Am 27. November veröffentlichte ein renommiertes Autorenteam im Magazin "Nature" den Artikel: „Climate tipping points — too risky to bet against“. Die Autoren sind: Timothy M. Lenton, Johan Rockström, Owen Gaffney, Stefan Rahmstorf, Katherine Richardson, Will Steffen und Hans Joachim Schellnhuber. Den Text haben wir hier frei für Sie übersetzt. Aufgrund des komplexen Themas ist uns dies sicherlich inhaltlich nicht immer gelungen, wir bitten dies zu berücksichtigen.

"Politiker, Wirtschaftler und sogar einige Naturwissenschaftler gehen tendenziell davon aus, dass es recht unwahrscheinlich ist, dass es auf der Erde zu der Überschreitung von Kipppunkten kommen wird, nicht zuletzt, da man glaubt, darüber noch zu wenig zu wissen. Dennoch mehren sich die Hinweise, dass diese Ereignisse wahrscheinlicher sein könnten, als angenommen. Würde es soweit kommen, hätten diese, da ist man sich sicher, enorme Auswirkungen. Die verschiedenen biophysikalischen Systeme sind miteinander verflochten, langfristige, irreversiblen Veränderungen wären eine mögliche Folge.

In dem Artikel werden die Erkenntnisse über die Gefahr der Überschreitung von Kipppunkten zusammengefasst. Der Text identifiziert zudem Wissenslücken und erörtert, wie diese geschlossen werden können. Auch werden die Auswirkungen und die Geschwindigkeit solcher großen Veränderungen ergründet und analysiert. Auch geht es darum, ob solche Entwicklungen überhaupt noch kontrolliert werden können.
 
Nach Meinung der Autoren trägt die Berücksichtigung von Kipppunkten sehr gut dazu bei, zu erkennen, dass wir uns tatsächlich in einer Klimakrise befinden. Auch gehen sie davon aus, dass dies dazu führt, dass die diesjährigen eindringlichen Appelle nach Klimaschutzmaßnahmen - von Schülern über Wissenschaftler bis hin zu Städten und Ländern - mehr Gehör finden werden.

Das „Intergovernmental Panel on Climate Change“ (IPCC), gerne auch als Weltklimarat bezeichnet, hat vor zwei Jahrzehnten den Begriff der Kipppunkte eingeführt. Damals wurden diese "großen Diskontinuitäten" im Klimasystem nur dann als wahrscheinlich angesehen, wenn die globale Erwärmung 5 °C über dem vorindustriellen Niveau läge. Ausgehend von den Ergebnissen der beiden jüngsten IPCC-Sonderberichte (veröffentlicht 2018 und im September dieses Jahres) deutet jedoch vieles darauf hin, dass die Kipppunkte bereits bei einer Erwärmung zwischen 1 und 2 °C überschritten werden können.

Sollten die derzeitigen nationalen Zusagen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen umgesetzt werden – selbst dahinter steht allerdings ein großes Fragezeichen - dürften sie zu einer globalen Erwärmung von mindestens 3 °C führen. Dies geschieht trotz des Ziels der Pariser Vereinbarung von 2015, die Erwärmung auf deutlich unter 2 °C zu begrenzen. Einige Wirtschaftler, die davon ausgehen, dass Klima-Kipppunkte sehr unwahrscheinlich sind (auch wenn sie katastrophal wären), haben festgestellt, dass eine Erwärmung von 3 °C aus Kosten-Nutzen-Sicht optimal sei. Wenn es jedoch wahrscheinlicher erscheint, dass es schon früher zu Kippmomenten kommen könnte, dann läge die die Empfehlung für eine "optimale Politik", gemäß einfacher Kosten-Nutzen-Klima-Wirtschaftsmodelle, näher an den jüngsten IPCC-Berichten. Mit anderen Worten, die Erwärmung muss auf 1,5 °C begrenzt werden und das erfordert Sofortmaßnahmen.

