KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Die MARUM-Wissenschaftler Professor Dierk Hebbeln und Dr. Mahyar Mohtadi haben die Geschichte des Kohlendioxidaustausches zwischen Ozean und Atmosphäre erforscht.

Dr. Mohtadi entnimmt Proben des Sedimentkerns- (c) marum

Zur Seite standen ihnen Forscher-Kollegen aus den USA. Meeresablagerungen aus dem östlichen Südpazifik lieferten dafür Daten, die den Zeitraum vom Ende der letzten Eiszeit bis heute abdecken. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie nun in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature Geoscience.
Das Weltmeer spielt im Kohlenstoffkreislauf eine überragende Rolle. So nimmt es etwa die Hälfte des vom Menschen verursachten Kohlendioxids auf und mildert damit den Treibhauseffekt. In anderen Epochen der Erdgeschichte, zum Beispiel gegen Ende der letzten Eiszeit, hat der Ozean dagegen verstärkt Kohlendioxid an die Atmosphäre abgegeben und damit zur Klimaerwärmung beigetragen. Einen solchen Fall haben die Bremer Meeresgeologen Prof. Dierk Hebbeln und Dr. Mahyar Mohtadi im östlichen Südpazifik untersucht. Dabei sind sie zu überraschenden Ergebnissen gekommen.

Bislang ging die Wissenschaft davon aus, dass das Kohlendioxid, das in der Schlussphase der letzten Eiszeit aus dem Ozean in die Atmosphäre entwich, mit einer ganz bestimmten Wasserschicht, dem Antarktischen Zwischenwasser, transportiert wurde. In diese Schicht wurde das Treibhausgas am Ende der letzten Eiszeit aus dem darunter liegenden Ozeanstockwerk, dem Antarktischen Tiefenwasser, eingespeist.

Um diese Annahme zu überprüfen, untersuchten die beiden MARUM-Wissenschaftler gemeinsam mit US-amerikanischen Kollegen einen Sedimentkern, der aus 1.000 Meter Wassertiefe stammt und vor der Küste Chiles gewonnen wurde. Die Lokation, an dem der Kern aus dem Meeresboden gestochen wurde, ist von besonderer Bedeutung. Hier nämlich speist der südliche Ozean Antarktisches Zwischenwasser in den Pazifik ein. Als die Bremer Geologen ihre Proben auswerteten, war die Überraschung perfekt: “Für die Annahme, dass das Kohlendioxid aus dem tiefen südlichen Ozean stammt und von dort in das Antarktische Zwischenwasser gelangte, konnten wir keine Belege finden”, sagt Prof. Dierk Hebbeln.

Die Ablagerungen vom Meeresboden enthalten Überreste von Kleinstlebewesen, sogenannte Foraminiferen. Diese nahmen das Forscherteam näher unter die Lupe. Denn die mikroskopisch kleinen Organismen haben zu ihren Lebzeiten Kohlenstoff aus dem Antarktischen Zwischenwasser aufgenommen und in ihre Kalkschalen eingebaut. Durch geochemische Analysen konnten die MARUM-Forscher feststellen, wie lange dieser Kohlenstoff schon von der Atmosphäre abgeschnitten im Tiefenwasser verweilte. Der Befund war eindeutig: “Die Foraminiferen müssen nacheiszeitlichen Kohlenstoff aus dem Antarktischen Zwischenwasser aufgenommen haben, sagt Dr. Mohtadi. “Er stammt jedenfalls nicht aus dem eiszeitlichen Reservoir. Dafür ist er nicht alt genug.”

Diese Ergebnisse für das Antarktische Zwischenwasser zeigen also, dass der tiefe südliche Ozean nicht die Quelle für den CO2-Anstieg in der Atmosphäre am Ende der letzten Eiszeit gewesen sein kann, wie Wissenschaftler bislang annahmen. “Unsere Daten zeigen, dass ein anderer Mechanismus dafür gesucht werden muss”, sagt. Dr. Mohtadi. “Welcher dafür infrage kommt, ist indes noch ungewiss. Es könnte sein, dass eine andere Wassermasse im Pazifik für den Austausch mit der Atmosphäre verantwortlich ist”.

Um das Rätsel zu lösen, haben sich die MARUM-Wissenschaftler bereits wieder auf die Suche begeben. Derzeit analysieren sie weitere Sedimente aus dem Ostpazifik vor der Küste Chiles. Zudem planen sie, auch Meeresablagerungen aus dem westlichen Pazifik zu untersuchen. So hoffen sie, in enger Kooperation mit Kollegen aus Chile und den USA, das Kohlendioxidrätsel im Pazifik schon bald aufklären zu können.

Der Hamburger Senat hat nun doch noch beschlossen, auch das Wattenmeer der Freien Hansestadt als UNESCO-Weltnaturerbe melden zu wollen.

