Wie geht es dem Klima? – Seite 1

Was wir wissen

Der Klimawandel ist längst eine globale Eskalation. Das belegen unzählige Daten. Mithilfe von Modellen können Forscher zeigen, wie die Entwicklung wahrscheinlich weitergeht.

Auf dem Hohenpeißenberg in Oberbayern, südwestlich von München und mit Blick auf den Alpenhauptkamm, thront in knapp tausend Meter Höhe ein früheres Kloster, dem die Säkularisierung nicht die strenge Disziplin ausgetrieben hat. Denn das historische Gemäuer beherbergt ein meteorologisches Observatorium, und dieses wiederum eine der ältesten fortlaufenden Messreihen der Welt. Seit 1781 haben hier Generationen von Naturforschern, Wettermönchen gleich, die Temperatur gemessen. Heute zieht sich im Vortragsraum des Altbaus unter der Decke fast über zwei Wandbreiten ein Diagramm entlang. Blaue Zacken zeigen Temperaturen, die unter dem langjährigen Mittel lagen, rote solche darüber. Diese Fleißarbeit steht für das Streben der Menschen, das Gefühl fürs Wetter und für den Verlauf der Jahreszeiten zu objektivieren. Dabei geht es nicht nur um Wärme oder Kälte. Es geht um die Bewegungen und Trends, also um die "Statistik des Wetters" – so definiert die Welt-Meteorologie-Organisation: Klima.

Die Messreihe in Oberbayern zeigt ähnlich wie viele andere an den unterschiedlichsten Orten aufwärts. Plus 1,8 Grad Celsius seit dem Jahr 1880, etwas mehr als im bundesweiten Durchschnitt. Im globalen Mittel hat sich die bodennahe Lufttemperatur vom Beginn des Industriezeitalters an um etwa ein Grad Celsius erwärmt. Unzählige Messreihen wie jene aus Oberbayern sind in diese abstrakte, ja unscheinbar wirkende Zahl eingeflossen. Sie ist der Fingerabdruck des Klimawandels.

Die Kenntnis dieser Veränderung in der Atmosphäre speist sich aus Beobachtungen und Messungen. Grundlegende Erkenntnisse der Physik erklären sie, und Spuren aus der tiefen Vergangenheit helfen dabei, sie einzuordnen. Den Blick in die Zukunft schließlich erlauben dann die digitalen Konstruktionen der Computermodelle.

Das Observatorium im alten Kloster gehört heute zum Deutschen Wetterdienst (DWD), dessen Forscher im ganzen Land nicht nur die Erwärmung festhalten, sondern auch deren Folgen. So protokollieren sie etwa, dass die Stieleiche im Vergleich zum langjährigen Mittel ihre Blätter heute ein paar Tage später verliert, im Vegetationskalender das Zeichen für den Winteranfang. Die Haselblüte läutet Mitte statt Ende Februar den Vorfrühling ein.

Auch in der japanischen Kaiserstadt Kyoto kommt der Frühling immer früher. Seit dem Jahr 800 notieren dort die Gärtner den Beginn der Kirschblüte ("Hanami"). Meist lag der zwischen dem 10. und 20. April. Inzwischen öffnen sich die Blüten immer rascher nach dem Monatsersten.

In den Bergen ziehen sich die Eiszungen zurück. Weltweit haben die Gebirgsgletscher – außerhalb von Arktis und Antarktis – seit dem Beginn der Industrialisierung erheblich an Eismasse eingebüßt. An vielen Küsten steigen die Pegel und global betrachtet der Meeresspiegel insgesamt. Gleichzeitig wird das Meerwasser saurer und zusehends wärmer. Flotten torpedoförmiger Tauchroboter und mehrere Tausendschaften automatisierter Treibbojen bekunden das.

