Global opvarmning
Den nuværende globale opvarmning eller globale opvarmning (i daglig tale også "klimaforandringer" ) er stigningen i gennemsnitstemperaturen i atmosfæren nær jorden og havene siden begyndelsen af industrialiseringen . Det er en menneskeskabt (= menneskeskabt) klimaændring , da den hovedsageligt skyldes aktiviteter inden for energi, landbrug og skovbrug, industri, transport og byggesektorer, der udleder drivhusgasser .
I modsætning til vejret , der beskriver kortsigtede aktuelle forhold i atmosfæren, registreres middelværdier for klimaet over lange perioder. Normalt overvejes normale perioder på 30 år. Ifølge det mellemstatslige panel for klimaændringer (IPCC) var temperaturstigningen fra præindustrielle tider til 2017 omkring 1 ° C. [Bemærk 1] [2] 2020 og 2016 var de to varmeste år med minimale temperaturforskelle siden de systematiske målinger begyndte i 1880. [3] 2016 var cirka 1,1 ° C varmere end i førindustriel tid. [4] det var så varmt til de nyeste forskningsresultater for nylig i slutningen af den Eemiske mellemistid for 115.000 år siden. De 20 varmeste år målt er i de sidste 22 år (fra 2018) [5], og de fem varmeste år var i faldende rækkefølge 2016, 2019, 2015, 2017 og 2018. [6]
Opvarmningen er accelereret: Stigningstakten beregnet i årene 1956 til 2005 var 0,13 ± 0,03 ° C pr. Årti, næsten dobbelt så stor som i årene 1906 til 2005. [7] 2017 var menneskeskabt global opvarmning nået en værdi på 1 ° C ifølge IPCC, var stigningshastigheden derefter omkring 0,2 ° C pr. årti. [8] Opvarmningen foregår betydeligt hurtigere end alle kendte opvarmningsfaser i den moderne jordperiode , dvs. siden 66 millioner år. [9][10] [11] Under overgangen fra en istid til en mellemglacial periode opvarmes jorden med omkring 4 til 5 ° C inden for cirka 10.000 år. I tilfælde af menneskeskabt global opvarmning, uden skærpede klimabeskyttelsesforanstaltninger, forventes det, at temperaturen vil stige med 4 til 5 ° C fra slutningen af det 20. til slutningen af det 21. århundrede; opvarmning ville derfor være omkring 100 gange hurtigere end med historiske naturlige klimaændringer. [12]
Årsagen til opvarmningen er den igangværende menneskeskabte berigelse af jordens atmosfære med drivhusgasser , især kuldioxid (CO 2 ), metan og lattergas , der primært frigives ved afbrænding af fossil energi , gennem skovrydning og landbrug og i navnlig dyr dyrehold. Dette øger retentionskapaciteten for infrarød varmestråling i troposfæren , hvilket øger drivhuseffekten . Den vigtigste drivhusgas i den nuværende globale opvarmning er CO 2 . I 2015 steg den gennemsnitlige CO 2 -koncentration i jordens atmosfære målt ved Mauna Loa -målestationen for første gang til over 400 ppm [13] ; før industrialiseringen var det omkring 280 ppm. I sin femte vurderingsrapport, der blev offentliggjort i 2015, skriver IPCC , at det er yderst sandsynligt, at mennesker forårsagede mere end 50% af den opvarmning, der blev observeret mellem 1951 og 2010. Det bedste skøn er, at det menneskelige bidrag til opvarmningen i denne periode er omkring 100%. [14] Disse værdier understøttes af andre vurderingsrapporter. [15] Uden den nuværende menneskelige indflydelse på klimasystemet ville den lille afkølingstendens, der har hersket i flere årtusinder, sandsynligvis fortsætte. [16]
Den atmosfæriske drivhuseffekt blev først beskrevet af Joseph Fourier i 1824; Fra 1850'erne var der yderligere forskning . I 1896 forudsagde kemikeren og fysikeren Svante Arrhenius global opvarmning på grund af mængden af CO 2, der udsendes af mennesker. I 1938 lykkedes det Guy Stewart Callendar at demonstrere global opvarmning for første gang på grundlag af temperaturmålinger. Efter Anden Verdenskrig flyttede emnet i stigende grad ind i videnskabens fokus. [17] Forskerne Roger Revelle og Hans E. Suess talte i 1957 om et gigantisk ( storstilet ) "geofysisk eksperiment". [18] Fra omkring 1960'erne fandt der på internationalt plan sted diskussioner om emnet menneskeskabte klimaændringer. Nathaniel Rich beskrev i sin bog Losing Earth fra 2019, hvor meget der var kendt om global opvarmning og dens konsekvenser allerede i 1980'erne. [19] Siden omkring begyndelsen af 1990'erne [20] har der været en videnskabelig enighed om, at den globale opvarmning, målt siden omkring 1850 , er forårsaget af mennesker. [21]
