Klimaänderung: Ursachen und Prognosen

Klimaänderung: Ursachen und Prognosen

 

Auf der Erde leben sechs Milliarden Menschen, und es werden immer mehr. Alle wollen Kühlschrank, Auto, elektrisches Licht, Heizung, Spülmaschine, Fernseher, Computer. Doch der Komfort hat seinen Preis: Emissionen verändern Umwelt und Natur, worunter auch der Mensch zu leiden hat. Dies gilt insbesondere für die Atmosphäre: Die Schadstoffe verteilen sich weltweit um die Erde, vom Ruhrgebiet bis zur Antarktis, vom Meeresspiegel bis zur Stratosphäre. Verbrennungsgase von Öl, Kohle und Gas lassen die Temperaturen weltweit steigen, Fluorchlorkohlenwasserstoffe fressen Löcher in die schützende Ozonschicht, und Auspuffgase verursachen krank machenden Sommersmog. In welcher Welt müssen unsere Enkel leben, wenn die Auswirkungen der menschlichen Eingriffe in die Natur schon jetzt spürbar sind? Dieser Frage gehen Scharen von Wissenschaftlern nach und benutzen dabei die leistungsfähigsten Computer. Die entwickelten Szenarien sagen dabei durchweg Umweltveränderungen voraus, die auch tief greifende geopolitische und soziale Auswirkungen haben.

 

 Prognosen der Forscher

 

Deutschland 2030: Die Temperaturen sind im globalen Mittel seit 1850 um 1,6 Grad Celsius gestiegen. Durch das obere und untere Rheintal rauscht — wie fast in jedem Jahr — eine gewaltige Hochwasserwelle und lässt die Katastrophenhelfer schwitzen. In den Alpen ist die Baumgrenze um 150 Meter geklettert, von den Gletschern sind nur kümmerliche Reste geblieben. Sturmfluten haben auf Sylt viele Häuser in die Nordsee gespült, Hamburg wird von einem Elbe-Sperrwerk vor dem steigenden Wasser geschützt. Bei Hitzewellen sterben in den Großstädten Hunderte alter und kranker Menschen an Kreislaufversagen, Arbeiter und Sportler leiden unter Sommersmog. In vielen Wohnungen surren Klimaanlagen. Im Auto gehören sie längst zur Serienausstattung. Wer sich in der Freizeit in die Sonne legt, benutzt Sonnencreme mit hohem Lichtschutzfaktor — Warnungen vor der hautschädigenden UV-Strahlung gehören seit Jahrzehnten zum täglichen Wetterbericht. Ärzte warnen vor sumpfigen Urlaubsregionen in Italien, Spanien und Griechenland, wo die Gefahr besteht, sich mit dem Malariaerreger zu infizieren. Fernsehbilder von brennenden Wäldern am Mittelmeer, von hungernden Menschen in der Sahelzone und von Flutopfern im fernen Bangladesch schockieren längst niemanden mehr — die Zuschauer haben sich an Nachrichten über Naturkatastrophen und Flüchtlingstrecks gewöhnt. Weltweit sind mehrere Hundert Millionen Menschen auf der Flucht, vertrieben von Dürren und steigendem Meeresspiegel. In den Trockenzonen der Erde ziehen Soldaten für Wasser in den Krieg.

 

So ähnlich könnte unsere Zukunft aussehen, wenn die Klimatologen mit ihren Vorhersagen Recht behalten. Nach den Modellen des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), einer internationalen Wissenschaftsorganisation, steigt die Weltmitteltemperatur unter der sich verdichtenden Treibhausglocke um 0,1 bis 0,35 ºC pro Jahrzehnt, je nach dem Verhalten der Menschheit. Der wahrscheinlichste Wert beträgt 0,25 ºC, also 2,5 ºC bis zum Jahr 2100. Das klingt wenig, entspricht aber der halben Differenz zwischen Eiszeit und Warmzeit. Die Temperaturen klettern in verschiedenen Regionen unterschiedlich schnell. Schon im Jahr 2030, wenn sich der Kohlendioxid-Gehalt in der Atmosphäre gegenüber der vorindustriellen Zeit verdoppelt haben wird, sollen in Nordamerika die Wintermonate 2 bis 4 ºC wärmer sein als heute, die Sommermonate 2 bis 3 ºC. Im Winter sollen dort um bis zu 15 Prozent mehr Niederschläge fallen, im Sommer 5 bis 10 Prozent weniger. Auch in Europa drohen im Winter Überschwemmungen und im Sommer Trockenheit. In Spanien, Italien und Griechenland, so die Modellvorhersagen, geht die Bodenfeuchtigkeit in der warmen Jahreszeit um 15 bis 25 Prozent zurück.

 

Das rasante Tempo der globalen Erwärmung — so schnell hat sich das Klima in den letzten 8000 Jahren noch niemals verändert — birgt erhebliche Sprengkraft: Dürren, Überschwemmungen, katastrophale Sturmfluten, das Verschieben von Klimazonen, Ausbreitung von Seuchen und andere Plagen können das soziale Gefüge von Staaten zerreißen, sodass Kriege drohen. Den Klimawandel und all seine Folgen vorherzusagen, gehört deshalb zu den größten Herausforderungen, die sich die Wissenschaft jemals gestellt hat. Dabei gilt es, die globalen Prozesse bis ins Detail zu verstehen, da jeder Vorgang ins Räderwerk der weltweiten Klimamaschine greift. Die Wissenschaftler müssen nicht nur wissen, wie ein Tornado entsteht, sondern auch, welche Rolle die Verdauung von Wiederkäuern für den Anteil des Treibhausgases Methan spielt.

