Es war eine Meldung, die fast unterging in all den Nachrichten zur Hitze, zur Dürre und zu einem der heißesten Sommer. Forscher warnen vor einer Heißzeit, hieß es diese Woche nun, passend zum gefühlten Wetter. Und sie meinten damit den ganzen Erdball. 

Die meisten wissen, dass lokales Wetter und globaler Klimawandel sich in Ursache und Wirkung nie direkt in Verbindung bringen lassen. Sie sind aber eng miteinander verwoben, und so berichten Klimawissenschaftlerinnen und Forscher vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK): Die Erde könne sich über längere Zeit um etwa vier bis fünf Grad Celsius erwärmen, die Meeresspiegel um zehn bis 60 Meter ansteigen. Dies drohe selbst dann, wenn das in Paris beschlossene Zwei-Grad-Ziel noch eingehalten würde – wonach es weltklimapolitisch gerade nicht aussieht.

Schon wieder Alarmstimmung? Immer noch, denn es ist absehbar, dass Veränderungen an einigen Orten der Erde und in Teilen des Klimasystems kurz davor sind, kritische Schwellenwerte zu erreichen. Ab dann setzen sie globale Trends in Gang, die eine unaufhaltsame Kettenreaktion bedeuten würden. Die Welt steht vor dem Point of no Return. Kippelemente nennen die Forscherinnen und Forscher diese Phänomene, die das Zeug haben, unumkehrbare Ereignisse loszutreten – das Klimasystem zu kippen. Wie auch das Team vom PIK berichtet, zählen dazu die tauenden Permafrostböden in Russland, sich erwärmende Methanhydrate auf dem Meeresboden sowie große Ökosysteme wie der Amazonas-Regenwald. Was sind solche Kippelemente aber genau? Zehn Hintergründe dazu:

1. Der Permafrostboden könnte für immer auftauen

Auf einem Viertel der Landfläche der Nordhalbkugel ist der Boden dauerhaft gefroren. Alaska, Nordkanada, weite Teile Sibiriens – 23 Millionen Quadratkilometer wirken dort wie eine riesige Tiefkühltruhe, in der gigantische Mengen abgestorbene Pflanzenreste eingefroren sind. Taut das Eis, werden sie durch Bakterien zersetzt und die Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Methan werden frei.

Allein im oberen Bereich der Permafrostböden stecken bis zu 1.500 Milliarden Tonnen Kohlenstoff. Das ist fast doppelt so viel, wie es derzeit in der gesamten Erdatmosphäre gibt. "Allein der Permafrost birgt das Potenzial, die Klimaziele von maximal zwei Grad Celsius Erderwärmung deutlich zu übertreffen", sagt Guido Grosse vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI). Weil die Erderwärmung an den Polen deutlich schneller als etwa am Äquator voranschreitet, beginnt es in nördlicheren Breiten bereits jetzt zu tauen: Die Dauerfrostregionen sind in Sibirien und Nordamerika schon jetzt um bis zu 100 Kilometer zurückgegangen. "Einmal in Gang gesetzt, lässt sich der schnelle Auftauprozess nicht mehr aufhalten", sagt Grosse.

2. Dem Amazonasregenwald droht der Hitzekollaps

Ein weiterer Speicher für Kohlenstoff – der, wenn er entweicht, als Treibhausgas CO2 die Erderwärmung befeuert – sind die Wälder der Erde. "Der Regenwald des Amazonasgebietes speichert oberirdisch besonders viel Kohlenstoff", erklärt Christopher Reyer, Waldexperte am PIK. Wegen der starken Sonnenintensität am Äquator und der Feuchtigkeit des Waldes verdunstet dort sehr viel Wasser und es bilden sich Wolken. "Diese regnen dann im Flachland und an den Hängen der Anden wieder ab und versorgen den Regenwald mit neuem Wasser", sagt Reyer. Eigentlich ein sich selbst erhaltendes System.