Ifølge klimaforskning inkluderer de forventede og i nogle tilfælde allerede observerede konsekvenser af den globale opvarmning , afhængigt af jordens område: havis og gletsjersmeltning , en stigning i havets overflade , optøning af permafrostjord med frigivelse af metanhydrat , voksende tørkezoner og stigende vejrekstremer med tilsvarende konsekvenser for liv og sundhed Overlevelse af mennesker og dyr ( udryddelse af arter ). Omfanget af konsekvenserne afhænger af opvarmningens niveau og varighed. Nogle konsekvenser kan være irreversible og også fungere som tippingelementer i jordsystemet , som igen accelererer den globale opvarmning gennem positiv feedback , såsom frigivelse af drivhusgassen metan fra den optøende permafrost .
For at afbøde konsekvenserne af global opvarmning for mennesker og miljø har national og international klimapolitik både til formål at begrænse klimaændringer gennem klimabeskyttelse og tilpasse sig den opvarmning, der allerede er sket. For at kunne stoppe den menneskeskabte globale opvarmning skal yderligere energirelaterede drivhusgasemissioner helt undgås og emissionerne indføres i atmosfæren siden begyndelsen af industrialiseringen samt uundgåelige emissioner fra negative drivhusgasemissioner ved hjælp af passende teknologier som f.eks B. BECCS , DACCS eller kulstofbinding i jorden kan vendes fuldstændigt. Fra og med 2016 var omkring 2/3 af CO 2- budgetteringen af de maksimalt mulige emissioner for Pariserkonventionen aftalt to-graders mål opbrugt, så de globale emissioner skal reduceres hurtigt, hvis målet skal nås. [22] Det er muligt, at togradersmålet ikke er ambitiøst nok til at forhindre en tilstand i klimasystemet kendt som drivhusjorden , hvilket ville føre til fjendtlige forhold på jorden. [23]
Fysisk grundlæggende
Siden den industrielle revolution har mennesker øget den naturlige drivhuseffekt ved at udsende drivhusgasser , som det er blevet bevist ved målinger. [24] [25] [26] Siden 1990 er strålende tvang - altså opvarmningseffekten på klimaet - steget med 43% på grund af langlivede drivhusgasser. [27] I klimatologi er der nu enighed om, at den øgede koncentration af drivhusgasser, der frigives af mennesker i jordens atmosfære, sandsynligvis er den vigtigste årsag til global opvarmning, [28] [29], da de målte temperaturer ikke kan forklares uden den. [30] [31] [32]
Drivhusgasser tillader kortbølgestråling fra solen at passere stort set uhindret til jorden, men absorberer en stor del af den infrarøde stråling, der udsendes af jorden. Som følge heraf opvarmer de og udsender endda stråling i langbølgeområdet (jf. Kirchhoffs strålingslov ). Den del af strålingen, der er rettet mod jordens overflade, kaldes atmosfærisk modstråling . I det isotropiske tilfælde udstråles halvdelen af den absorberede energi mod jorden og halvdelen mod rummet. Som følge heraf opvarmes jordoverfladen mere, end hvis solens kortbølgestråling alene ville opvarme den. IPCC vurderer graden af videnskabelig forståelse af virkningerne af drivhusgasser som "høj". [33]
Drivhusgassens vanddamp (H 2 O) bidrager med 36 til 66%, kuldioxid (CO 2 ) 9 til 26% og metan 4 til 9% til den naturlige drivhuseffekt. [34] Det brede område kan forklares således: På den ene side er der store udsving i koncentrationen af disse gasser, både lokalt og tidsmæssigt. På den anden side overlapper deres absorptionsspektre. Eksempel: Stråling, der allerede er absorberet af vanddamp, kan ikke længere optages af CO 2 . Det betyder, at i et miljø som isdækkede områder eller tørre ørkener, hvor vanddamp bidrager lidt til drivhuseffekten, bidrager de resterende drivhusgasser mere til den samlede drivhuseffekt end i de fugtige troper.