 

Klimamodelle im globalen Blick

 

Experten aller Sparten sind gefragt: Meteorologen und Biologen, Chemiker und Geologen, Astronomen und Physiker, sogar Soziologen und Psychologen. Denn auch demographische und politische Trends beeinflussen die Größe der Emissionen. So geht das IPCC in seinem »Business-as-usual-Szenario« davon aus, dass sich der Kohlendioxid-Gehalt in der Atmosphäre jedes Jahr um rund ein Prozent erhöht. Doch ein rasches Bevölkerungswachstum, ein politischer Kurswechsel oder ökologische Einsicht könnten ein anderes Szenario zum Tragen bringen. Nicht zuletzt sind Informatiker nötig. Denn nur mit leistungsfähigen Rechnern lässt sich das komplexe Klimasystem halbwegs realistisch nachbilden. Natürlich geht das nicht ohne erhebliche Vereinfachungen — zumal noch längst nicht alle Zusammenhänge erforscht sind. Selbst Supercomputer stoßen hier rasch an ihre Grenzen. Im Hamburger Max-Planck-Institut für Meteorologie summen die grauen Kästen 25 Stunden lang, um nur ein Jahr des Klimageschehens zu simulieren.

 

Die Berechnungen ähneln aufgrund von physikalischen Faktoren wie Temperatur, Wasserdampfgehalt und Luftdruck langfristigen Wettervorhersagen. Allerdings berücksichtigen sie nicht nur die Atmosphäre, sondern auch die Ozeane: Die riesigen Wassermassen reagieren träge auf Temperaturänderungen und dämpfen so die Unterschiede zwischen Tag und Nacht sowie zwischen Winter und Sommer. Strömungen transportieren die gespeicherte Sonnenenergie über weite Strecken. In einem weltweiten Kreislauf fließt warmes Wasser aus den Tropen in polare Regionen und kaltes Wasser in umgekehrte Richtung — dies sorgt für einen globalen Temperaturausgleich. Eine räumliche Darstellung der Ozeane bis in die Tiefsee darf in keinem Modell fehlen, das halbwegs zuverlässige Ergebnisse liefern soll. Die Klimatologen sprechen von gekoppelten Ozean- Atmosphäre-Modellen.

 

Notwendige Vereinfachungen

 

Andere klimatische Wechselwirkungen und Rückkopplungen bleiben unberücksichtigt, sei es, weil die Rechnerkapazität beschränkt ist oder weil Forschungsergebnisse fehlen. Ungeklärt ist, warum der Gehalt des Treibhausgases Methan in der Atmosphäre langsamer steigt als noch vor zehn Jahren, wie sich die Kohlendioxid- und Stickoxid-Düngung der Pflanzen auf den Kohlenstoffkreislauf auswirkt und vieles mehr. Verschiedene Klimamodelle machen auch unterschiedliche Annahmen über Meeresströmungen, künftige Bewölkung und Größe der polnahen Eisfelder. Nur wenige berücksichtigen Aerosole, winzige Partikel in der Luft, die die Sonnenstrahlung in den Weltraum zurückwerfen und damit die Atmosphäre kühlen. Die Ergebnisse schwanken deshalb erheblich. So prognostiert das Business-as-usual-Szenario, das eine weitere Energieverschwendung wie bisher voraussetzt, für das 21. Jahrhundert eine globale Erwärmung zwischen 2 und 3 Grad Celsius.

 

Zu den Vereinfachungen der Rechenmodelle gehört auch ein grobes geographisches Raster; die Entfernung zwischen den Gitterpunkten beläuft sich meist auf 200 bis 500 Kilometer. Da mehrere Gitterpunkte nötig sind, um meteorologische Phänomene darzustellen, liegt das tatsächliche Auflösungsvermögen bei rund 1000 Kilometern. Kleinräumige Vorgänge wie die Entstehung von Wolken, lokale Unwetter oder hochwasserträchtige Regengüsse fallen durch dieses Netz hindurch. Das gilt beispielsweise auch für das gesamte Wettergeschehen der Schweiz, die zu kleinräumig ist, um von dem Raster des Modells erfasst zu werden. Ausgerechnet die interessantesten Informationen bleiben somit verborgen. Denn für die betroffenen Menschen zählen vor allem regionale Veränderungen: Sie wollen wissen, ob im Einzugsgebiet »ihres« Flusses mehr Niederschlag fällt und deshalb Hochwasser droht. Müssen sie die Felder beregnen, wenn die Sommermonate in ihrer Umgebung trockener werden? Lohnt sich noch der Bau von Skiliften, wenn die Schneefallgrenze höher steigt?

 

Klimaforscher haben allerdings verschiedene Verfahren entwickelt, um auch regionale Klimaänderungen berechnen zu können. Sie passen zum Beispiel ein kleinräumiges Modell in ein globales ein, indem sie die Gitterabstände für eine bestimmte Region verkleinern. Lange Rechenzeiten und Probleme beim Übergang von großen zu kleinen Maschenweiten machen ihnen allerdings noch zu schaffen. Unproblematischer ist das »statistische Downscaling«. Grundlage dafür sind Zusammenhänge zwischen dem regionalem Klima und globalen Parametern, die sich mithilfe langjähriger meteorologischer Messreihen ermitteln lassen. Die Klimaforscher können so Ergebnisse aus dem globalen Klimamodell mit bekannten Korrelationen verknüpfen und damit auf kleinräumige Veränderungen schließen. Der Geesthachter Klimaforscher Hans von Storch konnte auf diese Weise zeigen, dass bei doppeltem Kohlendioxidgehalt an der Westküste Spaniens und Portugals mehr Winterregen fällt. Er benutzte dafür Luftdruckmuster über dem Nordatlantik aus dem globalen Klimamodell.

