Wetterlexikon: Kippelemente

Antarktis: Ein Gletscher schmilzt.
Schmelzendes Gletschereis in der Antarktis. © imago images/YAY Images, via www.imago-images.de, www.imago-images.de

Was sind Kippelemente?

Kippelemente, englisch „tipping points“, stellen im Erdklima bestimmte Systeme dar, die bei steigender Luft- und Wassertemperatur auf der Erde aus dem Gleichgewicht geraten können und dann ihrerseits ebenfalls immens zum Klimawandel beitragen könnten. Die mitunter zusammenhängenden Systeme können unumkehrbar in einen neuen Zustand versetzt werden, wenn sie einen bestimmten Schwellenwert, ihren Kipppunkt, erreicht haben. Das bisher stabile Erdklima verändert sich dann noch schneller und selbstverstärkend.

Klimatische Rückkopplungen und sogenannte Kaskadeneffekte können zudem Kettenreaktionen auslösen. Wenn zum Beispiel durch Hitzewellen und Dürren Pflanzen und Bäume weiter absterben und sich durch den Rückgang der Photosynthese die CO2-Konzentration weiter erhöht, wird das Erdsystem in der Folge wahrscheinlich irgendwann mehr CO2 ausstoßen, als es aufnimmt. Die globale Erwärmung würde dadurch um ein Vielfaches stärker ausfallen.

Auch die Schwächung der Meeresströmungen könnte das Klima irreversibel kippen lassen. Ebenso wenn die Polkappen und die Permafrostböden weiter so rasant schmelzen wie zuletzt. Das Konzept der Kippelemente brachte der deutsche Klimaforscher Hans Joachim Schellnhuber in die Klimaforschung mit ein.

Kippelemente: So sehr kann sich ab +2-Grad-Erderwärmung das Klima verändern

verteilung nasa permafrost nsidc 2016
Permafrost-Verteilung aus dem Jahr 2016, Daten von der NASA

Klimaforscher gehen davon aus, dass bei einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um mehr als 2 Grad Celsius der kritische Punkt erreicht ist und unser Klimasystem kippen könnte. Die schon zu beobachtenden Klimaveränderungen in den letzten Jahren und Jahrzehnten ermöglichen bereits einen Rückschluss auf die möglichen Kippelemente unseres Klimas.

Die Kippelemente lassen sich in drei Klassen aufteilen:

- schmelzende Eiskörper
- sich verändernde Strömungs- und Zirkulationssysteme von Ozeanen und in der Atmosphäre
- bedrohte bedeutende Ökosysteme

Welche Kippelemente gibt es?

Neun verschiedene Kippelemente im Erdsystem und ihre möglichen Folgen und Rückkopplungseffekte wurden von den Wissenschaftlern des Potsdam-Instituts für Klimaforschung (PIK) im Jahr 2008 benannt und 2014 um weitere Elemente ergänzt:

Das Abschmelzen des Meereises in der Arktis

Folgen: Der Meeresspiegel steigt an und die globale Erwärmung wird verstärkt, da Wasser viel mehr Sonnenstrahlen absorbiert als Eisflächen. Der Kipppunkt wird bei 0,5 bis 2 Grad Celsius vermutet. Verstärkt durch die Eis-Albedo-Rückkopplung könnte die Arktis dann in wenigen Jahrzehnten im Sommer komplett eisfrei sein. Die Kippgrenze könnte sogar bereits überschritten sein.

Das Abschmelzen des Grönländischen Eisschilds

Auch hier steigt durch schmelzende Gletscher der Meeresspiegel weiter an und die Erderwärmung schreitet voran. Die kritische Grenze wird bei einer Erwärmung von 3 Grad vermutet. Der Eisschild könnte dann in den nächsten Jahrhunderten komplett abschmelzen, was einen Meeresspiegelanstieg von circa 7 Metern zur Folge hätte.

Das Abschmelzen des Westantarktischen Eisschilds

Das Gleiche gilt für das Schmelzen des größten Eisspeichers der Erde. Der Kipppunkt wird hier bei einer Erwärmung von 5 bis 8 Grad vermutet.

Das Abtauen der Permafrostböden

In den dauerhaften Frostböden Nordkanadas, Sibiriens, Alaskas und Grönlands sowie den Hochgebirgen wird Methan und Kohlendioxid gespeichert, das durch die globale Erwärmung abtaut und die Treibhausgase freisetzt. Die Treibhausgas-Konzentration wird dadurch weiter erhöht. Rückkopplungseffekt: Durch die erhöhte CO2-Konzentration wird es wärmer auf der Erde und das Eis schmilzt noch schneller.