All diese Trends mögen auf den ersten Blick subtil erscheinen, und der Begriff "globale Erwärmung" maskiert eine Vielzahl höchst unterschiedlicher Folgen. Man kann es sich als ein Plus an Energie in der erdumspannenden Wettermaschine vorstellen: Wärmere Meere können Wirbelstürme stärker machen. Wärmere Luft nimmt mehr Feuchtigkeit auf, was heftigere Regengüsse begünstigt. Und wenn stärkere Druckunterschiede zu stärkerem Wind führen, dann laufen die Wellen der stürmischen See an den Küsten höher auf, weil dort ja das Wasser ohnehin inzwischen höher steht.

Von der globalen Erwärmung zu sprechen ist nicht falsch. Von einer globalen Eskalation zu sprechen wäre treffender.

Der Klimawandel der Gegenwart ist menschengemacht

Das Klima habe sich schon immer gewandelt, heißt es oft. Tatsächlich überdauern Spuren früherer Erwärmungen und Abkühlungen aus der tiefen Erdgeschichte: Auf Grönland haben Forscher Eis geborgen, das älter als 100.000 Jahre ist, in der Antarktis gar 420.000 Jahre. Aus kleinen Gasbläschen im Eis ziehen Chemiker Rückschlüsse auf Temperatur und Atmosphärengase. Gröbere Spuren früherer Klimata bergen Sedimente auf dem Meeresboden, die teils Hunderte Millionen Jahre zurückreichen. Proxydaten heißen solche Werte im Jargon der Naturwissenschaftler (von englisch proxy, "Stellvertreter"), da sie anstelle von Thermometermessungen Zeugnis für das "Paläoklima" ablegen.

Forscher rekonstruierten mit ihrer Hilfe sowohl Episoden, in denen zuerst die Temperatur anstieg und danach der Gehalt von Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre wuchs, als auch solche, in denen es umgekehrt war. Jedenfalls spielte dieses Gas stets eine Rolle. Als Gründe kommen etwa Schwankungen der Erdbahn um die Sonne, Vulkanausbrüche, Meteoriteneinschläge oder große Mengen Methans infrage. Mit keiner der natürlichen Ursachen aus der Vergangenheit lässt sich indes der aktuelle Erwärmungstrend erklären.

Was heute passiert, ist auch nach paläoklimatischen Maßstäben bemerkenswert: Mit ihrem Anstieg um gut ein Grad Celsius (was nach wenig klingt relativ zu den plus drei Grad oder mehr, die Forscher bis zum Jahr 2100 für möglich halten) im Lauf der letzten anderthalb Jahrhunderte dürfte die globale Mitteltemperatur bereits höher liegen als während der gesamten Erdneuzeit ("Holozän") und so hoch wie seit 120.000 Jahren nicht mehr. Die CO₂-Konzentration in der Erdatmosphäre, die – allen Klimakonferenzen zum Trotz – nach wie vor zunimmt, liegt mindestens so hoch wie seit 800.000 Jahren nicht mehr.

Bereits seit dem 19. Jahrhundert ist bekannt, was da im Prinzip vor sich geht. Wie Verbrennungsgase die Atmosphäre aufheizen, hat in den 1830er-Jahren der französische Physiker Jean-Baptiste Fourier beschrieben. Die sogenannten klimawirksamen Gase – das sind vor allem Wasserdampf, gefolgt von Kohlendioxid (CO₂) und Methan (CH₄), in geringerem Umfang Lachgas (N₂O) – lassen zwar das Licht der Sonne passieren. Aber sie halten einen Teil der von der Erdoberfläche abgestrahlten Wärme zurück. Schon leichte Veränderungen ihrer schwachen Konzentration haben einen Effekt: Die "Energiebilanz" gerät aus der Balance. Sich das vorzustellen wie unter dem Glasdach eines Treibhauses ist gar nicht so falsch.

Im Jahr 1957 hatte der Chemiker Charles David Keeling auf dem hawaiianischen Vulkan Mauna Loa ein Messgerät postiert, das eines der berühmtesten Diagramme der Wissenschaftsgeschichte hervorbrachte, die "Keeling-Kurve". Sie belegt, was überall geschieht: Kontinuierlich ändert sich das Mischungsverhältnis der Lufthülle. Bald liegt die CO₂-Konzentration anderthalbmal so hoch wie in vorindustrieller Zeit.