 

Die Modellierung des Weltklimas gelingt von Jahr zu Jahr besser. Inzwischen erlauben die Berechnungen sogar eine zuverlässige Vorhersage eines El Niño-Ereignisses — ein halbes Jahr im Voraus. Dennoch ist Vorsicht geboten: Wegen der vielen Unzulänglichkeiten können die Modelle das Klima nur in groben Zügen vorhersagen. Es wäre allerdings naiv, die Ergebnisse deshalb zu ignorieren. Denn die beängstigenden Trends, die der Computer liefert, zeichnen sich längst in der realen Atmosphäre ab. Als gesichert gilt, dass sich die nördliche Hemisphäre stärker erwärmt als die südliche, weil dort mehr Kontinentalmassen liegen. Außerdem fallen in den mittleren und hohen Breiten im Winter mehr Niederschläge, im Sommer dagegen weniger. Global gesehen nehmen die Niederschläge weltweit zu. Die Klimamodelle zeigen in Übereinstimmung mit den Messdaten auch, dass die Schneegrenze in den Alpen mit hoher Wahrscheinlichkeit innerhalb der nächsten 50 Jahre um 300 bis 500 Meter ansteigen wird und die Gletscher bis auf 30 Prozent ihrer Fläche abschmelzen werden. Mit künftigen Rechnergenerationen, besseren Modellen und einem dichteren Beobachtungsnetz für meteorologische Daten können die Forscher künftig Unsicherheiten mehr und mehr beseitigen. Eines wissen die Experten aber schon heute: Die Frage ist nicht mehr, ob der Mensch das Klima beeinflusst, sondern ob er mit den Folgen leben kann. Die Gefahr ist umso größer, als das Klimasystem verzögert auf Eingriffe reagiert.

 

 Die Klimamaschine

 

Das Klima erscheint wie eine verlässliche Konstante, denn es verändert sich im Laufe eines Menschenlebens kaum. Betrachtet man allerdings geologische Zeiträume, wird ein ständiges Auf und Ab erkennbar. Der Meeresspiegel schwankt, Klimazonen verschieben sich, Eiszeiten wechseln mit Warmzeiten. Das einzig Verlässliche am Klima ist offenbar sein Wandel. Selbst die Atmosphäre, wie wir sie heute kennen, ist nicht von Dauer. Die Zusammensetzung der Lufthülle hat sich immer wieder verändert. Es dauerte Hunderte von Jahrmillionen, bis der Sauerstoffgehalt so weit angestiegen war, dass sich höheres Leben entwickeln konnte. Auch die Ozonschicht in der Stratosphäre, die das irdische Leben vor der schädlichen UV-B-Strahlung schützt, musste sich erst bilden. Bohrungen im grönländischen Eis zeigten, dass sich das Klima sogar sprunghaft ändern kann. Während der vergangenen 120000 Jahre schossen die Temperaturen manchmal innerhalb von weniger als 100 Jahren um bis zu 6 Grad Celsius in die Höhe — und fielen mitunter ebenso rasch wieder.

 

Der Sonnenmotor

 

Für das klimatische Wechselbad sind viele Faktoren verantwortlich. Erst wenn man sie kennt, kann man abschätzen, was der Mensch mit seinen Eingriffen in die Natur anrichtet. Motor der Klimamaschine ist die Sonne, die ihre Energie recht gleichmäßig abstrahlt. Allerdings gibt es auch hier Veränderungen. Als die Wasserstofffusion vor rund 4,6 Milliarden Jahren zündete, strahlte die Sonne noch 40 Prozent weniger Energie in den Weltraum als heute. Möglicherweise verhinderte nur der hohe Treibhauseffekt der Uratmosphäre, dass die junge Erde in Kälte erstarrte. Seitdem legt die Sonne ständig an Kraft zu. Auch kurzfristig, im Verlauf von Jahrzehnten bis Jahrhunderten, ändert sie ihre Aktivität — wenn auch nur um wenige Promille. Sonnenflecken verraten solche Aktivitätszyklen. Außerdem rotiert die Erde nicht gleichmäßig um die Sonne. Sie fliegt in einer Ellipse, die sich im Rhythmus von 100000 Jahren staucht und wieder bläht. Obendrein eiert die Erde: Die Neigung ihrer Drehachse gegenüber der Bahnebene schwankt alle 41000 Jahre zwischen 21,6 und 24,6 Grad. Nicht zuletzt variiert der Zeitpunkt im Jahr, an dem die Sonne der Erde am nächsten steht, mit einer Periode von rund 23000 Jahren. Dadurch ändert sich zwar nicht die Gesamtmenge der Sonnenstrahlung, die die Erde trifft, aber ihre regionale Verteilung. Die verschiedenen Klimazonen müssen mit erheblichen Schwankungen zurechtkommen. In den Polargebieten kann die sommerliche Einstrahlung um bis zu 10 Prozent variieren — genug, um Eiszeiten auszulösen.

 

Neben den astronomischen Konstellationen bestimmen vor allem die Ozeane das Klima. Wie stark ihr Einfluss ist, zeigt der Golfstrom, der Nordwesteuropa um 5 bis 10 Grad Celsius erwärmt, oder das Klimaphänomen El Niño. In einem El Niño-Jahr steigen die Wassertemperaturen im tropischen Pazifik um wenige Grad Celsius — und das Wetter gerät weltweit aus den Fugen. Die Weltmeere, die 71 Prozent der Erdoberfläche bedecken, transportieren nicht nur Wärme, sondern reichern auch die Atmosphäre mit Wasserdampf an. Sie sorgen damit für Niederschläge und für heftige Güsse: Über warmen Meeresregionen mit ihrer hohen Verdunstung können sich tropische Wirbelstürme bilden, in deren Gefolge stets Sturzregen niedergehen. Außerdem findet zwischen Wasser und Luft ein ständiger Gasaustauch statt, bei dem ein großer Teil des anthropogenen Kohlendioxids aus der Atmosphäre ausgewaschen wird.