Steigt die mittlere weltweite Temperatur aber um durchschnittlich mehr als zwei Grad an, gerät der Wald in Hitzestress, was seine Fähigkeit zur Wasserverdunstung einschränkt und so Trockenstress nach sich zieht. Ein Teufelskreislauf, der schließlich dazu führt, dass der Regenwald stirbt und den in ihm gespeicherten Kohlenstoff wieder freigibt. Das heizt die Atmosphäre zusätzlich auf. "Untersuchungen kommen zu dem Schluss, dass allein das Absterben des Amazonaswaldes mindestens 0,3 Grad Celsius zur globalen Erwärmung beitragen könnte", sagt Reyer, wenngleich diese Zahl noch mit großen Unsicherheiten behaftet sei.

Joe Raedle/Getty Images
Klimawandel! Was heißt das?

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Die Erderwärmung bedroht die Welt, aber wie genau? Wir erklären Wetter, Klima und warum der Wandel so gefährlich ist.

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Ban Ki Moon, UN-Generalsekretär

Ban Ki Moon, UN-Generalsekretär

sagt, warum das ein Problem ist:

"Der Klimawandel ist eine Bedrohung für das Leben und unsere Existenz."

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Das Wetter

… ist der Zustand der Atmosphäre zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort.

Was ist Wetter, was Klima?

Das Klima

... ist das durchschnittliche Wetter über einen längeren Zeitraum hinweg betrachtet, etwa 30 Jahre.

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Leider nein: Viele Schäden sind nicht mehr zu ändern. Die Erde erwärmt sich in jedem Fall. Auch die 2°C Erwärmung beeinträchtigen Ökosysteme auf der ganzen Welt stark und bedrohen damit auch die Lebensgrundlage von Millionen Menschen. Es lässt sich allein das Ausmaß der Katastrophe eingrenzen.

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Stimmt. Viele Forscher sind sicher, dass es einen Zusammenhang gibt. Europa soll aber nicht so stark betroffen sein wie andere Kontinente der Erde.

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3. Stürme und Waldbrände setzen den Taiga-Wäldern zu

Nicht nur die artenreichen tropischen Regenwälder betrachten Forscherinnen und Forscher als Kippelement. Auch die Wälder in der Taiga, also im kalten Norden, sind bedroht – auch dort könnte eine Kettenreaktion ausgelöst werden durch den Waldverlust, der den Klimawandel verstärkt und dessen Folgen dem Wald noch mehr zusetzen. "Steigende Temperaturen erhöhen das Risiko für Feuer, Trockenheit und Stürme", sagt PIK-Experte Reyer, der mit Kollegen aus neun Ländern eine umfassende Studie über die Gefahren des Klimawandels für den Wald (Nature Climate Change: Seidl et al., 2017) durchgeführt hat. Das Problem in der Taiga: Ein geschwächter Wald ist auch für natürliche Störungen wie Insekten- oder Pilzbefall anfälliger. Negative Effekte prägen sich mit zunehmender globaler Erwärmung also auch hier weiter aus.

Schwindende Eisdecken, schwächelnder Golfstrom, chaotischer Jetstream

4. Der Nordpol friert im Winter kaum mehr zu

Dramatisch ist die Situation bereits rund um den Nordpol. Seit Jahren geht dort die Meereisbedeckung zurück. Ende Februar 2018 – also am Höhepunkt des arktischen Winters in diesem Jahr – schwamm nur noch auf 14.189 Millionen Quadratkilometern gefrorenes Ozeanwasser. "Das ist die kleinste je in der Arktis gemessene Eisdecke am Ende des Monats Februar", sagt Christian Haas, Geophysiker an der York University im kanadischen Toronto. Das Problem, das die Entwicklung auch hier unaufhaltsam machen könnte: Ist das Eis einmal verschwunden, reflektiert das darunter liegende dunkle Wasser viel weniger Sonnenstrahlen. Forscher Haas sagt es so: "Eisflächen haben einen höheren Rückstrahleffekt als die Wasseroberfläche." Das Wasser heizt sich dann immer weiter auf und das noch schwimmende Eis auf dem Ozean schmilzt noch schneller.

