache für die sich beschleunigende Erwärmung der letzten 30 Jahre gewesen zu sein.[25] (Vgl. die Abbildung rechts)

Auch andere Forscher schätzen den Anteil der Sonne an der beobachtbaren Erwärmung übereinstimmend als gering ein. Bis 1970 zeige sich zwar noch eine relativ gute Korrelation des Helligkeitsanstiegs der Sonne mit der gemessen globalen Erwärmung, aber spätestens seitdem seien Treibhausgase eindeutig die hauptsächlichen Antreiber der Temperaturentwicklung gewesen.[26]

Aerosole

Die Antreiber der globalen Erwärmung seit 1750 und ihr Nettoeffekt auf den Wärmehaushalt der Erde.
Die physikalischen Antreiber und ihr Anteil an der globalen Erwärmung im Klimamodell.

Im Klimasystem ebenfalls eine nicht zu vernachlässigende Rolle spielen feine Partikel in der Atmosphäre, die so genannten Aerosole. Diese reflektieren teilweise einkommende Strahlung und tragen so zur Abkühlung der unteren Luftschichten bei. Welche Effekte sie genau auf das Klima haben, kann gegenwärtig nur mit recht großen Unsicherheiten beschrieben werden. Beispielsweise ist die Wirkung eines Aerosols abhängig von seiner Flughöhe in der Atmosphäre, und es gibt auch Beispiele für wärmende Partikel. In der untersten Atmosphärenschicht, der Troposphäre, sorgen Rußpartikel für einen Temperaturanstieg, da sie das Sonnenlicht absorbieren und anschließend Wärmestrahlung abgeben. Helle Flächen wie Schnee werden von Rußpartikeln verdunkelt, was zu einer Absenkung der Albedo genannten Reflexivität ihrer Oberfläche und damit zu einer Erwärmung führt. Neben Ruß kommen vor allem Mineralpartikel als Aerosole in der Atmosphäre vor. Sie werden hauptsächlich durch Landwirtschaft und Industrieanlagen freigesetzt. Da sie helle und reflektierende Oberflächen haben, sind Mineralpartikel noch schwerer einzuschätzen als die dunklen Rußteilchen.

Einen großen Unsicherheitsfaktor bei der Bemessung der Klimawirkung von Aerosolen macht auch ihr Wirken auf die ebenfalls nicht vollständig verstandenen Wolken aus. Trotz aller Unsicherheiten wird der Nettoeffekt aller Schwebeteilchen als deutlich abkühlend eingeschätzt. Die nach dem Zweiten Weltkrieg schnell wachsende Wirtschaft und die in der Folge entstehende starke Luftverschmutzung hatte dafür gesorgt, dass bis in die 1970er Jahre hinein ein sehr starker aerosolbedingter Kühleffekt die eigentlich zu erwartende Erwärmung „maskiert“ hat. Als die Industrieländer, angetrieben durch die negativen Folgen dieser Verschmutzung etwa in Form des sauren Regens begannen, Filteranlagen zu installieren, fiel der Anteil der Aerosole in der Atmosphäre wieder deutlich ab. Da gleichzeitig der CO2-Ausstoß enorm anstieg, konnte seitdem eine besonders starke Erwärmung festgestellt werden.

Siehe auch: Globale Verdunkelung

Zukünftige Erwärmung

Einige Projektionen der Temperaturentwicklung bis 2100.

Bei einer Verdoppelung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre geht die Klimaforschung davon aus, dass die Erhöhung der Erdmitteltemperatur mit 95 %iger Wahrscheinlichkeit innerhalb von 1,5 - 4,5 °C liegen wird.[27] Dieser Wert ist auch als Klimasensitivität bekannt. Das IPCC rechnet abhängig von den Zuwachsraten aller Treibhausgase und dem angewandten Modell bis 2100 mit einer Zunahme der globalen Durchschnittstemperatur um 1,1 bis 6,4 °C.[28]

Der dabei maßgebliche, allerdings auch der mit der größten Unsicherheit behaftete Parameter ist die Prognose über die zukünftige Entwicklung der Weltwirtschaft. Da das Wirtschaftswachstum der Welt in der Vergangenheit stark mit dem Verbrauch an fossilen Energieträgern korrelierte[29] und dies auch in der näheren Zukunft erwartet werden kann, erklärt sich hieraus die relativ große Bandbreite der von den Klimatologen prognostizierten globalen Erwärmung.