 

Auch die Kontinente haben einen vielfältigen Einfluss auf das Klima: Ihre geographische Verteilung bestimmt den Verlauf von Meeresströmungen, Gebirgsketten lenken den Wind in bestimmte Richtungen, die Vegetation nimmt Kohlendioxid auf und kurbelt den atmosphärischen Wasserkreislauf an. Die Wälder spielen eine besonders wichtige Rolle. Das Roden der Tropenwälder belastet die Atmosphäre jährlich mit mindestens 6 Gigatonnen Kohlendioxid. Auch Gletscher und Schneefelder, die in den Polarregionen riesige Flächen bedecken, beeinflussen das Klimasystem. Sie reflektieren die Sonnenstrahlung, sodass die Wärme gleich wieder in den Weltraum abgestrahlt wird. Die Ozeane schlucken jedes Jahr 1,4 bis 2,8 Gigatonnen Kohlenstoff.

 

Vulkane sorgen für Kühlung

 

Vulkane sind — neben Meteoriteneinschlägen — die größten Schadstoffverursacher der Natur. Ihre riesigen Aschewolken stehen in ihrer Wirkung den Emissionen der Menschen kaum nach. Schon in ruhigen Jahren schwitzen die knapp 100 aktiven Vulkane rund 14 Millionen Tonnen Schwefeldioxid aus. Bei schweren Eruptionen werden weit größere Mengen frei, die vor allem in der Stratosphäre viel Unheil anrichten. Das Schwefeldioxid verwandelt sich dort in Schwefelsäuretröpfchen, die wie eine Sonnenbrille die Sonnenstrahlung abschirmen. Die Folge: Auf der Erde wird es kühler.

 

Als im April 1816 in Indonesien der Tambora explodierte, mussten die Bewohner Europas und Nordamerikas mitten im Sommer ihre Winterkleidung aus dem Schrank holen, auf der Schwäbischen Alb fiel sogar Schnee. Nach Modellrechnungen senkte damals der Schleier von Schwefelsäure-Aerosolen die Mitteltemperatur über mehrere Jahre hinweg um 3 bis 5 Grad Celsius. Auch der Ausbruch des Pinatubo 1991 auf den Philippinen kühlte die Atmosphäre, wenn er auch die zunehmende Erwärmung durch den Treibhauseffekt nicht rückgängig machen konnte. Die Aerosole senken nicht nur die Temperaturen, sondern zerstören auch in der Stratosphäre das Ozon und verstärken so die aggressive Ultraviolettstrahlung. Bei den heftigen Eruptionen der letzten Jahrzehnte büßte die Ozonschicht bis zu 10 Prozent ihrer Substanz ein und erholte sich erst nach ein bis zwei Jahren wieder.

 

Der Rückblick in die irdische Vergangenheit lehrt vor allem eines: Das Klimasystem ist nicht stabil, sondern kann ganz verschiedene Gestalt annehmen — auch wenn es natürliche Mechanismen gibt, die Störungen kompensieren. Steigt zum Beispiel der Kohlendioxid-Gehalt in der Atmosphäre, nehmen Vegetation und Ozeane einen Teil davon wieder auf. Experten sprechen dann von einer negativen Rückkopplung. Doch es gibt auch positive Rückkopplungen, die eine Störung verstärken und das Klima vollends aus dem Lot bringen können. Wenn sich zum Beispiel die Eis- und Schneeflächen weltweit ausdehnen, kommt ein Prozess in Gang, der sich selbst verstärkt. Die weißen Flächen werfen die eingestrahlte Sonnenwärme ins All zurück und kühlen damit die Erde ab. Heben sie das mittlere Reflexionsvermögen der Erdoberfläche, das derzeit rund 30 Prozent beträgt, nur um ein Prozent an, sinkt die globale Mitteltemperatur um 2,5 Grad Celsius. Dadurch kann sich noch mehr Eis bilden und es wird noch kälter — ein Teufelskreis.

 

Wenn der Golfstrom ins Stocken kommt

 

Wesentlich rascher noch als durch Rückkopplungen kann das Klima kippen, wenn eine Triebfeder ausfällt. Das Wasser in den Ozeanen ist in ständiger Bewegung und transportiert Wärme, die für das Klima eine ausschlaggebende Rolle spielt. Reißt das weltweite Band der Meeresströmungen, geraten fast über Nacht alle Klimazonen durcheinander — mit gravierenden Folgen für Mensch und Natur. Dass dies durchaus geschehen kann, zeigt das Beispiel des warmen Golfstroms, der von Florida nach Nordeuropa zieht. Er kam schon mehrmals ins Stocken, zuletzt vor 12000 Jahren, und bescherte Europa eiskalte Jahrhunderte. Klimaforscher Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung warnt, dass sich dieses Szenario wiederholen könnte. Nach seinen Modellrechnungen wird der zunehmende Treibhauseffekt die warme Meeresströmung im kommenden Jahrhundert spürbar — um 15 bis 50 Prozent — schwächen. Denn steigende Temperaturen führen im Nordatlantik zu verstärkten Niederschlägen, obendrein schmelzen große Teile der grönländischen Gletscher ab. Die größere Menge an Süßwasser verringert die Dichte des atlantischen Oberflächenwassers so, dass im hohen Norden weniger kaltes Wasser als bisher in die Tiefe sinkt. Die gesamte ozeanische Zirkulation geriete dann ins Stocken. Denn nur im Sog dieses Absinkens strömt Wasser aus dem Süden nach und hält die Strömung in Gang. Denkbar wäre sogar, dass der Golfstrom ganz erlahmt. Die Temperaturen würden dann in Nordeuropa um durchschnittlich 10 Grad Celsius sinken.