5. Gletscher schmelzen teils unwiederbringlich

Neben dem eisbedeckten Nordpolarmeer sind auch große Landmassen der Erde in Eis gehüllt. Als Kippelemente gelten auch die großen Eisschilde auf Grönland oder am Südpol. "Wird ein bestimmter Temperaturbereich überschritten, kann die Maschine nicht mehr angehalten werden", sagt Boris Koch, Umweltwissenschaftler am AWI. Für den bis zu drei Kilometer dicken Eispanzer auf Grönland gilt ein Temperaturbereich "zwischen einem und zwei Grad. Taut allein dieser Eispanzer, steigt der Meeresspiegel um sieben Meter."

Ein Abschmelzen der Eispanzer in der Antarktis würde den Meeresspiegel weltweit sogar um 58 Meter anheben – das haben Klimamodellrechnungen ergeben. Allerdings braucht das seine Zeit. "Über einen Zeitraum von 10.000 Jahren kann die Antarktis eisfrei werden, wenn wir unsere fossilen Ressourcen vollständig verfeuern", sagt die PIK-Physikerin Ricarda Winkelmann, die das Abschmelzen des Eises am Südpol erforscht (Science Advances: Winkelmann et al., 2015). Deutlich schneller schmilzt das Eis auf der Landzunge in der Westantarktis: Dort herrschen höhere Temperaturen, weshalb der Klimawandel hier schon heute Spuren hinterlässt: Dort riss im vergangenen Jahr der riesige Eisberg Larsen-C ab.

6. Versiegt der Golfstrom, käme eine Eiszeit

Schmelzendes Gletschereis kurbelt die Erderwärmung nicht unmittelbar an. Vor Grönland aber gefährdet es den Golfstrom, die größte Energiepumpe der Welt. "Süßwasser ist leichter als Salzwasser, weshalb getautes Grönlandeis auf der Oberfläche des arktischen Ozeans schwimmt", sagt AWI-Wissenschaftler Boris Koch. Normalerweise kühlt sich das salzhaltige Ozeanwasser vor Grönland ab, es wird dabei schwerer und sinkt auf den Meeresgrund – und zieht Wasser aus der Karibik nach. "Getautes Süßwasser aber verhindert zunehmend die Tiefenwasserbildung. Der Motor beginnt zu stocken."

Schlimmstenfalls könnte der Golfstrom sich abschwächen oder gar versiegen. Das Horrorszenario wäre dann allerdings keine Heißzeit, sondern eine Eiszeit wie in Roland Emmerichs ansonsten wissenschaftlich wenig fundiertem Katastrophenfilm The Day After Tomorrow.

7. Geraten Monsun und Jetstream durcheinander, gibt es häufiger heftige Fluten und Dürren

Auch wichtige regionale Wettersysteme kommen zunehmend aus dem Takt. Steigt die globale Oberflächentemperatur um mehr als zwei Grad Celsius, wird der indische Monsun instabil. Entweder bleibt dann der gewohnte Regen aus, von dem das Leben von rund 500 Millionen Menschen abhängt, oder es gibt viel zu viel Regen. Ähnlich verhält es sich beim westafrikanischen Monsun, der durch den Temperaturunterschied zwischen Nord- und Südhalbkugel gesteuert wird. Ab einer Globalerwärmung von mehr als drei Grad kommt das System durcheinander: Mal könnte die Sahelzone noch trockener werden, mal könnte sie im Regen untergehen. Was das bedeutet, war 2007 zu beobachten, als 17 Länder dort mit Überschwemmungen kämpften.

In europäischen Breiten ist es der Jetstream, der mit steigender durchschnittlicher Temperatur durcheinandergerät: Diese kräftige Luftströmung auf der Nordhalbkugel (hier eine Animation) oberhalb von zehn Kilometern Höhe in der Troposphäre zieht sich um die gesamte Erde und bestimmt das Wetter mit. Die Launen des Jetstream werden wir nicht erst in der Zukunft spüren, sie sind längst Realität.

Kann der Mensch das Klimasystem noch beherrschen?