Da de nævnte drivhusgasser er naturlige komponenter i atmosfæren, er den temperaturstigning, de forårsager, kendt som den naturlige drivhuseffekt . Den naturlige drivhuseffekt betyder, at jordens gennemsnitstemperatur er omkring +14 ° C. [35] [36] Uden den naturlige drivhuseffekt ville det være omkring −18 ° C. [37] Disse er beregnede værdier (se også idealiseret drivhusmodel ). I litteraturen kan disse værdier variere lidt afhængigt af beregningsmetoden og de underliggende antagelser, for eksempel jordens refleksionsadfærd ( albedo ) . Disse værdier tjener som bevis på, at der er en naturlig drivhuseffekt, da uden den skulle temperaturen være væsentligt lavere, og den højere temperatur kan forklares med drivhuseffekten. Afvigelser på et par grader Celsius spiller i første omgang ikke en stor rolle i dette bevis.
Årsager til menneskeskabt global opvarmning
Den globale opvarmning, der i øjeblikket observeres, skyldes næsten udelukkende menneskelig aktivitet. Det sandsynlige menneskelige bidrag til opvarmningen i perioden 1951 til 2010 er mindst 93%og kan være op til 123%, dvs. over 100%, hvilket er muligt ved at kompensere for forskellige kølefaktorer. [15] Hovedårsagen er den stigende koncentration af drivhusgasser i jordens atmosfære på grund af menneskelige aktiviteter. I IPCC's femte vurderingsrapport , den resulterende yderligere strålingsforcerende kraft i 2011 sammenlignet med referenceåret 1750 netto (dvs. efter fradrag af køleeffekter såsom aerosoler) ved 2,3 W / m². Brutto, alle langlivede drivhusgasser forårsagede en strålende kraft på 2,83 W / m². Den vigtigste drivhusgas var CO 2 med 1,82 W / m², efterfulgt af metan med 0,48 W / m². Halogenerede kulbrinter forårsagede en strålende tvang på 0,36 W / m², lattergas 0,17 W / m². Af de kortlivede drivhusgasser har ozon , hvis dannelse stimuleres af nitrogenoxider, kulilte eller kulbrinter, den højeste strålingsforcerende kraft ved 0,4 W / m². Aerosoler forårsager negativ (dvs. køling) strålingsforcerende −0,9 W / m². [38]
I modsætning hertil er ændringer i naturlig solaktivitet en ubetydelig faktor i den aktuelt observerede globale opvarmning. I samme periode tegnede solaktivitet sig for en strålende tvang på kun 0,1 W / m²; solaktivitet er endda faldet siden midten af det 20. århundrede. [39]
Stigning i koncentrationen af de vigtigste drivhusgasser
Andelen af alle fire komponenter i den naturlige drivhuseffekt i atmosfæren er steget siden begyndelsen af den industrielle revolution. Stigningen i koncentration er den hurtigste i 22.000 år. [41]
Koncentrationen af CO 2 i jordens atmosfære skyldes hovedsageligt brugen af fossil energi, cementindustrien og storskovrydning siden begyndelsen af industrialiseringen fra ca. 280 ppmV med 40% til ca. 400 ppmV (dele pr. Million, volumendele pr. million) steg i 2015. [42] I løbet af de sidste 14 millioner år (siden Middle Miocene ) var der ingen signifikant højere CO 2 -værdier end på nuværende tidspunkt. [43] [44] Ifølge målinger fra iskerner oversteg CO 2 -koncentrationen aldrig 300 ppmV i de sidste 800.000 år. [45] [46] Omkring 100 millioner tons kuldioxid frigives hver dag i atmosfæren gennem menneskelige aktiviteter (fra 2020). [47]