Kind im Watt – (c) Ingwer Hansen

Das Gebiet des niederländischen, niedersächsischen und schleswig-holsteinischen Wattenmeeres war bereits im Juni vergangenen Jahres von der UNESCO als Erbe der Menschheit anerkannt worden. Hamburg hatte sich im Januar 2008 jedoch aufgrund von Konflikten im Senat aus der gemeinsamen Anmeldung ausgeklinkt. Seitdem liegt das hamburgische Wattenmeer mit den Inseln Neuwerk und Scharhörn wie eine Exklave inmitten des Weltnaturerbes. „Seit 1990 ist das Hamburger Wattenmeer Nationalpark. Dieser hat es verdient, auch Teil des Weltnaturerbes zu werden“, sagte Hans-Ulrich Rösner, Projektleiter Wattenmeer beim WWF Deutschland. Die Umweltschutzorganisation rechnet allerdings damit, dass die Hamburger Watt-Region erst in einigen Jahren den Weltnaturerbe-Status erhalten kann.

Konkret würde ein Anschluss des hamburgischen Wattenmeeres an das fast 10.000 Quadratkilometer große Weltnaturerbe dieses um rund 1,4 Prozent erweitern. Allerdings fehlt neben dem hamburgischen Teil auch noch das dänische Wattenmeer. „Dänemark will sein Wattenmeer in diesem Jahr zum Nationalpark ernennen. Danach sollte es dann baldmöglichst einen Antrag bei der UNESCO geben, das Weltnaturerbe um den dänischen und den hamburgischen Teil des Wattenmeeres zu erweitern“, forderte Rösner. Erst dann sei das große Ziel erreicht, das gesamte Wattenmeer als UNESCO-Welterbe gesichert zu haben.

Die Anerkennung als Weltnaturerbe im Juni 2009 durch die UNESCO erfolgte aufgrund der Einzigartigkeit des Wattenmeeres auch im globalen Vergleich. Dazu gehören die weltweit größten Wattgebiete, die anhaltenden geologischen Veränderungen sowie die Artenvielfalt. So ist das Wattenmeer Drehscheibe für den Zug von rund 10 Millionen Wat- und Wasservögeln aus einem arktischen Einzugsgebiet, welches von Nordost-Kanada bis Nord-Sibirien reicht. Die Anerkennung hatte der Region eine hohe Aufmerksamkeit gebracht. Auch die Tourismuswirtschaft war begeistert, erhofft man sich davon doch eine wirtschaftliche Stabilisierung. Doch mehr Gäste können auch ein Risiko für die Natur sein, und so empfahl die UNESCO gleichzeitig mit der Anerkennung, eine Strategie für einen umweltverträglichen Tourismus im Wattenmeer entwickeln. Erste Schritte hierzu sind gemeinsam mit der Tourismuswirtschaft erfolgt und der WWF erwartet von der im März auf Sylt stattfindenden internationalen Wattenmeerkonferenz hierfür Unterstützung.

Wissenschaftler aus den USA haben festgestellt, dass Staub, der vermutlich durch die Eisschmelze in der Arktis entsteht, auch nach Nordeuropa gelangt.

Wird Nordeuropa künftig durch Staubwolken heimgesucht? – (c) G / Pixelio

Die “Rosenstiel Schule”, Institut für Atmosphärische und Meereswissenschaften in der Universität von Miami, hat beobachtet, dass Wüstensand aus Afrika bis in die Karibik und die südlichen USA geweht wird und sich während der Sommermonate als dünner Staubfilm auf Häusern und Autos niederlässt.

Nun soll es laut Joseph M. Prospero von der Uni Miami neue Beweise dafür geben, dass ähnliche Staubstürme in der Arktis, die möglicherweise durch sich auflösende Gletscher verursacht werden, ähnliche Staubablagerungen in Nordeuropa und Nordamerika bringen.

“Unsere Forschung in Island hat gezeigt, dass die meisten Staub-Aufkommen dort in Verbindung mit Staub stehen, der von Ablagerungen stammt, die durch Gletscherschmelzen entstanden sind und durch synoptische Wetterereignisse in nördliche Breiten und nach Europa getragen werden können,” sagt Prospero, Professor der Rosenstiel Schule.

Satellitendaten haben große Staub-Wolken aufgezeigt, deren Ursprünge jedoch durch anhaltende Bewölkung schwer zu erkennen waren. Die Gletscher ziehen sich in Island seit Jahrzehnten zurück und diese Tendenz wird im Zuge des Klimawandels anhalten. Prospero sagt voraus, dass die Staub-Entwicklung von neuerlichen Eisschmelzen in Island und möglicherweise auch von Gletschern der Arktis in Zukunft zunehmen wird.

“Es ist noch viel Arbeit zu tun, um die grundlegenden Prozesse und Beziehungen zwischen Klima, Niederschlag und Staub-Transport verstehen zu können,” sagte Prospero. Eine große Notwendigkeit weiterer Forschung besteht auch darin zu erfassen, ob die zunehmenden Staub-Partikeln eine gesundheitliche Bedrohung für den Menschen darstellen.

Original-Meldung der Uni Miami

Schnee in Massen, anhaltende Minustemperaturen und das soll ein Wärmerekord sein?