Die Autoren sind der Auffassung, dass mehrere Kryosphären-Kipppunkte gefährlich nahe beieinander liegen. Nur eine Verringerung der Treibhausgasemissionen könnte die unvermeidliche Anhäufung von Auswirkungen verlangsamen, was bezüglich einer möglichen Anpassung an veränderten Gegebenheiten, Zeit verschaffen könnte.

Forschungsarbeiten des letzten Jahrzehnts lassen vermuten, dass die Umschließung der Westantarktis durch das Amundsenmeer einen Kipppunkt überschritten haben könnte, da sich die Linie, an der sich Eis, Ozean und Grundgestein treffen, unwiderruflich zurückzieht, das zeigt auch eine Fallstudie. Denn würde dieser Sektor zusammenbrechen, könnte das den Rest des Eises in der Westantarktis destabilisieren, dass dann wie Dominosteine kippt, was wiederum zu einem Anstieg des Meeresspiegels von etwa 3 Metern in einem Zeitraum von Jahrhunderten bis Jahrtausenden führt. Steinzeitliche Erkenntnisse zeigen, dass ein so weit verbreiteter Zusammenbruch des Eises der Westantarktis in der Vergangenheit immer wieder vorkam.

Neueste Daten verdeutlichen, dass ein Teil des ostantarktischen Eises - das Wilkesbecken - ähnlich instabil sein könnte. Simulation deuten darauf hin, dass das den Meeresspiegel auf einer Zeitskala von mehr als hundert Jahren hinaus um weitere 3 bis 4 m erhöhen könnte.

Das grönländische Eis schmilzt mit zunehmender Geschwindigkeit, was über Jahrtausende hinweg einen Meeresspiegelanstieg von weiteren 7 m bedeuten könnte, sollte eine bestimmte Schwelle überschritten werden. Darüber hinaus schmilzt das Eis, wenn es in der Höhe abnimmt schneller, da es an seiner Oberfläche einer immer wärmeren Luft ausgesetzt ist. Modelle deuten darauf hin, dass das grönländische Eis bei 1,5 °C Erwärmung komplett verschwinden könnte. Das könnte bereits 2030 der Fall sein!

So könnten wir vielleicht bereits zukünftige Generationen dazu genötigt haben, mit einem Meeresspiegelanstieg von rund 10 m über Jahrtausende hinweg zu leben. Aber noch haben wir die Möglichkeit, dass es nicht so weit kommt. Denn die Schmelzleistung hängt von der Erwärmung über dem Kipppunkt ab. Bei 1,5 °C könnte es 10.000 Jahre dauern, bis sie sich entfalten, bei mehr als 2 °C wären es wohl weniger als 1.000 Jahre. Um genau herauszufinden, ob Eisflächen einen Kipppunkt erreichen, sind mehr Messdaten nötig und bessere Simulationsmodelle notwendig. Noch ist man durch die vorhandenen Daten zu limitiert, um exakt vorherzusagen zu können, wie schnell das Eis zusammenbrechen könnte.

Aber was auch immer Daten zeigen mögen, es müssen jetzt Maßnahmen ergriffen werden, um den Anstieg des Meeresspiegels zu verlangsamen. Dies wird notendige Anpassung erleichtern, einschließlich eventuell notwendiger Umsiedlungen von großen, niedrig gelegener Bevölkerungszentren.

Ein weiterer wichtiger Impuls zur Begrenzung der Erwärmung auf 1,5 °C ist, dass auch bereits bei einer geringen Erderwärmung andere Kipppunkte ausgelöst werden können. Die neuesten IPCC-Modelle projizierten eine Reihe von abrupten Verschiebungen zwischen 1,5 °C und 2 °C, von denen einige mit Meereis verbunden waren. Dieses Eis schrumpft in der Arktis bereits rapide, was darauf hindeutet, dass für die Region bei 2 °C Erwärmung die Wahrscheinlichkeit eines weitgehend eisfreien Sommers zwischen 10 und 35 % liegt.

