Klimawandel - Klimakrise - Klimakollaps

Klimawandel: Fakten und Ursachen Eine naturwissenschaftliche Perspektive
Reinhard Zellner

Das Klima der Erde ist nicht konstant. Es hat sich in der Erdgeschichte vielfach geändert und wird sich weiter ändern. Allerdings sind die Zeiträume, über die sich solche Änderungen vollziehen, extrem unterschiedlich und die Ursachen verschieden. Unter den natürlichen Ursachen dominieren die zyklischen Änderungen der Erdbahnparameter, die sog. Milankovic-Zyklen, die uns alle 40.000-100.000 Jahre eine Eiszeit beschert haben und die uns sicherlich in ca. 10.000 Jahren in eine neue Eiszeit führen werden. Diese Zyklen erzeugen eine Änderung der Sonneneinstrahlung um ±100 W/m2. Mit etwa +2,3 W/m2 ist der heute beobachtete menschengemachte Beitrag zu den Klimaänderungen klein im Vergleich zu dem durch die Erdbahnparameter. Was ihn aber bedrohlich macht, ist die Geschwindigkeit des heutigen Wandels. Seit Ende der letzten Eiszeit, dem Holozän, vor gut 10.000 Jahren hat sich die globale Temperatur der Erde praktisch nicht verändert. Allein erkennbar war ein moderates mittelalterliches Klimaoptimum, gefolgt von einer sog. kleinen Eiszeit im 16. und 17. Jahrhundert. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts aber wächst die globale Temperatur ständig an. Was ist passiert?

Das Wachstum der Weltbevölkerung

Der vielleicht wichtigste Grund ist das Wachstum der Weltbevölkerung. Die Spezies Mensch existiert auf der Erde seit etwa 200.000 Jahren, also erst seit sehr kurzer Zeit im Vergleich zum Alter der Erde von ca. 5 Mrd. Jahren. Vor etwa 10.000 Jahren, dem Ende der letzten Eiszeit, lebten auf der Erde erst ca. 1 Mio. Menschen. Mit den lebens- und siedlungsfreundlicheren Bedingungen der beginnenden Warmzeit nahm die Weltbevölkerung langsam aber - abgesehen von Kriegen, größeren Naturkatastrophen oder Pandemien - stetig zu; um 1800 waren es bereits 1 Mrd. Menschen. Mit den zivilisatorischen Ereignissen der landwirtschaftlichen und wissenschaftlichen bzw. medizinischen Revolution sowie der beginnenden Industrialisierung setzte sich das Wachstum der Weltbevölkerung fort. Um 1960, einer Zeit also, die viele der heute Lebenden noch persönlich kennen, waren es bereits 3 Mrd. Bis heute (2020) hat sich die Bevölkerung auf 7,5 Mrd. erhöht, sich also während der Lebenszeit eines Menschen mehr als verdoppelt. Jährlich wächst die Weltbevölkerung heute um etwa 80 Mio. Menschen, die Gesamteinwohnerzahl Deutschlands. Der positive Trend hält weiter an. 2050 werden wir vermutlich bereits 9 Mrd. sein. D. h. wir erleben seit einigen Jahrzehnten einen starken und ungebrochenen Bevölkerungszuwachs, wobei sich die besonders hohen Wachstumsraten von ehemals Südostasien nunmehr auf Afrika verlagert haben. Der Bevölkerungsdruck löst auch einen enormen Nachfrageprozess aus, in dem immer mehr Menschen den Bedarf an Wasser, Nahrungsmitteln, Landoberfläche, Transport und Energie erhöhen und damit die natürlichen Ressourcen unserer Erde, seine geologischen Energiereserven, seine natürliche Produktivität, aber auch die Aufnahmefähigkeit für unsere zivilisatorischen und industriellen »Abfälle« strapazieren. Bereits in den 1960ern hat der Club of Rome erstmals mit dem Buch über »Die Grenzen des Wachstums« auf dieses Problem aufmerksam gemacht. Allerdings hatten die damaligen Autoren mehr das Ende der Ressourcenverfügbarkeit bei Wasser und den fossilen Energieträgern im Blick als z. B. den Klimawandel. Heute wissen wir, dass aufgrund der gestiegenen Emissionen von CO2 und anderen Klimagasen die Menschheit eher durch den Klimawandel bedroht wird als durch die Endlichkeit unserer fossilen Energieträger. Wir dürfen es uns längst nicht mehr leisten, alle verbliebenen Energiereserven zu explorieren, zu fördern oder jemals zu nutzen.

Die Veränderung der globalen Lufttemperaturen

Die Temperatur der bodennahen Luft hat sich seit Beginn der Industrialisierung, also seitdem Menschen fossilen Kohlenstoff in verstärktem Maß verbrennen, erhöht - in Deutschland z. B. um 1,3 °C. Ähnlich stark wie in Deutschland sieht der Temperaturtrend auch im global gemittelten Maßstab aus, nämlich +1,2 °C seit Ende des 19. Jahrhunderts. Allerdings verläuft die Temperaturzunahme nicht linear mit der Zeit oder mit der CO2-Konzentration in der Atmosphäre, da sich natürliche Phänomene und anthropogene Ursachen überlappen, und sie ist auch nicht gleich über Land- und Ozeanflächen ( Abb. 1).