Volumenfraktionen af metan steg fra 730 ppbV i 1750 til 1.800 ppbV (parts per billion) i 2011. Dette er en stigning på 150% og, ligesom CO 2, det højeste niveau i mindst 800.000 år. [48] Hovedårsagen til dette er i øjeblikket kvægbrug [49] , efterfulgt af andre landbrugsaktiviteter såsom dyrkning af ris. [50] Det globale opvarmningspotentiale for 1 kg metan er over en periode på 100 år 25 gange højere end for 1 kg CO 2 . [51] Ifølge en nyere undersøgelse er denne faktor endda 33, hvis der tages hensyn til interaktioner med atmosfæriske aerosoler . [52] I en oxygenholdig atmosfære oxideres metan imidlertid mest af hydroxylradikaler . Når et metanmolekyle er kommet ind i atmosfæren, har det en gennemsnitlig opholdstid på tolv år. [51]
I modsætning hertil er opholdstiden for CO 2 nogle gange inden for århundreder. Havene absorberer atmosfærisk CO 2 meget hurtigt: et CO 2 -molekyle opløses i havene efter et gennemsnit på fem år. Disse frigives dog også tilbage til atmosfæren, så en del af CO 2, der udsendes af mennesker, i sidste ende varer i flere århundreder (ca. 30%) og en yderligere del (ca. 20%) selv i årtusinder i kulstofcyklussen hydrosfæren og atmosfæren forbliver. [53]
Mængden af lattergas steg fra præindustrielt 270 ppbV til 323 ppbV. [54] Med sit absorptionsspektrum hjælper det med at lukke et strålingsvindue, der ellers er åbent for rummet. På trods af dens meget lave koncentration i atmosfæren bidrager den med ca. 6% til den menneskeskabte drivhuseffekt , da dens virkning som drivhusgas er 298 gange stærkere end CO 2 ; derudover har den også en temmelig lang atmosfærisk opholdstid på 114 år. [51]
Vanddampkoncentrationen i atmosfæren ændres ikke signifikant af menneskeskabte vanddampemissioner, da yderligere vand, der indføres i atmosfæren, kondenserer ud inden for få dage. Stigende globale gennemsnitstemperaturer fører imidlertid til højere damptryk, dvs. større fordampning. Den globale stigning i vanddampindhold i atmosfæren er en yderligere drivkraft for global opvarmning. Vanddamp fungerer således i det væsentlige som et feedbackelement. Sammen med is-albedo-feedback er denne vanddamp-feedback den stærkeste, positive feedback i de globale klimaændringer. [55]
Aerosoler
Udover drivhusgasser påvirker aerosoler også jordens klima, omend med en samlet køleeffekt. Af alle de observerede bidrag til strålende tvang giver aerosoler den største usikkerhed. [33] Virkningen af en aerosol på lufttemperaturen afhænger af dens højde i atmosfæren. I det laveste lag af atmosfæren, troposfæren , får sodpartikler temperaturen til at stige, fordi de absorberer sollys og derefter afgiver termisk stråling . Den reducerede reflektivitet ( albedo ) af sne- og isoverflader og de sodpartikler, der er faldet på dem, har også en opvarmningseffekt. I de højere lag af luften på den anden side sikrer mineralpartikler, at jordoverfladen bliver køligere takket være deres afskærmningseffekt.