Vereiste Ostsee (c) Dagmar Struß

Nachdem noch vor wenigen Wochen das Jahr 2009 als das zweitwärmste Jahr, der vergangene November sogar als der wärmste November der letzten 130 Jahre vorgestellt wurden, haben seit Mitte Dezember Schnee, Eis und Wind weite Teile der Nordhalbkugel fest im Griff. Von Sibirien bis an die Westküste der USA erstreckt sich das Band der aktuellen Kältewelle. Flugzeuge bleiben am Boden, Dächer stürzen ein, Norddeutschland wird zum vorübergehenden Ski-Paradies und in den USA sitzen Hunderttausende während des “Snowmaggedons” im Dunkeln. Vor diesem Hintergrund und entgegen unserer Wahrnehmung mag die Nachricht überraschen, dass der Januar 2010 global einen neuen Wärmerekord aufgestellt hat.

Neueste Satellitenaufzeichnungen lassen keinen Zweifel zu: Innerhalb der letzten 32 Jahre waren die bodennahen Temperaturen im Januar noch nie so hoch wie in diesem Januar (0,72 Grad gegenüber dem 32jährigen Mittelwert). Nicht einmal im Januar des Jahres 1998, welches bis dato als das wärmste Jahr seit Beginn der meteorologischen Temperaturmessungen galt, wurde der Wert von 2010 erreicht. Diese Aussage wird zusätzlich noch durch die Boden- und Meeresstationen des staatlichen US-Wetterdienstes NOAA bestätigt, welche den Januar 2010 zum viertwärmsten Januar seit Beginn der Aufzeichnungen im 19. Jahrhundert zählt (0,6 Grad über dem Durchschnitt des 20. Jahrhunderts).

Die Bestätigung des Temperaturtrends durch die Boden- und Meereswerte ist dabei insbesondere für viele Klima-Skeptiker lehrreich, die bis zuletzt an der Gültigkeit von Bodenmessungen zweifelten und die Erwärmung auf den Effekt städtischer Wärmeinseln zurückführten. Die in den aktuellen Messungen sichtbare Übereinstimmung ähnlicher Messungen mithilfe unterschiedlicher Methoden ist ein Beleg dafür, dass die Gültigkeit doch vorliegt.

Doch wie lässt sich der außerordentlich warme Januar weltweit erklären, obwohl hier zu Lande unsere Thermometer seit Wochen nun schon Fröstel-Werte anzeigen? Nun, zunächst einmal besteht unser Globus – und damit auch die für die globale Durchschnittstemperatur relevanten Gebiete – nicht nur aus den Landflächen Europas und der USA, sondern auch aus einer Südhemisphäre, auf der gegenwärtig ein außerordentlich starkes El-Nino-Phänomen die Temperaturen im Pazifik-Raum stark erhöht. Hinzu kommt, dass, während die durchschnittlichen Temperaturen in Deutschland mit -3,7 °C deutlich unter dem vieljährigen Mittelwert (-0,5°C) lagen2, unüblich hohe Temperaturen hingegen auf Grönland, der Arktis und Nordkanada gemessen wurden. So ist beispielsweise bei frühlingshaften 12 Grad in Vancouver – ganz zum Leid der Organisatoren – von Olympia-Atmosphäre bislang nur wenig zu spüren.

Ironischerweise scheint jedoch ein Etappenziel der Stadtväter bereits jetzt schon erreicht: Vancouver bis 2020 zur “grünsten Stadt der Welt” werden zu lassen. Dass dieses Ziel allerdings ausgerechnet mit Beginn der Winterolympiade erreicht würde, damit hatte man in Vancouver sicherlich nicht gerechnet. Ein sehr ähnliches Bild zeigt sich in der Arktis, wo nach einem Tiefstand im Herbst 2007 und einer anschließenden anfänglichen Erholung der arktischen Meereseisfläche Ende Januar 2010 ein erneuter Negativrekord erreicht wurde.

Die Ursache für die ungewöhnlichen Temperaturmuster auf der Nordhalbkugel ist vielschichtig und vor allem in einer seltenen, aber nicht einmaligen Anordnung der Tief- und Hochdruckgebiete über Island bzw. den Azoren zu suchen. Seit Wochen schon herrscht über den nördlichen Breiten (Island) ein höherer Luftdruck als über den Breitengraden Südeuropas. Die Folge ist, dass anstelle von normalerweise vorherrschenden milden Westwinden nun eiskalte arktische Luftmassen bis nach Westeuropa bzw. an die Ostküste der USA vordringen.

Ob diese Laune der Natur allerdings auch in Zukunft vermehrt auftreten wird, kann bislang nicht eingeschätzt werden. Im Gegenteil: Es werden aufgrund der erhöhten Treibhausgaskonzentrationen eher mildere Winter erwartet.

Fazit: Wer die aktuelle Kältewelle auf der Nordhalbkugel zum Anlass nimmt die globale Erwärmung in Frage zu stellen (siehe u.a. FOCUS-Titelthema im Januar 2010: “Fällt die Klimakatastrophe aus?”), verwechselt die Begriffe Wetter und Klima. Regional ungewöhnliche Wetterlagen weichen oftmals vom langjährigen Trend der Globaltemperatur ab. Global und über mehrere Jahrzehnte betrachtet ist der Aufwärtstrend der Temperaturen jedoch auch in 2010 ungebrochen. Vor dem Hintergrund eines starken El-Nino-Phänomens erwarten sowohl das britische MetOffice des Hadley Centers als auch das amerikanische Goddard Institute of Space Studies der NASA (GISS) sogar, dass dieses Jahr womöglich einen neuen Temperaturrekord setzen könnte.