Auch dass dieser zusätzliche Kohlenstoff aus Auspuffen und Fabrikschloten stammt, nicht etwa aus natürlichen Quellen, kann man dank des "Suess-Effekts" sicher sagen. Dem Chemiker Eduard Suess war aufgefallen, dass unter den verschiedenen Kohlenstoff-Isotopen in der Luft der Anteil zweier bestimmter zurückgeht (sie heißen "13C" und "14C"). Weil Kohle und Öl nur wenig 13C und gar kein 14C enthalten, belegt diese Verdünnung für die Fachleute: Was die Keeling-Kurve nach oben treibt, ist das Kohlendioxid aus der Verbrennung fossiler Energieträger – der Klimawandel der Gegenwart, er ist menschengemacht.

Wie geht die Geschichte weiter? Forscher bilden die bekannten Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozeanen, Eismassen und Kontinenten in Computermodellen ab. Hier lässt sich an den Stellschrauben des Klimasystems drehen, und die Konsequenzen lassen sich im Zeitraffer durchrechnen.

Mit einer Wettervorhersage für das Jahrhundert verwechseln darf man ihre Szenarios nicht. Vielmehr zeigen sie, was wahrscheinlich passieren kann. Es wird also kein Forscher sagen, wann es wieder einen Sommer wie 2018 gibt. Stattdessen: Wenn sich die Erde so und so stark erwärmt, werden Dürren so und so häufiger. Auch regionale Szenarios lassen sich zeichnen. Etwa für Deutschland mit einer Zunahme sommerlicher Hitzewellen und sogenannter Tropennächte einerseits und größeren winterlichen Regenmengen andererseits.

In den digitalen Was-wäre-wenn-Welten wird der Wahrscheinlichkeitsrahmen abgesteckt, in dem die reale Zukunft spielen kann – im Sinne der Definition von Klima: wohin sich die Statistik des Wetters entwickeln wird.

Was wir nicht wissen

Ökosysteme sind komplex, die Natur ist träge. Niemand kann sagen, wann genau das Klima zu Katastrophen führt.

"Heißzeit", so lautet das Wort des Jahres 2018. Gekürt hat es, fraglos unter dem Eindruck des Dürresommers, im Dezember die Gesellschaft für deutsche Sprache in Mannheim. Doch in die Schlagzeilen gebracht hatte den Begriff das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). In einer Fachzeitschrift hatten PIK-Wissenschaftler zusammen mit internationalen Kollegen im August eine Art Schreckensschau des Möglichen zusammengestellt. In ihrem Aufsatz skizzierten sie, wie bei weiterer Erwärmung in der Natur kritische Schwellen überschritten werden (das arktische Meereis schmilzt, Urwälder sterben ab), was wiederum die Erwärmung beschleunigt, woraufhin weitere Schwellen erreicht werden (am Ende wird das Eis der Ostantarktis instabil) – ein sich selbst verstärkender Effekt. Diese Kaskade würde langfristig in eine um viele Grad wärmere Welt führen und für Jahrtausende eben: in die Heißzeit.

Wie weit die roten Linien (Forscher sprechen von den "Kipppunkten") jeweils noch entfernt sind, das wird in Grad Celsius zusätzlicher Erwärmung ausgedrückt. Mit wie viel Emissionen aber werden diese Temperaturschwellen erreicht?

Das bleibt unklar, und zwar nicht nur, weil Ökosysteme komplex sind und zuweilen sprunghaft reagieren. Es liegt auch am zentralen blinden Fleck der Klimaforschung, der "Klimasensitivität".

