Was ist der Klimawandel, und wie wirkt er sich auf die Erde aus?

Der Klimawandel ist jede langfristige Veränderung der durchschnittlichen Wettersituation, sei es global oder regional. Wie diese weit gefasste Definition nahe legt, ist der Klimawandel in der Geschichte der Erde schon oft und aus vielen Gründen aufgetreten. Die Veränderungen der globalen Temperatur- und Wettermuster, die wir heute beobachten, sind jedoch durch menschliche Aktivitäten verursacht. Und sie geschehen viel schneller als die natürliche Klimavariabilität der Vergangenheit.

Wissenschaftler haben viele Möglichkeiten, das Klima über die Zeit zu verfolgen, und alle machen deutlich, dass der heutige Klimawandel mit der Emission von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan zusammenhängt. Diese Gase fangen die Wärme der Sonnenstrahlen nahe der Erdoberfläche ein, ähnlich wie die Glaswände eines Gewächshauses die Wärme im Inneren halten. Kleine Veränderungen der Treibhausgaskonzentrationen in der Luft können sich zu großen Veränderungen im globalen Maßstab addieren.

Im Durchschnitt führen Treibhausgase zu einem Anstieg der globalen Temperaturen. Deshalb wird der Klimawandel manchmal auch als globale Erwärmung bezeichnet. Aber die meisten Forscher bevorzugen heute den Begriff Klimawandel wegen der Variabilität des Wetters und des Klimas auf der ganzen Welt. Beispielsweise könnte die Erwärmung der globalen Durchschnittstemperaturen die Strömung des Jetstreams, des Hauptluftstroms, der das nordamerikanische Wetter beeinflusst, verändern, was wiederum zu jahreszeitlichen Perioden extremer Kälte in einigen Gebieten führen könnte.

Warum die Wissenschaftler wissen, dass der Klimawandel real ist

Das Klima der Vergangenheit wird in Eis, Sedimenten, Höhlenformationen, Korallenriffen und sogar Baumringen festgehalten. Die Forscher können chemische Signale – wie das in Blasen im Gletschereis eingeschlossene Kohlendioxid – betrachten, um die atmosphärischen Bedingungen in der Vergangenheit zu bestimmen. Sie können mikroskopisch kleine versteinerte Pollen untersuchen, um zu erfahren, wie die Vegetation in einem bestimmten Gebiet gediehen ist, was wiederum Informationen über das Klima liefert. Sie können Baumringe messen, um eine jahreszeitliche Aufzeichnung von Temperatur und Feuchtigkeit zu erhalten. Das Verhältnis der chemischen Varianten des Sauerstoffs in Korallen und Stalaktiten und Stalagmiten kann frühere Niederschlagsmuster aufzeigen.

Verschiedene Arten von natürlichen Aufzeichnungen haben unterschiedliche Stärken. Die Ozeansedimente enthalten keine jahreszeitlichen oder gar saisonalen Details, aber sie können verschwommenere Bilder des Klimas liefern, die Millionen von Jahren zurückreichen. Die Aufzeichnungen der Bäume sind relativ kurz, aber unglaublich detailliert. Und Eis kann voller Informationen sein: Gletscher fangen nicht nur atmosphärische Gase in Form von Luftblasen ein, sie fangen auch Staub und andere Sedimente, Pollenkörner, Vulkanasche und mehr ein. Je älter und komprimierter das Eis wird, desto unschärfer kann die Aufzeichnung werden, aber neuere Eisflächen können einen jährlichen Überblick über den Klimawandel liefern.

Die jüngsten Klimaveränderungen – seit Beginn der industriellen Revolution können ebenfalls direkt verfolgt werden. Die Aufzeichnung von Dingen wie der Landtemperatur begann sich im späten 18. Jahrhundert zu verbessern, und die Schiffskapitäne begannen, eine Fülle von Wetterdaten auf See in ihren Logbüchern aufzubewahren. Das Aufkommen der Satellitentechnologie in den 1970er Jahren führte zu einer Datenexplosion, die von der Ausdehnung des Eises an den Polen bis hin zur Temperatur der Meeresoberfläche und der Wolkendecke alles abdeckte.

Wie sich das Klima verändert

Zusammengenommen haben diese Aufzeichnungen gezeigt, dass sich das moderne Klima rasch von den Mustern der Vergangenheit entfernt.

Vor der industriellen Revolution kamen auf eine Million Moleküle in der Atmosphäre etwa 280 Kohlendioxidmoleküle, ein Maß, das als Teile pro Million (ppm) bekannt ist. Im Jahr 2018 lag der weltweite Durchschnittswert von CO2 bei 407,4 ppm, mehr als 100 ppm höher als dieser Wert in den letzten 800.000 Jahren, so die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Das letzte Mal, dass der atmosphärische Kohlenstoff die heutigen Werte erreichte, war laut NOAA vor 3 Millionen Jahren.

Auch die Änderungsrate des heutigen atmosphärischen Kohlenstoffs ist laut NOAA schneller als in der Vergangenheit. In den letzten 60 Jahrzehnten war die Zuwachsrate 100 Mal schneller als in den letzten etwa einer Million Jahren – eine Periode, in der acht große Klima-Flip-Flops zwischen den Gletscherzyklen, in denen sich das Eis von den Polen bis in die mittleren Breiten ausdehnte, und den interglazialen Zyklen, in denen das Eis auf sein heutiges Niveau zurückging, auftraten. Und die Rate nimmt immer noch zu. In den 1960er Jahren nahm der atmosphärische Kohlenstoff um durchschnittlich 0,6 ppm pro Jahr zu. In den 2010er Jahren betrug er durchschnittlich 2,3 ppm pro Jahr.