Hier finden Sie das Germanwatch-Hintergrundpapier inkl. interessanter Abbildungen und Quellenangaben.

Das Forschungsschiff Polarstern legte jetzt erstmalig in Wellington, Neuseeland, an.

Das deutsche Forschungsschiff Polarstern in der Antarktis – (c) Hannes Grobe, AWI

Dies ist das Ende eines zweimonatigen Expeditionsabschnitts mit meeresgeologischem Schwerpunkt, der in Punta Arenas, Chile, gestartet war.
Den kurzen Hafenaufenthalt nutzen Vertreter aus Wissenschaft und Politik, um sich im Rahmen eines Empfangs an Bord auszutauschen und die gute Zusammenarbeit zu vertiefen.

Zur Zeit begibt sich die Polarstern mit neuer Besatzung, neuem wissenschaftlichen und technischem Personal auf den Weg zurück nach Punta Arenas. Geophysikalische Messprofile werden vom östlichen Rossmeer entlang des gesamten Kontinentalrandes von Marie-Byrd-Land aufgenommen, um das existierende Datennetz des Rossmeeres mit den Messprofilen im Amundsen- und Bellingshausenmeer zu verbinden.

Die Wissenschaftler um Fahrtleiter Dr. Karsten Gohl vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft möchten die hier bestehende große Datenlücke schließen. Ziel dieser Arbeiten ist es, die Topographie des Meeresbodens jetzt und in der geologischen Vergangenheit zu bestimmen und damit die Grundlage für langfristige Klimasimulationen zu schaffen. Hauptarbeitsgebiet ist anschließend die Pine-Island-Bucht, bekannt für die dort seit kurzer Zeit beschleunigt stattfindenden Rückzüge der Pine-Island- und Thwaites-Gletschersysteme. Die Rekonstruktion der dynamischen Veränderungen des westantarktischen Eisschilds soll helfen die derzeitigen Veränderungen mit ihrem möglichen Einfluss auf einen verstärkten Meeresspiegelanstieg besser zu verstehen und steht im Mittelpunkt der geophysikalischen und geologischen Untersuchungen. Geothermische Wärmeflussmessungen sollen Einblick liefern in jüngere vulkanische Aktivitäten, die einen Einfluss auf das Fließverhalten des Eisschildes haben können. Ozeanographische Messungen sollen eine der möglichen Ursachen für den augenblicklichen Rückzug der Gletscher erklären helfen.

Insgesamt 1000 Meter Sedimentkerne (Gewicht etwa elf Tonnen) haben die 43 Expeditionsteilnehmer des gerade beendeten Fahrtabschnitts unter der Leitung des Geologen Dr. Rainer Gersonde vom Alfred-Wegener-Institut auf der 9400 Seemeilen (17.000 km) langen Forschungsreise von Chile nach Neuseeland an 70 Stationen gesammelt. Das einzigartige Material wird erstmals detaillierten Aufschluss über die Klimageschichte der letzten 400.000 bis 4 Millionen Jahre in diesem bislang kaum erforschten aber für die Klimaentwicklung wichtigen Raum geben. Wissenschaftler aus sechs Nationen, darunter auch Neuseeland, werden die Entwicklungsgeschichte des Antarktischen Zirkumpolarstroms, der Meereisverbreitung und seines Einflusses auf die Änderungen von Treibhausgaskonzentrationen sowie Abschmelzereignisse des westantarktischen Eisschildes und ihren Einfluss auf die globale Ozeanzirkulation unter Einsatz modernster Methoden gemeinsam untersuchen. Dabei geht es auch um die Erfassung von klimawirksamen Wechselwirkungen zwischen dem polaren Südpazifik, den tropischen und nordpolaren Breitenregionen während vergangener Kalt- und Warmzeiten.

Solche klimarelevanten Fragestellungen stehen auch im Fokus eines geplanten Tiefseebohrprojektes im Rahmen des “Integrated Ocean Drilling Program” (IODP) im antarktischen Pazifik. Die beiden laufenden Expeditionsabschnitte liefern die Datenbasis zur Auswahl der Bohrstellen des IODP. Wissenschaftler aus aller Welt wollen mit den künftig zu erbohrenden Tiefseesedimenten bis zu 40 Millionen Jahre in die geologische Vergangenheit zurück schauen.

Neben Geologen und Geophysikern nutzen auch Biologen, Chemiker, Ozeanographen und Wissenschaftler vieler weiterer Disziplinen den Forschungseisbrecher regelmäßig für ihre Untersuchungen. So ist diese insgesamt 50. Expedition (unterteilt in etwa 200 Fahrtabschnitte) ein gutes Beispiel für die multidisziplinäre Ausrichtung der Polarstern, die seit 1985 in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten unterwegs ist. Sie ist die Plattform für Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts und ihre Kooperationspartner, und trägt dazu bei, die komplexen Zusammenhänge im System Erde zu entschlüsseln. Vor allem das Ziel, die treibenden Kräfte und Fluktuationen im Klimageschehen zu verstehen, steht im Mittelpunkt der Forschung.