Karte der berechneten globalen Erwärmung zum Ende des 21. Jahrhunderts. In diesem verwendeten HadCM3-Klimamodell beträgt die durchschnittliche Erwärmung 3 °C.

Des Weiteren kann das Klimasystem noch einige „Überraschungen“ in Form von Rückkopplungen beinhalten. Diese können die globale Erwärmung entweder verstärken oder abschwächen. Zum Beispiel führt die schmelzende Eisdecke in der Arktis zu einer Verringung der Albedo. Das an der Stelle des bisherigen Eises dann vorzufindende dunklere Meerwasser nimmt deutlich mehr Wärmeenergie auf und führt zu weiterem Abschmelzen des umliegenden Polareises. Solche Rückkopplungen sind sehr schwierig zu modellieren. Dennoch schätzt aus diesem und anderen Gründen ein Beitrag von Barrie Pittock in Eos, der Publikation der American Geophysical Union, dass die zukünftige Erwärmung unter Umständen noch über die vom IPCC genannten Bandbreiten hinausgehen könnte. Unter den acht Gründen für seine Vermutung befinden sich unter anderem der Rückgang der globalen Verdunkelung, das vorher ungeahnt schnelle Zurückweichen des arktischen Meereises und das Auftreten von mit Biomasse zusammenhängenden Rückkopplungs-Effekten.[30]

Eine Berechnung unter Annahme von solchermaßen ungünstig eintretenden Rückkopplungen wurde von Wissenschaftler/-innen der University of California, Berkeley erstellt. Diese nahmen an, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre sich von den derzeitigen etwa 380 ppm bis 2100 auf etwa 550 ppm erhöhen wird. Dies sei allein der von der Menschheit bewirkte anthropogene Zuwachs. Die Forscher machen dann darauf aufmerksam, dass die erhöhte Temperatur selbst wieder ökologische und chemische Prozesse anstößt oder verstärkt, die zu zusätzlicher Freisetzung von Treibhausgasen, insbesondere Kohlendioxid und Methan, führen. Sie nennen die bei ansteigender Temperatur erhöhte Freisetzung von Kohlendioxid aus den Weltmeeren und die beschleunigte Verrottung von Biomasse, was zu zusätzlichen Mengen an Methan und Kohlendioxid führt. Am Ende kommen sie zu dem Ergebnis, dass die globale Erwärmung noch um 2 °C stärker ausfallen kann, als dies mit den Klimasimulationen ohne Berücksichtigung dieser Rückkopplung der Fall wäre.[31]

Auswirkungen

Datei:AuswirkungTreibhauseffekt.png
Wechselwirkungen der globalen Erwärmung.
Der gemessene Anstieg des Meeresspiegels zwischen 1900 und 2000 beträgt 18,5 cm und erhöht sich weiter.

Wegen der Auswirkungen auf menschliche Sicherheit, Gesundheit, Wirtschaft und Umwelt ist die globale Erwärmung mit großen Risiken behaftet. Einige mit ihr zusammenhängende Umweltveränderungen sind schon heute wahrzunehmen. Diese Veränderungen wie die verringerte Schneebedeckung, der steigende Meeresspiegel, die Gletscherschmelze und zu beobachtende Wetterveränderungen gelten neben den Temperaturmessungen als Belege für den Klimawandel. Sie sind Beispiele für jene Konsequenzen der globalen Erwärmung, die nicht nur Aktivitäten des Menschen beeinflussen, sondern auch die Ökosysteme. Die Folgen des Klimawandels könnten dabei so vielfältig und umfassend sein, dass im Folgenden nur ein kleiner Ausschnitt von ihnen aufgezeigt werden kann.