 

 Anzeichen für eine Klimaänderung

 

Die Menschen hatten bisher Glück: Nach dem turbulenten Auf und Ab der letzten 100000 Jahre beruhigte sich das Klima vor rund 10000 Jahren, dem Beginn der heutigen Warmzeit. In einer ausgeglichenen Epoche konnte die Zivilisation aufblühen. Doch jetzt kommt wieder Schwung ins atmosphärische Getriebe. Der derzeitige Klimawandel scheint sich so rasch zu vollziehen, dass bereits ein Menschenleben genügt, um die Veränderungen wahrzunehmen.

 

Die Welt im Fieber

 

Die Temperaturkurve der Erde zeigt steil nach oben: Die globale Durchschnittstemperatur ist in den vergangenen 150 Jahren um 0,7 Grad Celsius gestiegen. Das Jahr 1998 war das bislang wärmste seit Beginn der meteorologischen Messungen vor 140 Jahren. Sommerliche Hitzewellen und frühlingshafte Wintermonate waren die Folge. In Zentralrussland ließ die Sommerhitze die Vegetation verdorren und schürte ausgedehnte Waldbrände, in Indien starben viele Menschen den Hitzetot. In Frankreich und England war der Februar so warm wie seit Menschengedenken nicht. Sogar in den oberen Luftschichten, bis in elf Kilometer Höhe, maßen die Meteorologen erstaunlich hohe Temperaturen. Die Werte lagen um fast ein halbes Grad Celsius über dem Durchschnitt der vergangenen 20 Jahre.

 

Trotz der Superlative wird das Jahr 1998 nicht lange die Rekordliste anführen. Denn seit den 80er-Jahren treten die Extremwerte in rascher Folge auf. Die sechs wärmsten Jahre des 20. Jahrhunderts fallen alle in die Neunziger. Die Top Ten: 1998, 1997, 1995, 1990, 1991, 1994, 1983, 1988, 1987, 1996. Das Hitzejahrzehnt hätte sogar noch mehr Rekorde geliefert, wenn nicht der Vulkan Pinatubo auf den Philippinen eruptiert wäre. Bei seinem Ausbruch am 12. Juni 1991 gelangten rund 20 Millionen Tonnen Schwefeldioxid und Staub in die Atmosphäre, schirmten die Sonnenstrahlung ab und ließen die Temperaturen in den beiden folgenden Jahren weltweit um rund 0,25 Grad Celsius fallen.

 

Wie stark sich die Atmosphäre bereits aufgeheizt hat, wurde am 19. September 1991 deutlich, als Wanderer hoch in den Ötztaler Alpen eine Leiche entdeckten. Die Bergwacht vermutete zunächst, es handle sich um einen verunglückten Touristen, der in eine Gletscherspalte gefallen war und einige Jahre im Eis gelegen hatte. Erst nach späteren Untersuchungen durch Paläoanthropologen stellte sich heraus, dass der Mann schon vor 5300 Jahren gestorben war. Die steigenden Temperaturen hatten den Gletschermann »Ötzi« mitsamt Kupferbeil und Grasmantel freigelegt und für eine archäologische Sensation gesorgt. Für die Meteorologen bedeutet das: Seit Jahrtausenden war hier, auf 3278 Meter Höhe, der Gletscher noch nie so weit zurückgewichen wie heute.

 

Das Eis schmilzt

 

Gletscher sind verlässliche Klimaindikatoren, die auf Temperaturänderungen — wenn auch um einige Jahre verzögert — mit Vorstoß oder Rückzug reagieren. Weltweit verlieren die Eisflüsse an Substanz: In den Alpen haben sie in den letzten 150 Jahren rund die Hälfte ihres Volumens eingebüßt. Schweizer Glaziologen haben ermittelt, dass die Gletscher global seit 1980 Jahr für Jahr um durchschnittlich 30 Zentimeter ausdünnen. Für das Abschmelzen dieser Eisschicht sind 3 Watt pro Quadratmeter nötig — dies entspricht ungefähr dem Anteil des Menschen am globalen Treibhauseffekt. Die riesigen grönländischen Eispanzer schrumpfen sogar noch schneller: Zwischen 1993 und 1998 haben sie, wie Klimaforscher der amerikanischen Weltraumfahrtbehörde (National Aeronautics and Space Administration, NASA) ermittelten, Jahr für Jahr bis zu einem Meter eingebüßt. Es gibt allerdings auch Gegenbeispiele. So lassen in den Bergen Norwegens häufigere Schneefälle das Eis anwachsen. Auch in den Weltmeeren sehen Wissenschaftler einen dramatischen Wechsel, obwohl die riesigen Wassermassen nur träge auf Klimaänderungen reagieren: Die oberen Wasserschichten der tropischen Meere sind in den letzten vierzig Jahre im Mittel um rund 0,4ºC wärmer geworden, der Pazifik vor der südkalifornischen Küste sogar um 0,8ºC. Meeresströme transportieren die Wärme in die Tiefe und lassen auch dort die Temperaturen steigen. Messungen im subtropischen Nordatlantik ergaben, dass sich das Wasser in Tiefen zwischen 800 und 2500 Meter in den vergangenen 35 Jahren um bis zu 0,32ºC aufgeheizt hat. Erwärmtes Wasser dehnt sich aus, der Meeresspiegel steigt. In diesem Jahrhundert ist das Wasser um rund 20 Zentimeter gestiegen, einen gewissen Anteil daran hat jedoch auch das Abtauen der Gletscher.