En stor usikkerhedsfaktor ved måling af aerosolers klimapåvirkning er deres indflydelse på skyformationen , som heller ikke er fuldt ud forstået. Overordnet set får aerosoler en klart afkølende effekt. Faldende luftforurening kan derfor bidrage til den globale opvarmning. [56] [57]
Et midlertidigt fald eller stagnation af den globale gennemsnitstemperatur skyldes i høj grad den afkølende effekt af sulfat-aerosoler, [58] mellem 1940'erne og midten af 1970'erne i Europa og USA og efter 2000 i Folkerepublikken Kina og Indien skulle være befinde sig. [59]
Underordnede og fejlagtigt mistænkte årsager
En række faktorer påvirker det globale klimasystem . I diskussionen om årsagerne til global opvarmning nævnes ofte faktorer, der er underordnede eller endda har en kølende effekt på klimasystemet. Ændrede kosmiske stråler er ikke ansvarlige for den aktuelt observerede opvarmning. [60] [61] [62] Jorden har været i en fase med genopvarmning fra den lille istid siden omkring 1850, det vil sige siden begyndelsen på den industrielle revolution. Uanset dette, uden menneskelig indgriben i det naturlige klima, ville den nedkølingstendens på 0,10 til 0,15 ° C pr. Årtusinde, der har eksisteret i 6000 år, fortsætte og - afhængigt af litteraturkilden - føre til en ny kold periode om 20.000 til 50.000 år . [63] [64]
Ozonhul
Antagelsen om, at ozonhullet er en væsentlig årsag til global opvarmning, er forkert. Udtømningen af ozon i stratosfæren har en let afkølingseffekt. [65] Ozonnedbrydningen fungerer på to måder: Den reducerede ozonkoncentration afkøler stratosfæren, da UV -strålingen ikke længere absorberes der, men varmer troposfæren, da UV -strålingen absorberes på jordoverfladen og varmer den op. Den koldere stratosfære sender mindre varmende infrarød stråling nedad og afkøler dermed troposfæren. Samlet set dominerer køleeffekten, så IPCC konkluderer, at den observerede ozonnedbrydning i løbet af de sidste to årtier har ført til en negativ strålingspåvirkning på klimasystemet, [66], der udgør ca. −0,15 ± 0,10 watt pr. Kvadratmeter ( W / m²). [67]
Solaktivitet
Forandringer i solen siges at have en mindre indvirkning på målt global opvarmning. [68][69] Ændringen i strålingsintensitet målt direkte fra kredsløb siden 1978 er alt for lille til at være hovedårsagen til den temperaturudvikling, der er observeret siden da.[69] Siden 1960'erne er forløbet af den globale gennemsnitstemperatur blevet afkoblet fra solens strålingsintensitet, [70] siden 1978 har den reducerede strålingsintensitet sandsynligvis modvirket den globale opvarmning noget.[69]
I 2013 anslog IPCC den yderligere strålingspåvirkning fra solen siden begyndelsen af industrialiseringen til at være omkring 0,05 (± 0,05) watt pr. Kvadratmeter. Til sammenligning bidrager de menneskeskabte drivhusgasser med 2,83 (± 0,29) W / m² til opvarmningen.[69] IPCC skriver, at graden af videnskabelig forståelse vedrørende påvirkningen af solvariation er steget fra "meget lav" til "lav" fra den tredje til den fjerde vurderingsrapport. [33] I den femte vurderingsrapport tilskriver IPCC sit estimat af solstrålingen siden 1750 til "middel informativ værdi"; den informative værdi har været højere i de sidste tre årtier. [71]