Als einen entscheidenden Fortschritt für den Gesundheits- und Klimaschutz wertet die Deutsche Umwelthilfe e.V. (DUH) das Urteil des Berliner Verwaltungsgerichts zur Umweltzone.

(c) Danny König / Pixelio

„Das Urteil wird zu einer Verschärfung aller anderen Umweltzonen in Deutschland führen,“ sagte Jürgen Resch, Bundesgeschäftsführer der DUH. „Neben Berlin wird in etlichen Umweltzonen ab dem 1.Januar 2010 die Einfahrt für Fahrzeuge mit roten und gelben Plaketten verboten. Das bewundernswert klare Urteil des Berliner Verwaltungsgerichts ist eine schallende Ohrfeige für den ADAC.“ Der ADAC unterstützt in mehreren Städten Musterklagen von Autofahrern und bestreitet den nachgewiesenen Rückgang der Feinstaubemissionen in Umweltzonen. Damit versuche der ADAC eines der wichtigsten Steuerungselemente für die Luftqualität in Städten zu demontieren. „Mit diesem Urteil ist auch der letzte Versuch der Dieselstinker-Lobbyisten gescheitert, die Scharfstellung der Berliner Umweltzone zum 1. Januar 2010 zu stoppen,“ sagte Resch.

Resch forderte die Besitzer von Dieselfahrzeugen auf, noch bis zum 31. Dezember 2009 die Barförderung von 330 Euro für den Einbau eines Dieselrußfilters zu nutzen. Die DUH werde in Berlin und Hannover mit verstärkten „Feinstaub-Kontrollen“ ab Januar 2010 prüfen, ob dann tatsächlich nur noch Fahrzeuge mit grüner Plakette in den Umweltzonen unterwegs sind. Stichprobenartige Zählungen der DUH an der Messstation am Potsdamer Platz in Berlin hatten im Juni 2009 ergeben, dass sechs Prozent der Fahrzeuge regelwidrig ganz ohne Plakette bzw. mit einer roten Plakette in der Umweltzone unterwegs waren. Fahrzeuge mit gelber Plakette können mit einem Dieselrußfilter nachgerüstet werden und erhalten dann eine grüne Plakette für die Einfahrt in die Umweltzone.

Die Berliner Richter haben jetzt die Klagen von elf  Klägern mit Unterstützung des ADAC gegen die Umweltzone in Berlin abgewiesen. Das Verwaltungsgericht hat damit die Messdaten der Berliner Senatsverwaltung bestätigt, dass die Umweltzone die verkehrsbedingte Feinstaub- und Stickoxidbelastung entscheidend reduziert. Das Gericht stellte klar, dass es nicht um ein völliges Fahrverbot gehe, sondern den Ausschluss der am höchsten emittierenden Fahrzeuge. Die Senatsverwaltung habe die Verantwortung, die Gesundheit seiner Bürger vor akuter Gefährdung zu schützen, weil die Feinstaub-Grenzwerte an der Messstelle Frankfurter Allee 2009 an bereits 37 Tagen überschritten wurden. Das Gericht bestätigt damit die Notwendigkeit einer drastischen Reduktion der zu hohen Stickoxid- und Dieselrußpartikelemissionen.

Die Berliner Umweltzone hat gezeigt, wie effektiv Umweltzonen die klima- und gesundheitsschädlichen Dieselrußpartikel reduzieren. Innerhalb eines Jahres sind Dieselrußbelastungen um bis zu 24 Prozent im gesamten Berliner Stadtgebiet zurückgegangen. Resch geht davon aus, dass die rund 40 deutschen Kommunen mit Umweltzonen als Folge der ab 2010 zusätzlich einzuhaltenden Stickstoffdioxid-Grenzwerte dem Beispiel von Berlin und Hannover folgen werden und nurmehr Fahrzeuge mit grünen Plaketten einfahren lassen. Die damit verbundene Reduzierung der Rußemissionen ist nach Erkenntnissen der NASA auch ein Beitrag zum Klimaschutz, da der Dieselruß das Abschmelzen der Gletscher beschleunigt. Weniger Ruß schützt die Arktis.

Das Wissenschaftsmagazin “Proceedings of the National Academy of Sciences” veröffentlicht in einem Sonderschwerpunkt neue wissenschaftliche Erkenntnisse über Kippelemente im Klimasystem.

PNAS-Titelbild – (c) Gletscher Ulrich Heim (Lübeck), Methanblasen AWI, Staubwolke NASA, Amazonas-Regenwald Greenpeace

Kippelemente sind als Bestandteile des Erdsystems identifiziert worden, die schon durch geringe Störungen grundsätzlich verändert werden können. Das Kippen eines oder mehrerer dieser Elemente – insbesondere im Laufe fortschreitender Erderwärmung – könnte die bemerkenswert stabilen Umweltbedingungen der Nacheiszeit unwiderruflich beenden.

Der Schwerpunkt der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift wurde inhaltlich von Hans Joachim Schellnhuber, dem Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) gestaltet. Die Veröffentlichung ist auch ein grundlegender Beitrag zur Nachhaltigkeitsforschung. Die beteiligten Autoren analysieren im Einzelnen acht bedeutende Elemente des Erdsystems. Drei davon, die größte Staubquelle unseres Planeten sowie ozeanische Stoffkreisläufe und Methanhydrate werden erstmals eingehend als potenzielle Kippelemente diskutiert.