 

Mit jedem Jahr wird die Liste der Indizien für eine Klimawende länger. So haben Messungen ergeben, dass die Fläche, die im Winter von Schnee bedeckt ist, auf der Nordhalbkugel abgenommen hat, seit 1973 um etwa 8 Prozent. In der Arktis sind die mittleren Jahrestemperaturen um 1,7ºC gestiegen, in den Wintermonaten sogar um rund 4ºC. Die Verdunstung über den tropischen Meeren hat seit 1949 um rund 20 Prozent zugenommen. Sogar die deutschen Obstbauern können den Wandel ablesen: Ihre Bäume haben 1999 zwei Wochen früher geblüht als üblich.

 

Pflanzen kämpfen ums Überleben

 

In den Hochgebirgen steigt die Baumgrenze. Botaniker von der Universität Wien haben ermittelt, dass sich die Vegetationsgrenzen in den Hochlagen der Alpen um bis zu vier Meter pro Jahrzehnt nach oben verschieben. Pflanzenarten — beispielsweise aus der Familie der Steinbrech- und Enziangewächse —, die nur in den obersten, kargen Alpenregionen gedeihen, verlieren ihren Lebensraum, weil sie von robusterem Grün verdrängt werden. Auch in den tiefen Lagen bedeutet der Klimawandel für die Pflanzen einen Kampf ums Überleben: Im amerikanischen Nationalpark »Bandelier National Monument« im Norden des Bundesstaates New Mexiko ist die Gelbkiefer, die in den 50er-Jahren des 20. Jahrhunderts noch ein Drittel der Fläche bedeckte, weitgehend verschwunden. Sie wurde von Wacholderbäumen und Piniengewächsen verdrängt, die besser mit der zunehmenden Trockenheit fertig werden. In den Grassteppen Nordamerikas geht dagegen das Büffelgras verloren, das bis in die 70er-Jahre des 20. Jahrhunderts für diese Regionen typisch war und unzähligen Tieren als Nahrung diente. Weil die Nächte im Mittel 3,5 Grad Celsius wärmer geworden sind, konnten sich fremde Stauden- und Straucharten ausbreiten.

 

Sogar die Zugvögel reagieren auf die Erwärmung: Viele Kurzstreckenzieher bleiben inzwischen bis zu zehn Tage länger in Deutschland, ehe sie ins Winterquartier aufbrechen. Andere Vogelarten wie Amsel, Buchfink, Rotkehlchen oder Zaunkönig fliegen erst gar nicht mehr fort. Wulf Gatter von der Vogelstation Randecker Maar auf der Schwäbischen Alb hat beobachtet, dass die Vögel sich innerhalb von nur zwei Jahrzehnten umgestellt haben.

 

Versicherungen registrieren mit Sorge eine Zunahme von Naturkatastrophen, die möglicherweise mit der Erwärmung der Atmosphäre zusammenhängt. »Die auffällige Häufung von Extremereignissen kann als Indiz dafür gelten, dass die globale Erwärmung zu einer erheblichen Verschärfung der Naturkatastrophengefahr in vielen Regionen der Erde führt«, heißt es bei der Münchener Rückversicherung. 1998 starben bei Stürmen, Erdbeben und Überschwemmungen rund 50000 Menschen, viermal so viele wie im Jahr zuvor. Die Katastrophen richteten Schäden von 93 Milliarden Dollar an; mehr waren es nur 1995, als das Erdbeben im japanischen Kobe für einen statistischen Ausreißer sorgte. Allein der Hurrikan »Mitch«, der Ende Oktober 1998 über Mittelamerika fegte, tötete mehr als 9000 Menschen. Überschwemmungen in China richteten Schäden in Höhe von rund 30 Milliarden Dollar an.

 

Das böse Christkind

 

Ein weiteres Warnsignal ist El Niño, das Christkind. Das tückische Klimaphänomen, das weltweit Naturkatstrophen verursacht, kam bisher alle zwei bis sieben Jahre. Seit den 80er-Jahren des 20. Jahrhunderts tritt es immer häufiger auf, wird fast zum Dauergast. Außerdem sind die einzelnen Ereignisse energiereicher geworden, wofür der Hamburger Meteorologe Mojib Latif die globale Erwärmung verantwortlich macht. Erst 1982/83 wütete ein Jahrhundert- ElNiño, der Schäden von ungefähr 10 Milliarden Dollar anrichtete. Schon 1997/98 wurde er übertroffen. Diesmal ermittelte die Münchener Rückversicherung Schäden von fast 14 Milliarden Dollar.

 

 Eingriffe des Menschen

 

Den Eperten fällt es schwer, die klimatischen Veränderungen eindeutig dem Menschen anzulasten. Das Klimageschehen mit seinen vielen Wechselwirkungen und Rückkopplungen ist zu kompliziert, um Ursachen exakt ausmachen zu können — zumal noch längst nicht alle Details erforscht sind. Dennoch ist die Indizienkette erdrückend, auch wenn Klimatologen bislang den letzten Beweis schuldig geblieben sind.