Abb. 1: Entwicklung der globalen Lufttemperaturen über Land- und Ozeanflächen seit 1860 (Quelle: nach BerkeleyEarth.com 2020).

Natürliche Effekte, wie etwa der Vulkanismus, modifizieren die Temperaturentwicklung und auch deren Zuwachs. So wird der Anstieg in den Jahren 1900-1950 im Wesentlichen auf den Rückgang des globalen Vulkanismus zurückgeführt. Besonders stark ist die Erwärmung seit den 60er-Jahren des vorangehenden Jahrhunderts. Die seither beobachtete Temperaturzunahme übersteigt die Erwartungen bekannter natürlicher Effekte. Dies gilt u. a. für den Beitrag durch die variierende Leuchtkraft der Sonne, die sich periodisch im 11-jährigen Zyklus der Sonnenflecken ändert, deren Auswirkung auf die langfristige Temperaturänderung aber nur gering ist. Seit 1990 häufen sich darüber hinaus Jahre mit immer höherer Jahresmitteltemperatur. Während diese z. B. in Deutschland vor 100 Jahren noch bei 8,5 °C lag, erleben wir seit gut 20 Jahren mittlere Temperaturen von 9,5-10,5 °C. Mit 10,5 °C war das Jahr 2018 das bisher wärmste in Deutschland in dieser Dekade, gefolgt von 2014 und 2019 mit je 10,3 °C.

Der Temperaturanstieg wird von der Klimawissenschaft eindeutig auf die zunehmende CO2-Konzentration in der Atmosphäre zurückgeführt. Damit verbunden sind Folgeeffekte wie das Schmelzen der Kontinentalgletscher, der Rückgang des arktischen Polareises, die Änderung und Verteilung der Niederschlagsintensität oder die Zunahme der Wirbelstürme. Hinzu kommt der Anstieg des Meeresspiegels. Dieser steigt heute mit einer Rate von 3,3 mm pro Jahr und hat sich seit Beginn der 1990er um etwa 8 cm erhöht. Davon ist etwa ? auf die thermische Ausdehnung und ? auf das Schmelzen von Gletschern und Eisschilden zurückzuführen.

Es steht deshalb außer Zweifel, dass sich unser Klima ändert, und zwar menschengemacht. Eine solche Änderung nimmt der Einzelne allerdings vor allem durch die indirekten Folgeeffekte wahr, etwa durch Überschwemmungen, Hitzewellen oder Dürren. Der Temperaturanstieg selbst bleibt praktisch unbemerkt. Je nach persönlicher Befindlichkeit mindert oder verstärkt dies das Problembewusstsein gegenüber dem Klimawandel und manchmal auch das Vertrauen in die Klimaforschung sowie die Glaubwürdigkeit ihrer z. T. unbequemen Voraussagen.

Klimaänderung ist keine regionale Besonderheit, sondern es ändert sich überall. Regional differenzierte Analysen haben jedoch gezeigt, dass sich der Globus keinesfalls einheitlich erwärmt. Ein wesentlicher Unterschied zwischen den Erwärmungsraten besteht zwischen Land- und Ozeanoberflächen. Die Kontinente erwärmen sich schneller als die Ozeane. Dies wird im Wesentlichen verursacht durch die hohe Wärmekapazität und die Dynamik der Ozeane, die dafür sorgen, dass die Erwärmung der Luft gedämpft und verzögert wird. Besonders auffällig ist dieser Effekt in Regionen mit bekannter Tiefenwasserbildung wie im Nordatlantik, wo sich die Luft deutlich weniger stark erwärmt hat als in der Umgebung.

Ein weiterer Unterschied besteht zwischen den Polarregionen. Während sich die Südpolarregion kaum von dem globalen Temperaturtrend unterscheidet, zeigt die Nordpolarregion mit etwa +2,5 °C einen etwa doppelt so hohen Temperaturzuwachs wie der Globus insgesamt. Dies hatte bedeutende Auswirkungen auf die Kryosphäre, also das Vorkommen von Schnee und Eis, in der Nordhemisphäre. Das Meereis der Arktis ist in relativ kurzer Zeit geschwunden, und zwar sowohl in den Wintern (-8 %), besonders stark aber in den Sommern (-40 %) der letzten 40 Jahre. Größere Eisverluste werden auch bei den kontinentalen Gebirgsgletschern und beim grönländischen Eisschild, die gemeinsam mit der Antarktis 99 % der globalen Süßwasserreserve darstellen, beobachtet. Eine besondere Besorgnis stellen die sog. Permafrostböden dar, die sich in Nordamerika (Kanada, Alaska) und im gesamten Norden Russlands einschließlich Sibiriens befinden. Diese Böden sind u. a....