„Es ist die Kardinalfrage der Erdsystem- und Nachhaltigkeitsforschung, ob die Erderwärmung zu singulären Veränderungen kritischer Bestandteile der planetarischen Maschinerie führen kann“, sagt Schellnhuber. Singuläre – im Gegensatz zu stetigen linearen und nichtlinearen Veränderungen – würden die Umweltbedingungen drastisch verändern, unter denen menschliche Zivilisationen entstanden sind und sich über Jahrtausende entwickelt haben. „Gegenwärtig funktioniert das Klimasystem noch im Holozän-Modus, doch die hier vorgestellten Forschungsergebnisse belegen, dass ein Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um mehr als zwei Grad Celsius das System in den Bereich singulärer Veränderungen drücken könnte und daher verhindert werden muss“, so Schellnhuber weiter.

Der PIK-Forscher hat das Konzept der Kippelemente vor etwa zehn Jahren in den wissenschaftlichen Diskurs eingebracht. Es beschreibt, wie menschliche Aktivitäten Bestandteile des Klimasystems über kritische Grenzen hinaus belasten könnten, sodass wichtige Prozesse im Gesamtgefüge „kippen“ und von da an grundsätzlich anders ablaufen. In einem 2008 veröffentlichten und vielfach zitierten Artikel hatten Tim Lenton von der britischen University of East Anglia und Hans Joachim Schellnhuber eine formale Definition und eine Liste der neun Kippelemente präsentiert, die von besonderer politischer Relevanz sind. Auf fünf dieser Elemente wird in der vorliegenden Sonderausgabe näher eingegangen: das Klimaphänomen El Niño/Südliche Oszillation (ENSO), das Arktische Meereis und die großen polaren Eisschilde, den Amazonas-Regenwald, die Monsunsysteme sowie die Zirkulation von Meeresströmungen im Atlantik.

Matthias Hofmann und Stefan Rahmstorf vom PIK diskutieren das letztgenannte Thema der Stabilität der so genannten Thermohalinen Atlantischen Umwälzströmung. Die Autoren präsentieren neue Modellsimulationen der Zirkulation unter zunehmenden Süßwassereinstrom in den Nordatlantik. Diese stehen im Widerspruch zur Hypothese, nach der die simulierte Abschwächung der Zirkulation und die Möglichkeit einer abrupten Veränderung durch Fehler der Modelle zustande kämen. Vielmehr zeigten die Projektionen weiter entwickelter Modelle, dass der Strömungskreislauf anfälliger sei als bislang angenommen.

Eine Forschergruppe um Anders Levermann vom PIK zeigt, dass jedes Monsunsystem durch die Möglichkeit eines abrupten Abbruchs gekennzeichnet ist. Dies beruht auf der so genannten Feuchte-Advektions-Rückkopplung, die Kern der Monsunsysteme ist. Die Autoren des Artikels haben diesen sich selbst verstärkenden Effekt, der die Luftzirkulation zwischen Land und Meer aufrecht erhält aber auch unterbrechen kann, in einem konzeptionellen Monsunmodell abgebildet. Von der Regelmäßigkeit der Monsunniederschläge hängt die landwirtschaftliche Nahrungsmittelversorgung von mehreren Hundert Millionen Menschen in den Monsunregionen ab.

David Archer von der University of Chicago und seine Koautoren liefern Argumente dafür, Methanhydrate in Sedimenten am Meeresgrund als „langsames Kippelement“ im Klimasystem der Erde zu betrachten. Ein globaler Temperaturanstieg von etwa drei Grad Celsius könnte – über Jahrtausende – mehr als die Hälfte des eingelagerten Methans freisetzen, das sind geschätzte 940 Milliarden Tonnen Kohlenstoff. Dies wiederum könnte die globale Mitteltemperatur um bis zu 0,5 Grad Celsius ansteigen lassen. Die Autoren führen diesen Temperaturanstieg auf die Wirkung des Treibhausgases Methan zurück. Er würde jedoch über viele Jahrtausende anhalten, da Methan innerhalb etwa eines Jahrzehnts zu Kohlendioxid oxidiert wird, das über Jahrtausende klimawirksam ist.

Ulf Riebesell und seine Kollegen vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) beschreiben die Ozeane als Bestandteil des Klima-Systems, der derzeit deutlich verändert wird. Die Meere erwärmen sich und das Milieu des Wassers wird durch die Aufnahme von Kohlendioxid saurer bzw. weniger basisch. Weiterhin zunehmende Emissionen von Treibhausgasen könnten die Stoffkreisläufe von Kohlenstoff und Nährstoffen in den oberflächennahen Wasserschichten verändern und ganze marine Ökosysteme schädigen. Nach gegenwärtigem Wissensstand könne die Frage noch nicht beantwortet werden, ob es Kipppunkte in der Meeresumwelt gibt, schließen die Autoren. Einige der projizierten biogeochemischen Veränderungen der Ozeane könnten jedoch schwerwiegende Folgen haben.

