Kippelemente und Klima-Domino-Effekte: Alles kann kippen

Ein Gastbeitrag von Jonas Vierung, PIK

Kipp-Elemente im Erdsystem können sich gegenseitig destabilisieren. Das Risiko sind Klima-Domino-Effekte, wenn die globale Erwärmung weiter voranschreitet. Das zeigt eine nagelneue Studie des PIK Potsdam Institut für Klimafolgenforschung.

Die Eisschilde auf Grönland und der Westantarktis sind hierbei mögliche Ausgangspunkte für Kippkaskaden, hat eine Analyse ergeben. Denn ist ihr Kipppunkt erst einmal überschritten, könnten durch die sogenannte Atlantikzirkulation auch entfernte klimarelevante Elemente wie der Amazonas-Regenwald beeinträchtigt werden.

Wechselwirkungen in diesem Klima-Netzwerk können laut der Studie "Interacting tipping elements increase risk of climate domino effects under global warming. Earth System Dynamics" die Temperaturschwellen senken, jenseits derer einzelne Kippelemente langfristig instabil werden.
"Wir liefern eine Risikoanalyse, keine Vorhersage ", sagt Ricarda Winkelmann, Leiterin des FutureLab ‚Earth Resilience in the Anthropocene‘ am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und Ko-Autorin der Studie. "Unsere Ergebnisse zeigen: Durch die Rückkopplungen werden tendenziell die kritischen Temperaturschwellen des westantarktischen Eisschildes, der Atlantikzirkulation und des Amazonasregenwaldes gesenkt, wohingegen die Temperaturschwelle für ein Kippen des grönländischen Eisschildes bei einer deutlichen Verlangsamung des Nordatlantikstroms auch angehoben werden kann. Alles in allem könnte dies bedeuten: Wir haben weniger, um unseren Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern und Kipp-Prozesse noch zu verhindern."

Domino-Effekte bereits bei 2°C Erwärmung
Bereits bei einer globalen Erwärmung von bis zu 2°C zeigt etwa ein Drittel der Simulationen Domino-Effekte, bei denen das Kippen eines Elements weitere Kippprozesse anstößt. "Wir verschieben die Chancen, und zwar nicht zu unseren Gunsten - das Risiko nimmt eindeutig zu, je mehr wir unseren Planeten aufheizen", sagt Jonathan Donges, ebenfalls Ko-Autor und Leiter des PIK FutureLab >Earth Resilience in the Anthropocene<. "Wenn der Ausstoß von Treibhausgasen und der daraus resultierende Klimawandel nicht gestoppt werden, würde die obere Grenze dieses Temperaturbereichs wahrscheinlich schon am Ende dieses Jahrhunderts überschritten werden. Bei noch höheren Temperaturen sind weitere Kipp-Kaskaden zu erwarten, mit langfristig verheerenden Auswirkungen."

Kippelemente
sind Teile des Erdsystems, die – sobald sie sich in einem kritischen Zustand befinden – als Reaktion auf Störungen große und möglicherweise unumkehrbare Veränderungen durchlaufen. Wird ein kritischer Schwellenwert überschritten, beispielsweise in der Temperatur, wären die Auswirkungen erheblich: Der Meeresspiegel würde um viele Meter ansteigen und Küstenstädte wie New York, Hamburg, Mumbai oder Schanghai bedrohen. Dies ist schon länger bekannt; nicht so gut erforscht war bislang, welche Rolle die Wechselwirkungen zwischen den Kippelementen dabei spielen.

Polar-Schmelzwasser in den Süd-Ozean
Ein Beispiel für die vielen komplexen Wechselwirkungen zwischen den Kipp-Elementen im Erdsystem: Wenn Schmelzwasser des grönländischen Eisschildes 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. Das wiederum kann laut Nico Wunderling vom PIK, dem Erstautor der Studie, "zu einer effektiven Erwärmung im Südlichen Ozean führen und damit Teile des Antarktischen Eisschildes destabilisieren. Der resultierende Anstieg des Meeresspiegels wiederum kann zu einer weiteren Destabilisierung beider Eisschilde auf Grönland wie der Antarktis beitragen."

"Nicht darauf setzen, dass sich die Unsicherheiten zum Guten wenden“
Die Wissenschaftler haben einen neuartigen Netzwerkansatz verwendet. "Unser konzeptionelles Modell ermöglicht es uns, mehr als drei Millionen Simulationen durchzuführen und dabei die kritischen Temperaturschwellen, die Interaktionsstärken und die Netzwerkstruktur zu variieren", erklärt Jürgen Kurths, Leiter der PIK-Abteilung >Komplexitäts-Forschung<. "Auf diese Weise konnten wir die erheblichen Unsicherheiten berücksichtigen, die es bei den Eigenheiten von Kipp-Wechselwirkungen gibt."

Konservativ gerechnet
"Unsere Analyse ist konservativ in dem Sinne, dass einige Wechselwirkungen und eine ganze Reihe von weiteren bekannten Kippelementen noch nicht berücksichtigt sind", so Ricarda Winkelmann. Aber: "Es steht zu viel auf dem Spiel, um darauf zu setzen, dass sich die Unsicherheiten zum Guten wenden. Darum ist eine rasche Reduzierung der Treibhausgasemissionen aus Sicht des Vorsorgeprinzips dringend notwendig, um das Risiko, Kipppunkte im Klimasystem zu überschreiten, und Domino-Effekte auszulösen, zu begrenzen."

Weitere Informationen: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung PIK
www.pik-potsdam.de