 

Schon vor mehr als hundert Jahren warnte der schwedische Wissenschaftler Svante Arrhenius vor einer globalen Erwärmung um 3 bis 5 Grad Celsius, wenn Abgase aus Industrieschloten den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre erst verdoppelt haben. Vor Jahrzehnten bezeichnete der US-amerikanische Wissenschaftler Roger Revelle die Eingriffe des Menschen in das globale Klima als ein großes geophysikalisches Experiment mit ungewissem Ausgang. 1996 musste auch das IPCC das Offensichtliche einräumen, wenn sich die Experten auch vorsichtig ausdrückten: »Alle Befunde zusammen«, heißt es, »deuten auf einen erkennbaren Einfluss des Menschen auf das globale Klima hin.«

 

Der Mensch zündelt

 

Der Mensch hat die Zusammensetzung der Lufthülle längst gründlich verändert. Er mischt vor allem bei den Spurengasen mit, die zwar nur ein Prozent des Gesamtvolumens der Atmosphäre ausmachen, aber das Klima entscheidend prägen. Kohlendioxid, Methan, Lachgas, Ozon und Wasserdampf lassen die einfallende kurzwellige Sonnenstrahlung ungehindert passieren, absorbieren jedoch die von der Erdoberfläche zurückgeworfene Wärmestrahlung, sodass sich die bodennahe Atmosphäre wie ein Treibhaus aufheizt. Ohne diese Treibhausgase, die von Natur aus zur Luft gehören, würde die Durchschnittstemperatur um 33 Grad Celsius sinken, sodass die Erde bei —18 Grad Celsius im Eis erstarrte. Erhöht sich ihr Anteil, steigen die Temperaturen unweigerlich.

 

Seit der industriellen Revolution vor 200 Jahren emittiert der Mensch Spurengase in großen Mengen und dreht damit kräftig an der Klimaschraube. Der Gehalt an Kohlendioxid ist inzwischen um 30 Prozent gestiegen, der an Lachgas um 14 Prozent und an Methan um mehr als das Doppelte. Dazu kommen die sehr klimawirksamen Fluorchlorkohlenwasserstoffe und deren Ersatzstoffe, die erst der Mensch in die Atmosphäre entlassen hat. Noch nie in den letzten 200000 Jahren — so lange lässt sich die Zusammensetzung der Luft anhand von Einschlüssen im Gletschereis zurückverfolgen — war die irdische Treibhausglocke dichter als heute. Die CO₂-Konzentration, die von Eiszeit zu Warmzeit zwischen 180 bis 280 ppm (Abkürzung für parts per million) schwankte, liegt nun bei 360 ppm. Methan, heute bei 1,74 ppm, hatte bislang nur einen Anteil von 0,4 bis 0,7 ppm.

 

Die Konzentrationen steigen weiter, und zwar mit wachsendem Tempo. Die Hälfte des Zuwachses an Treibhausgasen, der seit der industriellen Revolution gemessen wurde, erfolgte in den letzten 30 bis 40 Jahren. Vor allem das Verbrennen fossiler Energieträger wie Öl, Gas und Kohle bewirkt den anthropogenen Treibhauseffekt. Jährlich entweichen dabei 22 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre, drei Viertel davon stammt aus den Industrieländern. Jedes Jahr werden es ein bis zwei Prozent mehr.

 

Die Industrienationen bemühen sich zwar um eine Stabilisierung, eine Trendwende ist ihnen aber noch nicht gelungen. Zudem werden die Entwicklungs- und Schwellenländer, die bisher nur relativ bescheidene Mengen emittieren, künftig bei größerem Wirtschaftswachstum auch mehr Kohlendioxid erzeugen. Um mit den Amerikanern gleichzuziehen, müssten sie ihre Pro-Kopf-Emissionen um mehr als den Faktor dreißig erhöhen. Die amerikanische Energieinformationsbehörde (Energy Information Agency, EIA) rechnet deshalb mit einem weiteren Zuwachs der Kohlendioxidemissionen von 50 Prozent in den nächsten 20 Jahren.

 

Insgesamt muss die irdische Lufthülle jährlich mit rund 30 Milliarden Tonnen des Treibhausgases fertig werden. Etwa die Hälfte davon wird zwar von den Ozeanen und Pflanzen gleich wieder aufgenommen, aber der Rest bleibt länger als ein Jahrhundert in der Luft. Mehrere Jahrzehnte vergehen, bis sich zwischen den Gasmengen, die in die Atmosphäre gelangen und wieder verschwinden, ein neues Gleichgewicht eingependelt hat. Das bedeutet: Selbst wenn die Weltgemeinschaft die Kohlendioxidemissionen bei der heutigen Menge einfröre, stiege die Konzentration weiter an. Sie würde sich auch dann gegenüber der heutigen mehr als verdoppeln — und die Erde sich noch über Jahrhunderte aufheizen.

 

Tierische Abgase

 

Bei keinem natürlichen Treibhausgas hat der Mensch so stark seine Hand im Spiel wie beim Methan. Weit mehr als die Hälfte der gesamten Emissionen stammt von ihm. Methan entsteht vor allem beim Anbau von Nassreis und bei der Haltung von Wiederkäuern. Aus den Därmen von 1,3 Milliarden Rindern, 1,2 Milliarden Schafen und 480 Millionen Ziegen auf der ganzen Welt entweichen jährlich ungefähr 80 Millionen Tonnen Methan. Aber auch Kohlebergwerke, Müllhalden und schadhafte Gasleitungen scheiden das farb- und geruchlose Gas ab.

 

Da sich diese Mengen jedoch nur grob abschätzen lassen, rätseln Wissenschaftler derzeit über eine kleine Trendwende. Der Anstieg der Methankonzentration in der Atmosphäre hat sich gegenüber den 80er-Jahren des 20. Jahrhunderts um rund ein Drittel verringert und steigt nur noch um etwa ein halbes Prozent pro Jahr. Möglicherweise liegt es daran, dass Gasleitungen inzwischen besser abgedichtet wurden. Vielleicht ist aber auch das wachsende Ozonloch dafür verantwortlich. Denn die UV-Strahlung, die sich unter dem schadhaften Ozonschild verstärkt, baut Methan ab.