Biosphärengrenzen
Der Klimawandel und andere menschliche Aktivitäten bergen die Gefahr, in einer Reihe von Ökosystemen Biosphären-Kipppunkte auszulösen. Bereits heute haben ozeanische Hitzewellen zu einer Massenbleiche der Korallen und zum Verlust der Hälfte der Flachwasserkorallen am Great Barrier Reef in Australien geführt. Es wird erwartet, dass 99% der tropischen Korallen verloren gehen werden, würde die globale Durchschnittstemperatur um 2 °C ansteigen. Hintergrund sind verheerende Wechselwirkungen zwischen Erwärmung, Versauerung und Verschmutzung. Dies würde einen erheblichen Verlust an mariner Biodiversität und menschlichen Lebensgrundlagen bedeuten.

Biosphären-Kipppunkte können jedoch nicht nur unser Lebenserhaltungssystem untergraben, sondern auch eine abrupte Freisetzung von Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre auslösen. Dies kann den Klimawandel verstärken und die verbleibenden Emissionsbudgets reduzieren.

Entwaldung und Klimawandel destabilisieren den Amazonas, den größten Regenwald der Welt, in dem jede zehnte bekannte Art lebt. Schätzungen, wo genau ein Amazonas-Kipppunkt liegen könnte, reichen von 40% Entwaldung bis hin zu nur 20% Waldschäden. Etwa 17% des Waldes ist seit 1970 bereits verloren gegangen. Die Entwaldungsrate variiert dabei mit den politischen Rahmenbedingungen. Um den Kipppunkt zu finden, sind Modelle erforderlich, die Entwaldung und Klimawandel als interagierende Treiber beinhalten und Feuer- und Klima-Rückkopplungen als wechselwirkende Kippmechanismen über alle Größen hinweg einbeziehen.

Da sich die Arktis mindestens doppelt so schnell wie der globale Durchschnitt erwärmt, ist der boreale Wald in der Subarktis zunehmend anfällig. Die Erwärmung hat dort bereits zu großflächigem Insektenbefall und einer Zunahme von Bränden geführt, was wiederum das Absterben der nordamerikanischen borealen Wälder befördert hat. Einige Regionen haben sich dabei möglicherweise schon von einer Kohlenstoffsenke zu einer Kohlenstoffquelle gewandelt. Ebenso beginnt der Permafrost in der Arktis unwiderruflich aufzutauen und Kohlenstoffdioxid und Methan freizusetzen. Methan ist dabei ein Treibhausgas, das über einen Zeitraum von 100 Jahren etwa 30mal stärker als CO2 ist.

Um ihr Verständnis für diese beobachteten Veränderungen in den wichtigsten Ökosystemen zu verbessern müssen Forscher genauer herausfinden, wo zukünftige Kipppunkte liegen könnten. Dabei müssen bestehende Kohlenstoffspeicher und potenzielle Freisetzungen von CO2 und Methan besser quantifiziert werden.

Das weltweit verbleibende Emissionsbudget für eine 50:50 Chance, die Erwärmung um 1,5 °C zu begrenzen, beträgt nur etwa 500 Gigatonnen (Gt) CO2. Die Permafrostemissionen könnten schätzungsweise 20% (100 Gt CO2) von diesem Budget einnehmen, noch ohne das Methan aus dem tiefen Permafrost oder Unterwasserhydraten. Wenn sich die Wälder in der Nähe von Kipppunkten befinden, könnte das Absterben des Amazonas weitere 90 Gt CO2, die borealen Wälder weitere 110 Gt CO2 freisetzen. Bei einem globalen CO2-Gesamtausstoß von immer noch mehr als 40 Gt pro Jahr könnte das verbleibende Budget bereits fast vollständig aufgehoben worden sein.