  • Gesundheitsrisiken bestehen zum einen durch die steigenden Lufttemperaturen. Hitzewellen werden öfter auftreten, während extreme Kälteereignisse wahrscheinlich seltener werden. Eine vom WWF in Auftrag gegebene und vom Kieler Institut für Weltwirtschaft erstellte Studie zeigt, dass sich bis 2100 die Zahl der Hitzetoten in Deutschland um zusätzliche 5.000 ohne Berücksichtigung der demographischen Entwicklung beziehungsweise um 12.000 mit Einbeziehung der veränderten Altersstrukturen erhöhen kann. Gleichzeitig käme es zu einem Rückgang an Kältetoten um 3.000 beziehungsweise 5.000 Opfer.[32] Außerdem kann es zu einer weiteren Verbreitung von Wärme liebenden Schädlingen (z.B. Zecken, Borkenkäfer) und Krankheitserregern (zum Beispiel Malaria) in Regionen kommen, die heute für diese zu kühl sind.[33]
  • Im Zuge der globalen Erwärmung kommt es zu einem Anstieg des Meeresspiegels. Dieser erhöhte sich in den letzten Dekaden um je 1-2 cm und aktuell um 3 cm pro Jahrzehnt[34], was besonders küstennahe Gebiete und Inseln bedroht. Nach verschiedenen Szenarien des IPCC sind bis 2100 Erhöhungen des Meeresspiegels zwischen 0,19 m und 0,58 m möglich. Der Wert könnte noch deutlich höher ausfallen, da ausdrücklich keine seriöse Abschätzung für die zu erwartende Schmelzrate des Grönlandeises abgegeben wurde. Grund für den bisherigen Anstieg sind die thermische Ausdehnung des Wassers sowie die Aufnahme von Schmelzwasser aus Gletschern.
  • Die Ozeane werden nicht nur wärmer, sondern sie nehmen auch Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und versauern dadurch. Die Auswirkungen auf die Meere und die stark betroffenen Korallen können erheblich sein, da sie ihre schützende Kalkschicht nicht mehr bilden können. Da besonders zahlreiche Kleinstlebewesen am Anfang der ozeanischen Nahrungskette auf schützende Kalkschichten angewiesen sind, sind die Auswirkungen auf das Ökosystem Ozean möglicherweise beträchtlich.[14]
  • Unter anderem steigende Meerestemperaturen haben zu veränderten Niederschlagsmustern geführt. Durch den wärmeren Indischen Ozean beispielsweise kommt es im Osten Afrikas zu häufigeren und extremeren Dürren.[35]
  • Durch die Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur steigt die Verdunstungsrate, was gleichzeitig zu Dürren und vermehrt auftretenden Starkniederschlägen führt. Damit verbunden ist verstärkte Erosion. Der erhöhte Energiegehalt in der Atmosphäre wird voraussichtlich eine Zunahme extremer Wetterbedingungen verursachen (häufigere Unwetter mit hohen Folgekosten).
  • Die wirtschaftlichen Folgen sind nach gegenwärtigen Schätzungen beträchtlich. Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung schätzt, dass ein ungebremster Klimawandel bis zum Jahr 2050 bis zu 200 Billionen US-Dollar volkswirtschaftliche Kosten verursachen könnte (wobei diese Schätzung mit großen Unsicherheiten behaftet ist).[36] Der am 30. Oktober 2006 veröffentlichte Stern-Report nennt an zu erwartenden Schäden durch den Klimawandel bis zum Jahr 2100 Werte zwischen 5-20 % an der globalen Wirtschaftsleistung. Effektive Präventionsmaßnahmen (insbesondere die Reduktion von CO2) kosten dem gegenüber knapp 1 % am Welt-BIP und sind deutlich wirtschaftlicher als das Beheben von Unwetterschäden.
  • Seit einigen Jahrzehnten ist ein Anstieg der Zerstörungskraft von Hurrikanen messbar geworden[37] [38], der sich direkt mit steigenden Meerestemperaturen in Einklang bringen lässt.[39] Der genaue Zusammenhang ist noch Gegenstand kontroverser Diskussionen. Die Daten deuten jedoch darauf hin, dass sich mit ansteigender Oberflächentemperatur der Meere nicht die Zahl, wohl aber das Ausmaß schwerer Tropenstürme vergrößert. Gesicherter ist die Beobachtung, dass es auf einer erwärmten Erde zu einem häufigeren Auftreten schwerer Stürme und Überschwemmungen kommt.[40]
Datei:Risks and Impacts of Global Warming German2.png
Konzeption von Risiken und Folgen der globalen Erwärmung nach Angaben des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) und wie diese Risiken sich mit ansteigenden Temperaturen jeweils vergrößern. Die Leiste links beinhaltet Projektionen und abgeschätzte Unsicherheiten, die mit den möglichen Szenarien einhergehen.