Kosmiske stråler
Argumentet om, at kosmiske stråler øger virkningerne af solaktivitet, er baseret på en undersøgelse af Henrik Svensmark og Egil Friis-Christensen . [72] De antager, at kosmisk stråling påvirker dannelsen af skyer og dermed har en indirekte indflydelse på jordens overfladetemperatur. [73] Dette er for at forklare, hvordan udsving i solaktivitet - på trods af den kun lille ændring i solstråling - kan udløse den observerede globale temperaturstigning. Nylige videnskabelige undersøgelser, hovedsageligt fra CLOUD -eksperimentet , viser imidlertid, at kosmiske strålers indflydelse på skydannelse er minimal. [74] [75] [76] [77] [78] [79] I sin 5. vurderingsrapport, der blev offentliggjort i 2013, udtalte IPCC, at selv om der var tegn på en sådan virkningsmekanisme, var det for svagt til at gøre klimaet værd at nævne for at påvirke. [80] Den kosmiske stråling som en forstærkende faktor er også afhængig af solaktivitet og kunne i betragtning af dens negative tendens siden 1960'erne højst have intensiveret en kølende effekt. [72]
Vulkansk aktivitet
Store vulkanudbrud i kategori VEI-5 eller VEI-6 på vulkaneksplosionsindekset kan forårsage halvkugleform eller global afkøling (ca. -0,3 til -0,5 ° C) over flere år på grund af emission af vulkansk aske og aerosoler til stratosfæren . [81] Det antages, at høj vulkansk aktivitet for eksempel havde en betydelig indflydelse på temperaturudviklingen i den lille istid . [82] [83] [84] Effekten af vulkansk aktivitet viser en let afkølingstendens i de sidste 60 år, så det kan heller ikke forklare opvarmningen.
Det hævdes undertiden, at den CO 2, der udsendes af vulkanerne, er ansvarlig for den ekstra drivhuseffekt. Imidlertid frigiver vulkaner kun omkring 210 til 360 megaton CO 2 om året. [85] Det er cirka en hundrededel af de årlige menneskeskabte CO 2 -emissioner. [86] Selvom den største masseudryddelse i jordens historie ved den perm-triasiske grænse forklares med en stærk vulkansk drivhuseffekt, var det på det tidspunkt en megavolkanisme, der ikke kan sammenlignes med nutidens vulkanske aktivitet.
Damp
Med en atmosfærisk andel på omkring 0,4%er vanddamp den mest kraftfulde drivhusgas i sin samlede effekt og er ansvarlig for omkring to tredjedele af den naturlige drivhuseffekt. CO 2 er den næstvigtigste faktor og tegner sig for størstedelen af den resterende drivhuseffekt. [87] Koncentrationen af vanddamp i atmosfæren er imidlertid hovedsageligt afhængig af lufttemperaturen (ifølge Clausius-Clapeyron-ligningen kan luft absorbere omkring 7% mere vanddamp pr. Grad Celsius-opvarmning). Hvis temperaturen stiger på grund af en anden påvirkningsfaktor, stiger vanddampkoncentrationen og dermed dens drivhusgaseffekt - hvilket fører til en yderligere stigning i temperaturen. Vanddamp intensiverer således temperaturændringerne forårsaget af andre faktorer. [88] Denne effekt kaldesvanddampfeedback . [89] Vanddamp fordobler eller tredobler derfor den opvarmning, der skyldes forøgelsen af CO 2 -koncentrationen alene. [90]
Abwärme