 

Von einer Entwarnung kann allerdings nicht die Rede sein. Methan wird wohl weiterhin in steigenden Mengen in die Atmosphäre gelangen, denn es entsteht vor allem in der Landwirtschaft. Ackerbau und Viehzucht aber müssen expandieren, um die wachsende Bevölkerung zu ernähren. Die Zahl der Menschen wird sich wahrscheinlich bis zum Jahr 2050 verdoppeln. Deshalb gilt es, aus den begrenzten Anbauflächen einen möglichst hohen Ertrag zu erwirtschaften. Das kann nur gelingen, wenn die Bauern tief in den Düngersack greifen. Mit dem mineralischen Stickstoffdünger gelangt aber ein weiteres Treibhausgas in die Atmosphäre: Lachgas oder Distickstoffoxid. Seine jährliche Anstiegsrate beträgt derzeit — gemittelt über die letzten 40 Jahre — 0,25 Prozent. Lachgas richtet doppelten Schaden an, denn es verstärkt nicht nur die Treibhausglocke, sondern nagt auch am Ozonschild. Bei seinem Abbau entsteht nämlich Stickoxid, das bei der Ozonzerstörung eine wesentliche Rolle spielt.

 

Dagegen sinkt die Konzentration an Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW), die unter anderem als Treibgase in Spraydosen, in Kühlschränken und Klimaanlagen sowie bei der Herstellung von Schaumstoffen verwendet wurden. Sie weiterhin zu produzieren hat das Montrealer Protokoll von 1987 zumindest den Industrieländern verboten. Allerdings gelangen immer mehr Ersatzstoffe in die Atmosphäre, von denen manche Zuwachsraten von bis zu 7 Prozent verzeichnen. Diese Substanzen sind keineswegs harmlos, sondern schaden der Umwelt vor allem durch ihr hohes Treibhauspotenzial. Sie greifen vieltausendfach stärker in den Strahlungshaushalt ein als Kohlendioxid. Rekordhalter ist das Schwefelhexafluorid, das vor allem zur Kühlung elektrischer Anlagen eingesetzt wird. Seine Treibhauswirkung liegt nicht nur zigtausendfach über der des Kohlendioxids, sondern es bleibt zudem im Durchschnitt 3200 Jahre in der Atmosphäre, bevor es abgebaut wird.

 

Flugzeuge geben Gas

 

Flugzeuge emittieren zwar wesentlich weniger Abgase als Industrie und Straßenverkehr, aber sie hinterlassen ihre Spuren in großer Höhe. In der dünnen Luft können schon geringe Mengen eine große Wirkung entfalten. Brisant sind vor allem die Stickoxide, von denen die Luftflotten jährlich knapp 2 Millionen Tonnen ausstoßen. Nach Modellrechnungen stammen in üblichen Flughöhen zwischen 8 und 13 Kilometer bereits 20 bis 80 Prozent aller Stickoxide aus Triebwerken. Das Gas trägt in der mittleren Stratosphäre zum Ozonabbau bei, bislang gibt es jedoch keine Belege dafür, dass Flugzeuge das Ozonloch vergrößern.

 

Auch die Kondensstreifen, deren Muster den Himmel überziehen, beeinflussen das Klima. Sie bestehen aus winzigen Eispartikeln, die — wie natürliche Cirruswolken — zum Treibhauseffekt beitragen. Über Mitteleuropa bedecken sie bereits rund 0,5 Prozent des Himmels, über dem östlichen Nordatlantik fast 1 Prozent und weltweit rund 0,1 Prozent — vielleicht auch mehr, weil sich Kondensstreifen in den Cirruswolken verstecken können. Nach Modellrechnungen erwärmen diese Streifen derzeit nur die Luftschichten in Flughöhe, nicht aber am Boden. Doch immer mehr Flugzeuge steigen auf, der Luftverkehr wächst rasant. Auf den Fernstrecken hat er in den letzten Jahrzehnten um 5 bis 6 Prozent pro Jahr zugelegt. Da sich die Entwicklung in Zukunft eher noch beschleunigen wird, könnten die harmlos wirkenden Schleier der Erde bald messbar einheizen.

 

Dipl.-Ing. Klaus Jacob, Stuttgart

 

Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:

 

Klimaänderung: Folgen und Auswirkungen

 

Literatur:

 

Eckert, Christian: Stichwort El Niño. München 1998.

 Firor, John: Herausforderung Weltklima. Ozonloch, globale Erwärmung und saurer Regen. Aus dem Englischen. Heidelberg u. a. 1993.

 Thomas E./Crutzen, Paul J.: Graedel, Atmosphäre im Wandel. Die empfindliche Lufthülle unseres Planeten. Aus dem Englischen. Heidelberg u. a. 1996.

 Graßl, Hartmut: Wetterwende. Vision: globaler Klimaschutz. Frankfurt am Main u. a. 1999.

 

Herausforderung für die deutsche Wissenschaft. Jahresgutachten 1996, herausgegeben vom Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen. Berlin u. a. 1996.

 Nisbet, Euan G.: Globale Umweltveränderungen. Ursachen, Folgen, Handlungsmöglichkeiten. Klima, Energie, Politik. Aus dem Englischen. Heidelberg u. a. 1994.

 Stehr, Nico/Storch, Hans von: Klima, Wetter, Mensch. München 1999.