Die Risiken für Ökosysteme auf einer erwärmten Erde wachsen erheblich mit dem Grad des Temperaturanstiegs. Nach einer Studie von William Hare vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung sind die Risiken unterhalb einer Erwärmung von 1 °C vergleichsweise gering, für anfällige Ökosysteme jedoch bereits nicht zu vernachlässigen. Zwischen 1 °C und 2 °C Erwärmung liegen signifikante und auf regionaler Ebene mitunter substanzielle Risiken vor. Eine Erwärmung oberhalb von 2 °C birgt enorme Risiken für das Aussterben zahlreicher Tier- und Pflanzenarten, deren Lebensräume nicht länger ihren Anforderungen entsprechen. Diese Arten werden verdrängt oder können aussterben, wenn sie den sich geografisch schnell verschiebenden Vegetationszonen nicht folgen können.[41] Andere Arten können sich unter den veränderten Bedingungen stärker ausbreiten. Bei über 3 °C droht sogar der völlige Kollaps von Ökosystemen, deutlich verstärkt auftretende Hunger- und Wasserkrisen sowie weitere sozioökonomische Schäden, besonders in Entwicklungsländern.[42]

Schließlich erfolgt die globale Erwärmung nicht zwingend graduell, sondern sie kann auch abrupt stattfinden. Auch wenn das folgende Szenario als zumindest mittelfristig sehr unwahrscheinlich bewertet wird, kann der Klimawandel zu veränderten Meeresströmungen und hierbei besonders zu einem Versiegen des Golfstroms führen. Dies hätte einen massiven Kälteeinbruch in ganz Westeuropa und Nordeuropa zur Folge. Falls sich das Klima weiter erwärmt, könnte es mit der Zeit auch zu Veränderungen anderer ozeanischer Strömungen kommen, mit weitreichenden Konsequenzen für den globalen Energiehaushalt. Diese Worst Case-Annahme war Thema einer Studie des Pentagons von 2003, die von massiven politischen Umwälzungen in Folge einer solchen Entwicklung ausging.[43]

Klimaschutz

Politische Maßnahmen

Das Ausmaß der möglichen Konsequenzen der globalen Erwärmung führt zur Frage, wie diese verhindert oder ihre Folgen zumindest gemildert werden können. Die Grenze von tolerablem zu „gefährlichem“ Klimawandel wird politisch beispielsweise von der Europäischen Union mit einer Erwärmung um höchstens 2 °C benannt. Auch der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) empfiehlt die Erwärmung bei höchstens 2 °C zu begrenzen.[44] Bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts müsste dafür der CO2-Ausstoß um etwa 80-90 % im Vergleich zu 2005 reduziert werden, damit die CO2-Konzentration nicht über 450 ppm steigt. Bislang zeigt die Entwicklung der weltweiten Emissionen von Treibausgasen allerdings weiterhin einen deutlichen Anstieg und keine Verminderung an.

Datei:Windkraftanlagen Dänemark.jpg
Windenergieanlagen wie hier an der dänischen Küste gelten als ein wesentlicher Teil des Klimaschutzes mittels erneuerbarer Energien.

Auf globaler, regionaler und lokaler Ebene sind zahlreiche Maßnahmen zum Klimaschutz möglich und teilweise bereits beschlossen. Global stellen die Klimarahmenkonvention (UNFCCC) der Vereinten Nationen und das daran angeschlossene Kyoto-Protokoll die einzig völkerrechtlich verbindlichen Regelungen zum Klimaschutz dar. Die Klimarahmenkonvention wurde 1992 in New York City verabschiedet und im gleichen Jahr auf der UN-Konferenz für Umwelt und Entwicklung (UNCED) in Rio de Janeiro von den meisten Staaten unterschrieben. Mit der Rahmenkonvention geht als neu entstandenes Prinzip der Staatengemeinschaft einher, dass auf eine massive Bedrohung der globalen Umwelt auch ohne endgültige Beweise für ihr genaues Ausmaß reagiert werden soll. Auf der Rio-Konferenz wurde auch die Agenda 21 verabschiedet, die seitdem Grundlage für viele lokale Schutzmaßnahmen ist.