Globale Kaskade
Nach Meinung der Autoren besteht die offensichtlichste Gefahr darin, dass wir uns einer globalen Kaskade von Kipppunkten nähern, die zu einem neuen, weniger bewohnbaren „Treibhaus-Klimazustand" führen würde. So können Interaktionen durch Ozean- und Atmosphärenzirkulation oder andere Rückkopplungen erfolgen, welche das Treibhausgasniveau und die globale Temperatur erhöhen würde. Wechselweise können auch intensive Wolkenrückkopplungen zu einem globalen Kipppunkt führen.

Die Autoren sind der Ansicht, dass kaskadierende Effekte durchaus häufiger auftreten könnten. So untersuchte man im vergangenen Jahr 30 Arten von Systemwechseln, die sich über physische Klima- und Ökosysteme erstrecken, vom Kollaps der Eisflächen in der Westantarktis bis hin zum Wechsel von Regenwald zu Savanne. Dies deutet darauf hin, dass das Überschreiten von Kipppunkten eines Systems das Risiko in einem anderen erhöhen kann. Solche Verbindungen wurden für 45% der möglichen Wechselwirkungen gefunden.

Aus Sicht der Autoren gibt es bereits Hinweise darauf, dass beispielsweise der arktische Meereisverlust, die regionale Erwärmung, die arktische Erwärmung und das Schmelzen Grönlands zu einem Zufluss von Süßwasser in den Nordatlantik führt. Dies könnte seit Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts zu einer 15%igen Verlangsamung der "Atlantic Meridional Overturning Circulation "(AMOC), einem Schlüsselfaktor für den globalen Wärme- und Salztransport durch den Ozean, beigetragen haben. Das schnelle Schmelzen des grönländischen Eisschildes und die weitere Verlangsamung der AMOC könnten den westafrikanischen Monsun destabilisieren und Dürren in der afrikanischen Sahelregion auslösen. Ein Abbremsen des AMOC könnte auch den Amazonas austrocknen, den ostasiatischen Monsun stören und dazu führen, dass sich im südlichen Ozean Wärme ansammelt, die den antarktischen Eisverlust beschleunigen könnte.

Steinzeitliche Aufzeichnung zeigen globale Kippvorgänge, wie den Eintritt in die Eiszeitzyklen vor 2,6 Millionen Jahren und deren Wechsel in Amplitude und Frequenz vor rund einer Million Jahre. Erst mit heutigen Modellen ist man in der Lage dies zu simulieren. Während und am Ende der letzten Eiszeit vor 80.000 bis 10.000 Jahren, kam es immer wieder zu regionalen Kippbewegungen. Obwohl dies für die gegenwärtige Interglazialperiode nicht direkt anwendbar ist, wird deutlich, dass das Erdsystem aufgrund der verhältnismäßig geringen Einflüsse der Veränderungen in der Erdumlaufbahn, auch schon zuvor über mehrere Zeiträume hinweg instabil war. Heute setzen wir heute alles daran, das System zu überfordern, indem wir die CO2-Konzentration in der Atmosphäre und die globale Temperatur in solchen Dimensionen ansteigen lassen, die um eine Größenordnung höher als beim letzten Ende der Eiszeit sind.

Das atmosphärische CO2 hat heute bereits das Niveau, das vor rund vier Millionen Jahren, im Pliozän, vorlag. Und es bewegt sich rasch auf das Niveau zu, welches vor etwa 50 Millionen Jahren - im Eozän - erreicht wurde, als die Temperaturen bis zu 14 °C höher als in vorindustriellen Zeiten waren. Es ist eine Herausforderung für Klimamodelle, solche vergangenen Treibhaus-Zustände zu simulieren. Eine mögliche Erklärung ist, dass den Modellen ein wichtiger Kipppunkt fehlt: Ein in diesem Jahr veröffentlichtes Modell legt nahe, dass ein abrupter Zerfall von Stratocumuluswolken zu mehr als 1.200 ppm CO2 und somit zu einer globalen Erwärmung von etwa 8 °C geführt haben könnte.