Die Wärmeeinfangkapazität all dieses zusätzlichen Kohlenstoffs hat zu steigenden globalen Durchschnittstemperaturen geführt. Nach Angaben des Goddard Institute for Space Studies (GISS) der NASA ist die Durchschnittstemperatur der Erde seit 1880 um etwas mehr als 2 Grad Fahrenheit (1 Grad Celsius) gestiegen, eine Messung, die auf ein Zehntel Grad Fahrenheit genau ist. Wie der Anstieg des atmosphärischen Kohlenstoffs beschleunigt sich der globale Temperaturanstieg nach Angaben des Erdbeobachtungszentrums der NASA: zwei Drittel dieser Erwärmung sind seit 1975 eingetreten.

Was sind die Auswirkungen des Klimawandels?

Diese Erwärmung hat zu Veränderungen in den Ökosystemen und der Umwelt der Erde geführt. Zu den dramatischsten Veränderungen gehören die in der Arktis, wo das Meereis zurückgeht. Laut NASA sind die Tiefststände der Eisausdehnung und die Rekordtiefs seit 2002 die neue Norm, und Studien zeigen, dass selbst das älteste mehrjährige Meereis schnell dünner wird. Wissenschaftler erwarten nun den ersten eisfreien arktischen Sommer irgendwann zwischen 2040 und 2060.

Das Abschmelzen des Eises und die wärmebedingte Ausdehnung des Meerwassers haben bereits zum Anstieg des Meeresspiegels beigetragen. Laut NOAA ist der globale durchschnittliche Meeresspiegel seit 1880 um 21-24 Zentimeter (8-9 Zoll) gestiegen. Die Anstiegsrate steigt, von 0,06 Zoll (1,4 Millimeter) pro Jahr im 20. Jahrhundert auf 0,14 Zoll (3,6 mm) pro Jahr von 2006-2015. Laut NOAA hat dieser Anstieg des Meeresspiegels zu einem Anstieg der Überschwemmungen in den Küstengebieten der Vereinigten Staaten um 300% bis 900% geführt.

Der Klimawandel wirkt sich sogar auf den Zeitpunkt des Frühlingswetters aus. Der früheste Frühling (definiert durch Pflanzenwachstum und Temperaturen), der in den Vereinigten Staaten registriert wurde, war im März 2012, und Klimamodelle deuten nun darauf hin, dass solche frühen Frühlinge bis 2015 die Norm sein könnten. Aber es wird wahrscheinlich immer noch spät gefrieren und Bedingungen schaffen, unter denen die Pflanzen früh ausblättern und dann durch die Kälte geschädigt werden könnten. Klimamodelle sagen auch voraus, dass wärmere Temperaturen alarmierende Trends von Dürren und Waldbränden verstärken werden.

Können wir den Klimawandel umkehren?

Eine wachsende Zahl von Wirtschaftsführern, Regierungsbeamten und Privatpersonen sind besorgt über den Klimawandel und seine Auswirkungen und schlagen Schritte zur Umkehrung des Trends vor.

Wenn alle menschlichen Treibhausgasemissionen sofort gestoppt würden, würde sich die Erde wahrscheinlich noch stärker erwärmen, wie einige Studien vermuten lassen, denn Kohlendioxid wird noch Hunderte von Jahren in der Atmosphäre verbleiben. Es gibt Vorschläge, die theoretisch einen Teil dieser „eingesperrten“ Erwärmung umkehren könnten, indem man der Atmosphäre Kohlendioxid entzieht, wie z.B. die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, bei der Kohlenstoff in unterirdische Reservoirs eingespeist wird. Die Befürworter argumentieren, dass die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung technologisch machbar ist, aber die Marktkräfte haben eine breite Einführung verhindert.

Unabhängig davon, ob es möglich ist, bereits emittierten Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen oder nicht, erfordert die Verhinderung der zukünftigen Erwärmung, dass die Emission von Treibhausgasen gestoppt wird. Die bisher ehrgeizigste Anstrengung zur Verhinderung der Erwärmung ist das Pariser Abkommen. Dieses unverbindliche internationale Abkommen, das im November 2016 in Kraft getreten ist, zielt darauf ab, die Erwärmung „deutlich unter 2 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau zu halten und die Bemühungen fortzusetzen, den Temperaturanstieg noch weiter auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen“, so die Vereinten Nationen. Jeder Unterzeichner des Abkommens hat sich bereit erklärt, seine eigenen freiwilligen Emissionsgrenzwerte festzulegen und diese im Laufe der Zeit zu verschärfen. Klimawissenschaftler sagten, dass die im Rahmen des Abkommens festgelegten Emissionsgrenzen die Erwärmung nicht auf 1,5 oder gar 2 Grad Celsius begrenzen würden, sondern dass dies eine Verbesserung gegenüber dem „Business-as-usual“-Szenario darstellen würde.

Was ist der Klimawandel, und wie wirkt er sich auf die Erde aus?