Die derzeit 189 Vertragsstaaten der Rahmenkonvention treffen sich jährlich auf der UN-Klimakonferenz. Die bekannteste dieser Konferenzen fand 1997 im japanischen Kyoto statt und brachte als Ergebnis das genannte Kyoto-Protokoll hervor. Hierin wurde die Reduktion der Treibhausgasemissionen aller industrialisierten Staaten auf ein bestimmtes Niveau festgeschrieben. Einigen dieser Staaten wurden noch begrenzte Steigerungen ihres Ausstoßes zugestanden. Das Kyoto-Protokoll ist mittlerweile von fast allen Staaten mit Ausnahme der USA und Australiens ratifiziert worden. Es enthält aus Sicht des Klimaschutzes nur vergleichsweise geringe und unzureichende Reduktionsverpflichtungen, die zudem nicht über das Jahr 2012 hinaus reichen. Derzeit läuft der Post-Kyoto-Prozess, in dem über die Zukunft der Klimaschutzpolitik verhandelt wird.

Technische Maßnahmen

Neben der politischen existieren auf der technischen Ebene eine Vielzahl von Optionen zur Verminderung von Treibhausgasemissionen. So ließe sich theoretisch auch mit heutigen Mitteln ein effektiver Klimaschutz realisieren.[45] Besonders den erneuerbaren Energien kommt hierbei eine Schlüsselrolle zu.[46] Die bestehenden Schwierigkeiten und vor allem die Kosten einer solchen Vermeidungsstrategie hemmen bislang die notwendigen Investitionen. Dem gegenüber wurde ein vollständiger Klimaschutz mit Kosten von weniger als 1 % des Welt-Bruttosozialprodukts geschätzt.[47] [48] Im Kontrast zu den genannten möglichen Schäden eines ungebremsten Klimawandels würde dieser Vermeidungsansatz je nach Quelle unter 30 Billionen Dollar kosten. Die Kosten für rasche globale Maßnahmen gegen die Belastung der Erdatmosphäre beziffert Nicholas Stern, der frühere Chefökonom der Weltbank, mit 275 Milliarden Euro.[49]

Zudem bestehen Möglichkeiten, durch individuelle Verhaltensumstellungen und veränderten Konsum, einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Hierzu können unter anderem verstärkte Energieeinsparung durch sparsameres Verhalten oder den Einsatz effizienterer Geräte, der Umstieg auf umweltfreundlichere Verkehrsmittel, der Kauf von Produkten der eigenen Region, was emissionsintensive weite Transportwege vermeidet, der Verzehr von Produkten aus ökologischer Landwirtschaft, die leicht klimaneutraler als konventionelle Landwirtschaft ist sowie die Investition in erneuerbare Energieträger im privaten Bereich gezählt werden.

Klimaforschung

Mit den Methoden der Klimaforschung ist das Problem der globalen Erwärmung in den vergangen Jahrzehnten immer weiter untersucht worden. Die Hauptarbeit der Klimatologie in diesem Bereich besteht in der Feldbeobachtung und der Auswertung klimatologischer Daten. Hierzu gehören Temperaturmessungen, Niederschlagsdaten, Satellitenbilder, Eisbohrkerne, das Wanderverhalten von Tierarten und vieles mehr. Entgegen der weit verbreiteten Annahme, die globale Erwärmung sei hauptsächlich durch Computermodelle ermittelt worden, sind die so gesammelten Daten der eigentliche Kern des Wissens um den Klimawandel.

Geschichte der Wissenschaft über die globale Erwärmung

Svante Arrhenius, der "Vater" der Theorie der globalen Erwärmung.

Eine Beschreibung der Geschichte der Wissenschaft über die globale Erwärmung findet sich bei Spencer R. Weart, Direktor des Center for History of Physics in den USA.[50] Ihm zufolge hat den Beginn der Erforschung der globalen Erwärmung vermutlich Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) mit seiner Entdeckung des Treibhauseffektes im Jahr 1824 gemacht. Über siebzig Jahre später, im Jahr 1896, veröffentlichte der schwedische Wissenschaftler Svante Arrhenius (1859-1927) als erster darauf aufbauend die Theorie, dass die Anreicherung von Kohlendioxid in der Atmosphäre die Temperatur auf der Erde erhöhen könnte.[51] Für diesen war die Zeitskala, auf der sich solche Veränderungen abspielen konnten, allerdings auf zehntausende von Jahren gestreckt.