Bei fast allen Prozessen entsteht Wärme , so bei der Produktion von elektrischem Strom in Wärmekraftwerken , bei der Nutzung von Verbrennungsmotoren (siehe Wirkungsgrad ) oder beim Betrieb von Computern. In den USA und Westeuropa trugen Gebäudeheizung, industrielle Prozesse und Verbrennungsmotoren im Jahr 2008 mit 0,39 W/m² bzw. 0,68 W/m² zur Erwärmung bei und haben damit einen gewissen Einfluss auf das regionale Klimageschehen. Weltweit gesehen betrug dieser Wert 0,028 W/m² (also nur etwa 1 % der globalen Erwärmung). [91] [92] Merkliche Beiträge zur Erwärmung wären für den Fall des weiteren ungebremsten Anstiegs der Energieerzeugung (wie in den vergangenen Jahrzehnten) ab dem Ende unseres Jahrhunderts zu erwarten. [91] [93] [94] Betrachtet man die gesamte Verweildauer von Kohlendioxid in der Atmosphäre, dann übersteigt der treibhauseffektbedingte Strahlungsantrieb infolge der Verbrennung von Kohlenstoff die bei dem Verbrennungsprozess freiwerdende Wärme mehr als 100.000-fach. [95]
Städtische Wärmeinseln
Die Temperatur in Städten liegt oft höher als im Umland, da durch Heizungen und industrielle Prozesse Wärme produziert wird. Diese wird in Häusern und versiegelten Flächen stärker aufgenommen. Der Temperaturunterschied kann in großen Städten bis zu 10 °C betragen. [96] Da viele Temperaturmessungen in Städten erfolgen, könnte dies zu einer fehlerhaften Berechnung der globalen Temperatur führen. [97] Jedoch werden in Messungen betreffend der globalen Temperatur die Temperaturveränderungen und nicht die absoluten Werte berücksichtigt. [98] Zudem werden die Temperaturmessungen in Städten oft auf Grünflächen durchgeführt, die aufgrund der Begrünung in der Regel kühler sind. [99] Kontrollrechnungen der globalen Temperatur mit ausschließlich ländlichen Stationen ergeben praktisch die gleichen Temperaturtrends wie die Berechnung aus allen Stationen. [100]
Gemessene und projizierte Erwärmung
Als Hauptanzeichen für die derzeitige globale Erwärmung gelten die seit etwa 1850 vorliegenden weltweiten Temperaturmessungen sowie die Auswertungen verschiedener Klimaarchive . Verglichen mit den Schwankungen der Jahreszeiten sowie beim Wechsel von Tag und Nacht erscheinen die im Folgenden genannten Zahlen klein; als globale Änderung des Klimas bedeuten sie jedoch sehr viel, wenn man die um nur etwa 6 K niedriger liegende Durchschnittstemperatur auf der Erde während der letzten Eiszeit bedenkt. [101]
Im Jahr 2005 wurde ua aufgrund der gemessenen Temperaturzunahme der Meere über eine Dekade errechnet, dass die Erde 0,85 Watt pro Quadratmeter mehr Leistung aufnimmt als sie ins All abstrahlt. [102] [103]
Bisherige Temperaturerhöhung
Laut einer im Jahr 2016 erschienenen Publikation begann die globale Durchschnittstemperatur bereits seit dem Jahr 1830 aufgrund menschlicher Aktivitäten zu steigen. Dies wurde im Rahmen einer breit angelegten Studie gefunden, bei der eine große Zahl weltweit verteilter, paläoklimatologischer Anzeiger vergangener Zeiten (sogenannte Klimaproxys ) ausgewertet wurden. Zu dieser Zeit gab es noch kein dichtes Netz von Temperaturmessstationen. [105] Eine deutliche Erwärmungsphase war zwischen 1910 und 1945 zu beobachten, in der aufgrund der noch vergleichsweise geringen Konzentration von Treibhausgasen auch natürliche Schwankungen einen deutlichen Einfluss hatten. Am ausgeprägtesten ist jedoch die Erwärmung von 1975 bis heute.
