Globale Klimastudie Der gefährliche Dominoeffekt der Kipppunkte

Schmelzendes Eis, Meeresströmungen oder der Amazonas-Regenwald: Klimaforscher kennen diese Zonen im Erdsystem als Kippelemente. Nun haben sie analysiert, wie sie miteinander in Wechselwirkung treten.
Eisschild in Grönland: Teufelskreis für das Klima

Eisschild in Grönland: Teufelskreis für das Klima

Foto: Ulrik Pedersen / NurPhoto / Getty Images

Unsere Erde ist ein wunderschöner, natürlich entstandener Planet – einerseits. Andererseits steckt in den zahlreichen Ökosystemen und Klimazonen die Logik einer großen, komplexen Maschine mit unzähligen Rädchen und Hebeln. Im Hinblick auf die Erderwärmung macht das Zusammenspiel all dieser Rädchen und Hebel die Sache kompliziert. Denn wenn man irgendwo einen Hebel zieht, ergibt sich daraus anderswo vielleicht eine durchaus heftige Reaktion, mit dem man nicht gerechnet hat und die man zunächst gar nicht bemerkte.

Solche Mechanismen haben Klimaforscher für die Erde schon länger ausgemacht. Sie sprechen von sogenannten Kippelementen, im Grunde sind das Dominosteine des Weltklimas. Fällt erst einmal ein Stein, wird eine Kettenreaktion in Gang gesetzt, die sich nicht mehr aufhalten lässt. Ein typisches Kippelement ist beispielsweise das Abschmelzen des Meereises in der Westantarktis. Weil die hellen Eisflächen auf See nach und nach verschwinden, wird die darunter liegende Meeresoberfläche freigelegt. Aber während das helle Eis das warme Sonnenlicht reflektierte, wird es nun absorbiert. In der Folge steigen die Temperaturen – der Schmelzvorgang beschleunigt sich noch und ist nicht mehr zu stoppen.

Mehr als ein Dutzend solcher Kippelemente sind bekannt, dazu zählt auch der Amazonas-Regenwald, das Tauen der Permafrostböden, aber auch komplexe Windströme über dem Meer. Forscher des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (Pik) haben nun untersucht, wie diese Kippelemente zusammenspielen und sich gegenseitig destabilisieren. Für die Risikoanalyse simulierten sie in aufwendigen Netzwerkanalysen die Wechselwirkungen zwischen vier bekannten Kippelementen bei unterschiedlichen Temperatursteigungen:

  • den Eisschilden Grönlands,

  • der Westantarktis,

  • der Atlantikzirkulation,

  • und dem Amazonaswald.

Die Studie zeigt, dass bereits bei einer Erderwärmung von zwei Grad Celsius bei einem Drittel der Simulationen ungünstige Dominoeffekte zwischen den Gebieten auftreten.

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Wenn zum Beispiel das Grönlandeis im Norden und die Westantarktis nahe dem Südpol erst einmal unaufhaltsam kippen, könnten hierdurch auch entfernte Elemente wie der Amazonas-Regenwald beeinträchtigt werden, schreiben die Forscher um Nico Wunderling in einer Studie , die dem SPIEGEL vorliegt. »Wenn große Teile des grönländischen Eisschildes schmelzen und das Schmelzwasser in den Ozean gelangt, kann dies die Atlantikzirkulation verlangsamen, die durch Unterschiede in Temperatur und Salzgehalt angetrieben wird und große Wärmemengen aus den Tropen in die mittleren Breiten und Polarregionen transportiert«, so Wunderling in einer Mitteilung.

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»Es könnte bedeuten, dass wir weniger Zeit haben, um unseren Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern«

Dieser Mechanismus setze schließlich einen weiteren in Gang: Es komme zu einer Erwärmung im südlichen Ozean, die Teile des antarktischen Eisschildes destabilisierten. Der resultierende Anstieg des Meeresspiegels wiederum kann zu einer weiteren Destabilisierung beider Eisschilde auf Grönland wie der Antarktis beitragen. Kurz: Das Erdsystem befände sich in einem Teufelskreis, der immer mehr an Fahrt aufnimmt. Dabei würden nicht nur die Meeresspiegel immer weiter steigen, sondern auch schwere Schäden der Amazonas-Biosphäre auftreten.

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Das Risiko dafür sei bereits bei Temperatursteigerungen in Bereich des Pariser Klimaabkommens zwischen 1,5 und 2 Grad Celsius erhöht. Es nimmt zu, je mehr wir unseren Planeten aufheizen. »Alles in allem könnte dies bedeuten, dass wir weniger Zeit haben, um unseren Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern und Kippprozesse noch zu verhindern«, sagt Ricarda Winkelmann, Co-Autorin der Studie.

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Allerdings betonen die Forscher, dass ihre Arbeit keine Vorhersage sei – nur eine Risikoanalyse. Durch die Rückkopplungen werden tendenziell die kritischen Temperaturschwellen am Amazonas, der Westantarktis und der Atlantikzirkulation gesenkt. Bei einer deutlichen Verlangsamung des Nordatlantikstroms könnte die Temperaturschwelle für ein Kippen des grönländischen Eisschildes auch angehoben werden. Und üblicherweise sind solche Analysen mit Risiken behaftet, da Erdsystemmodelle enormen Rechenaufwand erfordern, um Wechselwirkungen zu ermitteln.

Um das weitgehend auszuschließen, verwenden die Wissenschaftler einen neuartigen Netzwerkansatz, der ermöglichte, mehr als drei Millionen Simulationen durchzuführen. Zudem rechneten sie eher konservativ. Aber am Ende stehe viel auf dem Spiel, so Winkelmann. Eine rasche Reduzierung der Treibhausgasemissionen sei in jedem Fall dringend notwendig, um das Risiko, Kipppunkte im Klimasystem zu überschreiten, und Dominoeffekte auszulösen, zu begrenzen.

Kippelemente können als Teil des Erdsystems übriges trügerisch stabil erscheinen, obwohl sie sich bereits dem kritischen Schwellenwert annähern. Zudem kann der Kippprozess sehr lange dauern. Klimawissenschaftler gehen davon aus, dass das Abschmelzen der Eisschilde Hunderte oder sogar Tausende Jahre dauert.

joe
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