In den 1930er Jahren bemerkten einige US-Amerikaner, dass sich die Temperaturen in ihrer Region in den vorangehenden Jahrzehnten erhöht hatten. Bis auf einzelne Stimmen wurde dieses Ereignis allerdings weithin für ein natürliches Phänomen gehalten. Der deutsche Klimatologe Hermann Flohn war in Deutschland der erste Wissenschaftler, welcher aufgrund empirischer Daten auf den Klimawandel hinwies. Flohn habilitierte im Deutschland des Nationalsozialismus und veröffentliche 1941 seinen ersten Artikel zur globalen Erwärmung, "Die Tätigkeit des Menschen als Klimafaktor" in der Zeitschrift für Erdkunde. In den späten 1950er Jahren wurde dann erstmals nachgewiesen, dass sich künstlich freigesetztes Kohlendioxid in der Atmosphäre anreichern kann. Der amerikanische Wissenschaftler Charles David Keeling (1928-2005) bestieg hierzu 1958 den Berg Mauna Loa auf Hawaii (Big Island) und begann dort mit regelmäßigen Messungen des CO2-Gehalts in der Atmosphäre. Dabei fand er ein typisches, schwankendes Muster des Kohlendioxidanteils von etwa 5 ppm CO2 pro Jahr, das auf die im Frühjahr wachsende Vegetation der größeren Landfläche der Nordhalbkugel zurückzuführen ist. Trotz der Schwankungen wurde bald klar, dass der Gesamtanteil des Treibhausgases in der Atmosphäre kontinuierlich anstieg. Beide Phänomene sind gut sichtbar in der sägezahnartig nach oben weisenden, nach ihrem Ersteller ernannten Keeling-Kurve.

Mit dem Aufkommen der Umweltbewegung in den 1970er Jahren wurde das Thema auch einer breiteren Öffentlichkeit bekannt. Kurioserweise kühlte sich die Erde zwischen den 1940er und 1970er Jahren ab, so dass in den verunsicherten Medien stellenweise über das so genannte global cooling berichtet wurde. In der Wissenschaft wurde hingegen bereits damals die Meinung vertreten, dass die stark gestiegene Luftverschmutzung für die Abkühlung verantwortlich sei.

Erste Computerprogramme zur Modellierung des Klimas wurden geschrieben und begannen die Wirkung eines erhöhten CO2-Gehalts in der Atmosphäre zu simulieren. Im Jahr 1988, dem damals wärmsten seit Beginn der Aufzeichnungen, richtete die internationale Staatengemeinschaft dann ein wissenschaftliches Gremium ein, das systematisch die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf das Klima untersuchen sollte: Das IPCC.

Das Intergovernmental Panel on Climate Change

Als internationale Institution wurde 1988 der Zwischenstaatliche Ausschuss über den Klimawandel (Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)) eingerichtet. Er fasst für seine Berichte die weltweiten Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Klimaveränderung zusammen und bildet damit den aktuellen Stand des Wissens in der Klimatologie ab. Die jüngste Zusammenfassung, der Vierte Sachstandsbericht, wird in drei Teilschritten zwischen Februar und Mai 2007 veröffentlicht. In jedem Sachstandsbericht werden mehrere tausend wissenschaftliche Einzelbeiträge gesichtet und zusammenfassend dargestellt. Bislang ist vom jüngsten Report lediglich die stark gekürzte Zusammenfassung für Entscheidungsträger verfügbar.

Die Berichte können als Abbildung einer Konsensposition innerhalb der Klimatologie gelten, da sie alle relevanten Informationen und Ergebnisse aus Fachbeiträgen bündeln. Diesen Konsens verdeutlicht auch ein Essay von Naomi Oreskes, dem zufolge sich in einer Auswahl von 928 Abstracts aus einer wissenschaftlichen Datenbank mit dem Stichwort "global climate change" unter diesen kein einziger finden ließ, der den grundlegenden vom IPCC vertretenen Thesen widersprochen hätte.[7] Der starke Konsens wird auch in einer gemeinsamem Stellungnahme der Nationalen Akademien der Wissenschaften aller G8-Länder sowie Indiens, Brasiliens und Chinas von 2005 deutlich, die ihn ausdrücklich bestätigten.[8]

Die vier Szenariofamilien[52][53] des Fourth Assessment Report des IPCC und die prognostizierte Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur bis 2100
AR4 Summary (PDF)
 Wirtschaftsorientiert
(ökonomisch ausgerichtet) 		Umweltorientiert
(ökologisch ausgerichtet)
Globalisierung
(homogene Welt) 		A1 (A1T/A1B/A1Fl)
1,4 - 6,4 °C 		B1
1,1 - 2,9 °C
Regionalisierung
(heterogene Welt) 		A2
2,0 - 5,4 °C 		B2
1,4 - 3,8°C