Mojib Latif und Noel Keenlyside, ebenfalls vom IFM-GEOMAR, fassen den Wissensstand über die komplizierten Mechanismen des Klimaphänomens El Niño/Südliche Oszillation (ENSO) zusammen. Es kann von einem Jahr aufs andere Temperaturen und Niederschläge im tropischen Pazifik stark verändern und hat vielfältige Auswirkungen auf das Klimasystem der Erde. Heutige Modelle könnten das mögliche Kippverhalten des ENSO-Phänomens jedoch nicht erfassen, schließen die Autoren. Angesichts der möglicherweise schwerwiegenden Folgewirkungen auf biologische, chemische und sozioökonomische Systeme muss die Frage weiter untersucht werden, ob die Erderwärmung die Dynamik des Phänomens grundlegend verändern könnte.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Richard Washington von der University of Oxford hat die größte Staubquelle unseres Planeten, die Bodélé-Senke in Tschad, als potentielles Kippelement identifiziert. Von dieser Fläche in der südlichen Sahara werden in riesigen Wolken bis zu 700.000 Tonnen Staub in Richtung Atlantik und Amazonasbecken verweht. Die Verfasser legen dar, wie die so aufgewirbelten mineralischen Luftschwebstoffe Kontinente übergreifende klimatische und biophysische Rückkopplungsmechanismen maßgeblich beeinflussen. Sollten sich aufgrund menschlicher Eingriffe regionale Windverhältnisse oder die Oberflächenbeschaffenheit der Bodélé-Senke verändern, könnte die Staubmenge innerhalb eines Jahres stark verändert werden.

Forscher um Yadvinder Malhi, ebenfalls von der University of Oxford, haben mit 19 verschiedenen globalen Klimamodellen untersucht, ob der Klimawandel zu einem großflächigen Absterben des Amazonas-Regenwalds führen könnte. Der Analyse liegt ein Szenario mit im Laufe dieses Jahrhunderts stetig zunehmenden Emissionen von Treibhausgasen zugrunde. Die Ergebnisse deuten darauf, dass Teile des Waldes in der Trockenzeit unter Wasserstress geraten könnten. Die Forscher liefern zudem Hinweise, dass der Amazonas-Regenwald charakteristische Eigenschaften eines Kippelements aufweist und sich zu einem tropischen saisonalen Wald verändern könnte.

In seinem Artikel über mögliche Schwellenwerte beim Rückgang von Meereis und kontinentaler Eisschilde schließt Dirk Notz vom Max-Planck-Institute für Meteorologie, dass Kipppunkte eher für den Rückgang des Grönländischen und des Westantarktischen Eisschilds bestehen könnten als für den Schwund des arktischen Meereises, das sich in einem kühleren Klima wieder bis zu früheren Werten ausdehnen könnte. Eisschilde auf dem Land könnten bei regionaler Erwärmung weit anfälliger sein, da sie im Gegensatz zum arktischen Meereis nicht durch innere Rückkopplungsmechanismen stabilisiert würden. Das Zerrinnen der großen Eisschilde könnte den Meeresspiegel in den nächsten Jahrhunderten um mehrere Meter ansteigen lassen.

Um eine Aktivierung der Kippelemente zu verhindern fordern der Nobelpreisträger Mario Molina von der University of California in San Diego und seine Koautoren rasches Handeln von Entscheidungsträgern in Politik und Wirtschaft. Die Autoren schlagen vor, das Montreal-Protokoll auf klimawirksame Stoffe auszuweiten. Insbesondere der Einsatz von Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffen sollte rascher völlig eingestellt und Emissionen von Ruß massiv reduziert werden.

„Nach zwei verlorenen Jahrzehnten im Klimaschutz seit Erscheinen des Weltklimaberichts von 1990 ist zweifelhafter denn je, ob es der Gesellschaft gelingen wird, die Gefahren der globalen Umweltveränderungen auf ein tolerierbares Maß zu begrenzen“, sagt Hans Joachim Schellnhuber. Das Forschungsgebiet der Kippelemente entwickle sich rasch zu einem bedeutenden Wissenschaftsbereich, die entscheidenden Forschungsfragen stellten jedoch noch immer große wissenschaftliche Herausforderungen dar. Keiner der untersuchten Gegenstände könnte künftig außer Acht gelassen werden, weil etwa anthropogene Einflüsse als Auslöser irregulären Verhaltens ausgeschlossen werden könnten. Ebenso wäre die Forschung bei keinem der diskutierten Kipp-Elemente schon so weit, dass man die Aktivierungstemperaturen oder Reaktionszeiten quantifizieren könnte. „Viele der Veröffentlichungen weisen den Weg für weitere Forschungen, aber es scheint, als müssten wir mindestens ein weiteres Jahrzehnt in quälender Ungewissheit über die potenziell bedrohlichsten Auswirkungen der globalen Erwärmung leben“, sagt Schellnhuber.

Die Einleitung ist vorab im Volltext erschienen:

Hans Joachim Schellnhuber (2009) Tipping Elements in Earth Systems Special Feature: Tipping elements in the Earth System. PNAS Online-Vorabausgabe vom 7. Dezember 2009, doi:10.1073/pnas.0911106106 (pdf, engl.)