Rückgang der Nordischen Nadelwälder (Borealwälder)

Die Bäume im Norden der Erde im Taiga-Gebiet (Alaska, Skandinavien und Sibirien) speichern CO2, ein Rückgang würde die CO2-Konzentration in der Atmosphäre erhöhen. Rückkopplungseffekt: Durch mehr CO2 in der Atmosphäre wird es heißer auf der Erde, Waldbrände und Baumkrankheiten würden zunehmen und den Bestand weiter verringern. Der Kipppunkt liegt bei 3 bis 5 Grad und könnte das komplette Aussterben der Wälder innerhalb von 50 Jahren begünstigen.

Entwaldung des tropischen Regenwalds

Eine ähnlich wichtige Bedeutung wie die Borealwälder hat der Amazonas-Regenwald für unser Klima. Auch seine Bäume speichern CO2. Die Entwaldung erhöht die CO2-Konzentration und fördert somit die globale Erwärmung. Dem Regenwald droht so ein ähnliches Schicksal wie den nördlichen Waldgebieten.

Das Erlahmen der atlantischen thermohalinen Zirkulation

Der Wasserkreislauf der atlantischen Meeresströmung könnte durch die Erwärmung des Wassers aus dem Gleichgewicht geraten, wenn sich Wasserdichte und Salzgehalt u.a. durch schmelzende Eismassen verändern. Eine Schwächung oder gar ein Abreißen des Nordatlantikstroms würde das Klima verändern, zu mehr tropischen Niederschlägen führen und den Meeresspiegel ansteigen lassen. Der Kipppunkt wird bei 3-5 Grad Erwärmung vermutet.

Störung der Southern Oscillation und Verstärkung des El-Niño-Phänomens

Die Wasserzirkulation im Pazifik wird durch El Niño und die Southern Oscillation (ENSO) bestimmt. Wenn sich diese komplexe Zitkulation verändert, könnten sich die Effekte des Klimaphänomens El Niño verstärken. Die daraus resultierenden Wetterextreme würden wohl deutlich öfter und stärker auftreten und dadurch für häufigere Überflutungen in Südamerika, Dürren in Australien und Missernten in Indien sorgen.

Der Rückgang der Netto-Produktivität der Biosphäre

Die Biosphäre kann weniger CO2 speichern, wenn durch mehr Dürren und Hitzewellen Pflanzen zerstört werden und so die Photosynthese zurückgefahren wird. Momentan ist das Erdklimasystem noch eine CO2-Senke, die mehr CO2 aufnimmt als abgibt. Dies könnte sich in diesem Jahrhundert drastisch ändern, wenn die menschengemachten CO2-Emissionen nicht verringert werden.

Destabilisierung des Jetstreams, Zusammenbruch des indischen Sommermonsuns und Veränderung des Westafrikanischen Monsunsystems

Drastische, irreversible Klimaveränderungen und Wetterextreme wie tropische Niederschläge, Hitzewellen, Dürreperioden oder Überschwemmungen sind die Folge. Die Veränderung kann allerdings auch möglicherweise positive Folgen haben wie das Ergrünen der Sahara.

Methan-Ausgasung aus den Ozeanen

Im Schelfeis auf dem Meeresboden gelagertes Methan (sogenannte Methanhydrate) wird durch die erhöhte Temperatur im Meerwasser freigesetzt und erhöht somit die Treibhausgas-Konzentration in der Atmosphäre. Allein auf dem sibirischen Kontinentalschelf sollen über 500 Milliarden Tonnen dieses Eis-Methan-Gemisches lagern.

Absterben von Korallenriffen

Nach aktuellen Klimamodellen würde bei einem Temperaturanstieg um 1,5 Grad ca. 70-90% der Korallenriffe verloren gehen. Verschmutzungen, die erhöhte Meerestemperatur und die Versauerung der Meere führen zur Korallenbleiche. Korallenriffe sind eine wichtige Nahrungsquelle für die Meeresbewohner, daher würden absterbende Korallen das Artensterben im Meer verstärken. Zudem bieten Korallenriffe natürlichen Brandungsschutz für Küstengebiete.

Abschwächung der marinen Kohlenstoffpumpe

Die Weltmeere nehmen sehr große Mengen an Kohlenstoff auf und verringern somit die CO2-Emissionen in der Atmosphäre. Algen nutzen den Kohlenstoff zum Wachstum. Nach dem Sterben der Algen versinkt der Kohlenstoff in der Tiefsee. Diese so genannte marine Kohlenstoffpumpe könnte durch die Erwärmung und Versauerung der Ozeane sowie Sauerstoffarmut eingeschränkt werden.

Dauerhafte Dürre im nordamerikanischen Südwesten

Die subtropische Trockenzone dehnt sich weiter nach Norden aus und die dort vorhandenen monsunähnlichen Ozean- und Atmosphärenströmungen könnten sich weiter abschwächen. Die Niederschläge im Südwesten der USA würden weiter zurückgehen und die Region droht durch anhaltende Dürreperioden zu versteppen.