Im vierten IPCC-Bericht wird als Bandbreite aller Modelle und aller Szenarien bis 2100 eine Erhöhung der bodennahen Lufttemperatur von 1,1 bis 6,4 °C und eine Erhöhung des Meeresspiegels von 0,19 m bis 0,58 m prognostiziert. Die hauptsächliche Ursache der Erderwärmung sind mit einer angegebenen Wahrscheinlichkeit von über 90 % „sehr wahrscheinlich“ die menschlichen Emissionen von Treibhausgasen. Das IPCC berücksichtigt auch die von den erwarteten Klimaänderungen verursachten Folgen für die Zivilisation und wägt die Kosten der erwarteten Folgen gegen die Kosten der vorgeschlagenen Maßnahmen ab. Die IPCC-Berechnungen der zukünftig wahrscheinlichen Erwärmung basieren auf diversen Klimamodellen. Insgesamt wurden 400 computerberechnete Simulationen durchgeführt. In Abhängigkeit von den diversen Grundannahmen resultieren unterschiedliche Mengen von Treibhausgasen und Aerosolen, die vom Menschen verursacht werden. Die Daten berücksichtigen dabei auch die Vorhersagen von ökonomischen Modellen.

Siehe auch: World Meteorological Organization (WMO)

Klimamodelle

Ergebnisse zweier Klimamodelle bei der Nachberechnung des 20. Jahrhunders.
Ein Klimamodell vom Projekt ClimatePrediction.net

In Ermangelung einer Ersatzerde, mit der reale Experimente möglich wären, werden zur Berechnung des globalen Klimas in der Zukunft sehr aufwändige Computermodelle verwendet. Diese gehören zu den komplexesten existierenden Programmen und benötigen entsprechend leistungsfähige Supercomputer, um in vertretbarer Zeit das Klima zu modellieren. Einen anderen Ansatz verfolgt das Projekt ClimatePrediction.net, das auf das Modell des verteilten Rechnens zurückgreift. Dieses verwendet die nicht genutzte Rechenkapazität auf zehntausenden Heimcomputern, um möglichst viele Läufe eines Klimamodells zu ermöglichen.

Die Modellierung des Klimas befindet sich in einer steten Weiterentwicklung.[54] Die Berechnung des Klimas anhand von Modellen ist wegen der Komplexität des Klimasystems mit Unsicherheiten verbunden. Diese bringen eine nicht zu vernachlässigende Fehlergrenze besonders bei Berechnungen in die Zukunft mit sich, stellen aber nach derzeitigem Kenntnisstand keine prinzipielle Hürde für die Berechnung von Temperaturen, Niederschlagsverhältnissen und weiteren Effekten der globalen Erwärmung dar. Die verfügbaren Klimamodelle wurden entsprechend angepasst, um den Verlauf des Klimas im 20. Jahrhundert recht genau wiederzugeben, so dass auch Ergebnisse für das 21. Jahrhundert trotz ihrer Fehlerspanne als plausibel angesehen werden können.

Von Klimamodellen nachvollzogene Elemente des Klimas der Erde umfassen neben den selbstverständlichen jahreszeitlichen Übergängen oder dem Tag-Nacht-Wechsel mit unterschiedlicher Genauigkeit auch Besonderheiten wie Vulkanausbrüche, Hitzewellen oder El Niños. Neben den Treibhausgasen in der Atmosphäre werden besonders Aerosole, Wolken, Ozon und Wechselwirkungen mit den Ozeanen wie auch die Einwirkung von solaren Veränderungen berücksichtigt. Dabei wird beispielsweise die Temperaturentwicklung genauer abgebildet als die Verteilung und die Menge von Niederschlägen. Eine Einschränkung der Klimamodelle stellt bislang vor allem ihre räumliche Auflösung dar. Diese erlaubt bereits relativ genaue Berechnungen für die kontinentale Ebene. Regionale Modelle weichen jedoch noch stark von dem tatsächlich beobachteten Klima ab. Die weitere Verfeinerung der regionalen Auflösung stößt einstweilen an die Grenzen des jeweiligen Standes der Computerentwicklung.

Siehe auch

Literatur

Aufsätze

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Weblinks

Forschungseinrichtungen

Medien

Quellen

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