Als der spätere Chemie-Nobelpreisträger Svante Arrhenius im Jahr 1895 seine bahnbrechende Berechnung über den Zusammenhang von Verbrennungsgasen und Treibhauseffekt präsentierte, hieß es darin: Verdoppelt sich der Kohlendioxid-Anteil in der Atmosphäre, so steigt die globale Durchschnittstemperatur um zwei bis sechs Grad Celsius an. Als in den 1970er-Jahren die US-amerikanische National Academy of Sciences als erste große Forschervereinigung vor dem Treibhauseffekt warnte, bezifferte sie den Effekt einer CO₂-Verdopplung auf plus 1,5 bis plus 4,5 Grad Celsius – eine riesige Spannweite. Bis heute hat man sie kaum verkleinern können.

Hier liegt das Problem jeder Prognose. Keine seriöse Forschung stellt noch den Treibhauseffekt infrage. Aber wie schnell welche Folgen genau eintreten werden, das ist die große Unbekannte. 

Selbst falls – Gedankenspiel! – am 31. Januar das letzte Molekül CO₂ aus einem Schornstein aufstiege, niemand könnte genau sagen: Wie lange und bis auf welches Niveau würde die globale Mitteltemperatur trotzdem noch weiter ansteigen? Gewiss ist, dass die Natur träge reagiert, dass sie auf dem einmal eingeschlagenen Weg erst einmal fortschreitet. Unklar bleibt, wie träge und, andererseits, wie empfindlich ("sensitiv").

Diese Ungewissheit hat gravierende praktische Konsequenzen: Weil man bei jeder Was-wäre-wenn-Berechnung künftiger Entwicklungen eine ganze Spanne unterschiedlich dramatischer Erwärmung erwägen muss, klingen die Auskünfte der Klimaforscher für Laien oft unbefriedigend vage (etwa wenn der Weltklimarat ein Szenario beschreibt, in dem mit "66-prozentiger Wahrscheinlichkeit" das Zwei-Grad-Ziel erreicht wird).

Entsprechend mit Fußnoten belastet sind die vermeintlich simplen Kennzahlen der Klimadiplomaten, andernfalls würden sie mehr Gewissheit vermitteln als besteht. Gleichzeitig muss komplexe Naturwissenschaft so heruntergebrochen werden, dass Verhandler, Regierende und Unternehmer sich daran orientieren können, etwa um sich auf Emissionsreduktionen zu einigen.

Kaum einfacher ist es mit der Zuordnung einzelner Wetterlagen, etwa der aktuellen Schneemengen in den Alpen. Einerseits dürfte der Klimawandel künftig eine Vielzahl von Extremen begünstigen. Andererseits ist, um seinen konkreten Beitrag zum Wetter zu beziffern, eine meteorologisch-statistische Auswertung des Einzelfalls vonnöten. Solche "Attributionsforschung" ist bislang mühsame Handarbeit. – Oft, wenn die Frage "War das jetzt der Klimawandel?" fällt, fußen die Antworten noch auf schierer Plausibilität.

Auch im Verständnis wichtiger Teile des Erdklimasystems klaffen noch Wissenslücken: Welche Rolle etwa die Wolken abhängig von ihrer Höhe bei Erwärmung und Abkühlung spielen, ist bis heute schwer durchschaubar. Wie dynamisch die großen Eisschilde auf Grönland und in der Antarktis sind, haben Glaziologen in der Vergangenheit unterschätzt. Wie viel Wärme der Ozean schon aufgenommen hat und wie viel er folglich noch schlucken kann, ist zumindest unklar. Zudem stellen mehrere der eingangs erwähnten Kipppunkte in diesem komplexen System gefährliche Joker dar: Tauen beispielsweise die sibirischen Dauerfrostböden, drohen dort große Mengen Methan in die Atmosphäre zu gelangen. Auch aus dem Nordpolarmeer könnte Methan aufsteigen. Anders als Fabrikschlote, Auspuffe, Zementwerke und Kuhmägen entziehen sich solche Quellen, einmal geöffnet, aber der menschlichen Kontrolle.

Man könnte auch sagen: Es ist unklar, wie weit die Menschheit es noch treiben kann, bis sie – ganz prinzipiell – die Kontrolle über das Klima verliert.