8. Tote Korallenriffe erholen sich über Jahrtausende nicht

Als Kippelement gilt auch die weltweite Zerstörung der Korallenriffe, "obwohl sie kein typisches Kippelement ist", sagt Mojib Latif, Professor am Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (Geomar). Wird Ozeanwasser dauerhaft um 1,5 Grad Celsius wärmer, haben die Korallen keine Überlebenschance. Vielerorts, etwa am australischen Great-Barrier-Riff oder in den Riffen vor den Malediven und den Seychellen, sind die Korallen bereits tot. Neben dem Hitzestress setzt ihnen auch die Ozeanversauerung, die Meeresverschmutzung und stellenweise auch der Tourismus zu.

"Allerdings verstärkt das Korallensterben nicht wie andere Kippelemente die Erderwärmung", sagt Latif. Gemein mit diesen ist dem Korallensterben allerdings die Unumkehrbarkeit. Latif: "Tot ist tot, mit dramatischen Folgen für die Artenvielfalt und die Nahrungskette." Weltweit sind nämlich eine halbe Milliarde Menschen von intakten Korallenriffen abhängig.

9. Das ist nicht alles ...

Neben den bereits genannten machen Klimaforscherinnen und -forschern weitere Effekte Sorgen, die zu den Kippelementen gezählt werden. So weiß man erst seit jüngerer Zeit, dass Methan – ebenfalls ein Treibhausgas, das in der Atmosphäre zu mehr Erwärmung führt und Hauptbestandteil von Erdgas ist – auch aus den Tiefen der Ozeane vom Meeresboden aus an die Luft gerät. Dort liegt es umhüllt von erstarrtem Eis als Methanhydrat vor. Löst sich diese Verbindung durch Wärme auf, wird das Treibhausgas frei.

Außerdem gelangt zunehmend in den Ozeanen gespeicherter Kohlenstoff an die Luft und damit in die Atmosphäre. Die Ursachen dafür sind vielschichtig und wieder beschleunigen und verstärken sich diese Effekte selbst. Auch der Wechsel zwischen den Wetterphänomenen El Niño und La Niña im Pazifik verändert sich im Zuge der globalen Erwärmung besorgniserregend (hier ein Themenschwerpunkt dazu). Das hat Einfluss auf extremes Wetter, das schon heute in der Region heftiger und stärker ausfällt – auch wenn hier erst Datenreihen über Jahrhunderte hinweg den Zusammenhang mit dem Klimawandel werden belegen können.

Während es auf der einen Seite des Erdballs zu mehr Fluten und Stürmen kommt, drohen auf der Nordhalbkugel, vor allem im Südwesten Nordamerikas, immer ausgeprägtere Trockenphasen. Auch die Dürren dort zählen Klimaexperten zu den Kippelementen.

10. Und wann kippt das Klima?

Während alle noch vom Zwei-Grad-Ziel reden und im Pariser Abkommen nur davon die Rede ist, dass man "Anstrengungen unternehmen" wolle, auch die 1,5-Grad-Marke nicht zu überschreiten, sagen Forscherinnen und Forscher schon heute, dass zwei Grad zu viel sein dürften. "Würde die Menschheit den globalen Temperaturanstieg auf 1,5 Grad begrenzen, wäre wohl sichergestellt, dass Kippelemente noch beherrschbar bleiben", sagt etwa Mojib Latif, Meteorologe und Vorstandsmitglied des Deutschen Klima-Konsortiums. Allerdings sei fraglich, ob das überhaupt noch zu schaffen sei. Nach Berechnungen der britischen Wetterbehörde Met Office ist die globale Durchschnittstemperatur bereits um ein Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Zeitalter – Bezugspunkt ist das Jahr 1850 – gestiegen.

Derzeit befindet sich die Welt eher auf einem 3-Grad-Kurs.
Mojib Latif, Meteorologe vom Deutschen Klima-Konsortium

Mojib Latif hat allerdings wenig Hoffnung, dass ein 1,5-Grad-Ziel noch einzuhalten ist. "Dafür müsste die Weltwirtschaft in den nächsten 20 Jahren komplett umgekrempelt werden." Er erwartet, dass der Sonderbericht des Weltklimarates, der diesen Herbst veröffentlicht werden soll, dies deutlich benennt. "Derzeit befindet sich die Welt eher auf einem 3-Grad-Kurs."

Ist die Erderwärmung noch zu begrenzen? Lesen Sie mehr dazu auf unserer Themenseite zum Klimawandel.