Eine neue wissenschaftliche Studie warnt, dass der Meeresspiegel deutlich schneller ansteigen könnte als bislang erwartet.

IPCC-Bericht 2007 berücksichtigte nicht ausreichend den Eisverlust in Grönland und Antarktis – (c) Gabi Huckelmann / Pixelio

Die Autoren, Martin Vermeer von der Helsinki University of Technology in Finnland und Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) werteten Meeresspiegel- und Temperaturmessungen aus den vergangenen 130 Jahren aus. Die Daten belegen, dass die Geschwindigkeit des Meeresspiegelanstiegs maßgeblich von der globalen Mitteltemperatur beeinflusst wird.

„Seit 1990 ist der Meeresspiegel jährlich um 3,4 Millimeter gestiegen, doppelt so schnell wie im Durchschnitt des 20. Jahrhunderts“, sagt Stefan Rahmstorf. Bliebe es bei dieser Rate, würde das im 21. Jahrhundert zu einem Anstieg um 34 Zentimeter führen. „Aber die Daten zeigen deutlich: Je wärmer es wird, umso schneller steigt der Pegel. Wenn wir einen galoppierenden Anstieg des Meeresspiegels verhindern wollen, sollten wir die Erderwärmung so schnell wie möglich stoppen“, so Rahmstorf weiter.

Der Zusammenhang zwischen der Rate des Meeresspiegelanstiegs und der globalen Mitteltemperatur wurde zuerst im Jahr 2007 von Rahmstorf in einem Artikel im Wissenschaftsmagazin „Science“ beschrieben. Die neue Studie baut darauf auf. Die frühere Gleichung wurde erweitert, um die kurzfristigen Reaktionen des Meeresspiegels zu erfassen. Auf diese Weise wird der physikalische Zusammenhang besser und mit weit größerer Präzision abgebildet. Zudem haben Vermeer und Rahmstorf die neuesten Datensätze wie Satellitenmessungen bis zum Jahr 2008 einbezogen und die künstliche Wasserspeicherung in Stauseen berücksichtigt, durch die der Pegel global etwa drei Zentimeter tiefer liegt.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass selbst bei einem relativ niedrigen Treibhausgas-Emissionsszenario mit einer Erwärmung um zwei Grad Celsius im 21. Jahrhundert der Meeresspiegel wahrscheinlich um mehr als einen Meter ansteigen wird. Das höchste Emissionsszenario mit einem Temperaturanstieg von mehr als vier Grad Celsius im 21. Jahrhundert hätte in dieser Zeit einen Anstieg um mehr als 1,4 Meter zur Folge. Werden sämtliche Emissionsszenarien und die geschätzten Unsicherheiten berücksichtigt, ergeben sich Werte zwischen 0,75 und 1,9 Meter – in Übereinstimmung mit einer anderen Abschätzung von bis zu zwei Metern bis 2100, die die Dynamik der großen Eisschilde berücksichtigt.

„Noch bemerkenswerter als die Maximalwerte des Meeresspiegelanstiegs ist die uhrwerkartige Präzision mit der die Temperatur – auf klimatischen Zeitskalen – den Anstieg des Meeresspiegels antreibt“, sagt Vermeer. Die Ergebnisse der Studie zeugten auch von der hohen Qualität der vorhandenen Temperatur- und Pegeldatensätze, die verwendet wurden, „akribisch abgeleitet von Werten, die über ein Jahrhundert hinweg und an weltweit verteilten Stationen gemessen wurden“, fügt Vermeer hinzu.

Der projizierte Anstieg ist etwa dreimal so hoch wie die Abschätzung aus dem vierten Sachstandsbericht des Weltklimarates IPCC von 2007, die den Eisverlust in Grönland und der Antarktis nicht vollständig berücksichtigt. Ein so starker Anstieg wäre eine existentielle Bedrohung vieler Küstenstädte und einer Reihe kleiner Inselstaaten. Sie wird nur zu vermeiden sein, wenn der Ausstoß von Treibhausgasen drastisch und schnell sinkt.

Küstengebiete entlang der Nordsee. Rot gefärbt sind Landgebiete, die niedriger als zwei Meter über dem gegenwärtigen mittleren Meeresspiegel liegen (ohne Berücksichtigung von Küstenschutzmaßnahmen). Quelle: Brooks et al., 2006 [Ausschnitt aus dem Original]

Nach den Studienergebnissen hätten Verzögerungen schwerwiegende Folgen, da frühe Verringerungen des Treibhausgas-Ausstoßes den Meeresspiegelanstieg deutlich effektiver bremsen als späte. Um den Anstieg des Meeresspiegels auf weniger als einen Meter zu begrenzen, sind wahrscheinlich noch deutlich raschere Emissionsreduzierungen notwendig, als zur Begrenzung des Temperaturanstiegs auf zwei Grad Celsius erforderlich sind. Das so genannte 2 Grad-Ziel wird mittlerweile von vielen Staaten angestrebt.

Originalveröffentlichung:

Vermeer, M., Rahmstorf, S. (2009) Global sea level linked to global temperature. Proc Natl Acad Sci USA