Einige frühe Ergebnisse der neuesten Klimamodelle - die für den sechsten Bewertungsbericht des IPCC im Jahr 2021 erstellt wurden - deuten auf eine wesentlich höhere Klimasensitivität hin (definiert als die Temperaturreaktion auf die Verdoppelung des atmosphärischen CO2) als frühere Modelle. Es stehen jedoch noch viele Ergebnisse aus, so dass weitere Untersuchungen erforderlich sind. Die vorläufigen Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass ein globaler Kipppunkt möglich ist.

Um diese Probleme anzugehen, braucht es mehr Daten über Verbindungen und Rückkopplungen im Erdsystem, mehr Daten der Gegenwart und Vergangenheit und bessere Möglichkeiten, sie zu nutzen. Die Verbesserung der Fähigkeit von Modellen, bekannte abrupte Klimaänderungen der Vergangenheit und Treibhausklimazustände zu erfassen, sollte dann das Vertrauen in ihre Fähigkeit, diese vorherzusagen, weiter stärken.

Einige Wissenschaftler halten die Möglichkeit eines globalen Kippens weiterhin für sehr spekulativ. Die Position der Autoren ist jedoch, dass jede ernsthafte Risikobewertung angesichts ihrer enormen Auswirkungen und ihres unumkehrbaren Charakters diese Möglichkeit ernst nehmen muss, so begrenzt unser Verständnis auch sein mag. Sich in die Gefahr zu begeben, bei einer solch dringlichen Angelegenheit zu irren, wäre eine verantwortungslose Option.

Allein dass es zu schädlichen Kippkaskaden kommen kann und ein globaler Kipppunkt nicht auszuschließen ist, ist eine existenzielle Bedrohung für die Zivilisation. Da werden auch wirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analysen nichts helfen. Wir müssen unsere Herangehensweise bezüglich des Klimaproblems ändern.

Jetzt handeln
Aus Sicht der Autoren deuten allein die Beweise hinsichtlich der Kipppunkten darauf hin, dass wir uns in einem Zustand des planetarischen Notstands befinden: Sowohl das Risiko als auch die Dringlichkeit der Situation sind akut.

Notfall-Mathematik
Man kann Notfall (E) als das Produkt aus Risiko und Dringlichkeit definieren. Das Risiko (R) wird von den Versicherern als Wahrscheinlichkeit (p) definiert, multipliziert mit dem Schaden (D). Dringlichkeit (U) ist in Notsituationen als Reaktionszeit definiert auf einen Alarm (τ) geteilt durch die verbleibende Interventionszeit, um ein schlechtes Ergebnis zu vermeiden (T). Also:

E = R × U = p × D × τ / T

Die Situation ist ein Notfall, wenn sowohl das Risiko als auch die Dringlichkeit hoch sind. Wenn die Reaktionszeit länger ist als die verbleibende Interventionszeit (τ / T > 1), haben wir die Kontrolle verloren.

Die verbleibende Interventionszeit, um ein Kippen zu verhindern, hätte bereits gegen Null verkürzt werden können, während die Reaktionszeit zur Erreichung der Netto-Null-Emissionen höchstens 30 Jahre beträgt. Daher haben wir vielleicht schon die Kontrolle darüber verloren, ob das Kippen stattfindet. Uns könnte lediglich die Tatsache retten, dass die Rate, mit der sich der Schaden durch das Kippen ansammelt - und damit das Risiko - noch bis zu einem gewissen Grad unter unserer Kontrolle stehen könnte.

Die Stabilität und Widerstandsfähigkeit unseres Planeten ist in Gefahr. Internationale Maßnahmen - nicht nur Worte - müssen dies widerspiegeln."


Matthias Hüttmann

Lesetipp
Dangerously close': Tipping points may trigger climate cascade
von Peter Hanamm, Sunday Morning Herald, 29.11.19.

Hinweis
Diesen Cartoon und viele weitere Zeichnungen des Pulitzer-Preisträgers Tom Toles finden Sie in dem Buch „The Madhouseeffect“, welches Toles zusammen mit dem Klimaforscher Micheal E. Mann veröffentlicht hat. Hier können Sie die deutsche Ausgabe erwerben.