2016 war das wärmste Jahr seit Beginn der Messungen im Jahr 1880. Es war ca. 1,1 °C wärmer als in vorindustrieller Zeit. 2017 war das bisher wärmste Nicht-El-Niño-Jahr und zugleich das zweitwärmste Jahr seit Beginn der Messungen. [106] Seit den 1980er Jahren war jedes Jahrzehnt wärmer als das vorangegangene; die fünf wärmsten Jahre waren in absteigender Reihenfolge 2016, 2019, 2015, 2017 und 2018. [6] Nach Zahlen des Copernicus-Programms lag die Erwärmung sogar um 1,3 °C oberhalb des Niveaus der vorindustriellen Zeit, womit die politisch anvisierte Grenze von 1,5 °C zeitweise nahezu erreicht war. Gegenüber dem Jahr 2015 hat die zusätzliche Erwärmung 0,2 °C betragen. [107]
Zwischen 1880 und 2012 nahmen die global gemittelten, bodennahen Lufttemperaturen um 0,85 °C zu. [41] Insbesondere bei kurzen Zeitreihen ist zu berücksichtigen, dass Anfangs- und Endjahr starken Einfluss auf den Trend haben können und somit nicht zwingend langfristige Trends widerspiegeln müssen. Ein Beispiel für eine solche Abweichung ist der Zeitraum zwischen 1998 und 2012, der mit einem starken El Niño und damit außergewöhnlich heißen Jahr begann, weshalb der Erwärmungstrend mit 0,05 °C pro Jahrzehnt in diesem Zeitraum deutlich unter dem langfristigen Trend von 0,12 °C pro Jahrzehnt im Zeitraum 1951 bis 2012 zurückblieb. [108] Trotzdem waren die 30 Jahre von 1983 bis 2012 auf der Nordhalbkugel die wärmste Normalperiode seit 1400 Jahren. [41] In dem Zusammenhang kommt eine 2020 veröffentlichte Studie auf der Basis einer detaillierten Auswertung von Paläo-Klimadaten zu dem Schluss, dass die im bisherigen 21. Jahrhundert aufgetretene Erwärmung die Temperaturwerte des Holozänen Klimaoptimums (vor etwa 8000 bis 6000 Jahren) mit hoher Wahrscheinlichkeit übertrifft. [109]
In einer 2007 erschienenen Studie konnte der natürliche Anteil der Erwärmung des 20. Jahrhunderts auf unter 0,2 K eingegrenzt werden. [110]
Erwärmung der Ozeane
Neben der Luft haben sich auch die Ozeane erwärmt; sie haben über 90 % der zusätzlichen Wärmeenergie aufgenommen. [111] Während sich die Ozeane von 1955 bis Mitte der 2000er Jahre aufgrund ihres enormen Volumens und ihrer großen Temperaturträgheit insgesamt nur um 0,04 K aufgeheizt haben, erhöhte sich ihre Oberflächentemperatur im selben Zeitraum um 0,6 K. [112] Im Bereich von der Meeresoberfläche bis zu einer Tiefe von 75 Metern stieg die Temperatur von 1971 bis 2010 um durchschnittlich 0,11 K pro Jahrzehnt an. [41]
Der Energieinhalt der Ozeane nahm zwischen Mitte der 1950er Jahre und 1998 um ca. 14,5 × 10 22 Joule zu, was einer Heizleistung von 0,2 Watt pro m² der gesamten Erdoberfläche entspricht. [113] Diese Energiemenge würde die unteren 10 Kilometer der Atmosphäre um 22 K erwärmen. [114] Über den Zeitraum 1971 und 2016 lag die gemittelte Wärmeaufnahme der Ozeane bei einer Leistung von etwa 200 Terawatt und damit mehr als 10 Mal so hoch wie der komplette Weltenergieverbrauch der Menschheit. [115]
Seit dem Jahr 2000 wird der Wärmeinhalt der Ozeane mit Hilfe des Argo-Programms vermessen, wodurch seit dieser Zeit erheblich genauere Daten über den Zustand wie auch die Veränderung von klimatologisch relevanten Messwerten (z. B. Wärmeinhalt, Salinität , Tiefenprofil) verfügbar sind. Die letzten zehn Jahre waren die wärmsten Jahre für die Ozeane seit Beginn der Messungen; 2019 das bisher wärmste. [116]
Örtliche und zeitliche Verteilung der beobachteten Erwärmung
Luft über Landflächen erwärmt sich allgemein stärker als über Wasserflächen, [117] was in der Animation am Anfang dieses Artikels (dritte Stelle ganz oben rechts) erkennbar ist. Die Erwärmung der Landflächen zwischen 1970 und 2014 lag im Mittel bei 0,26 K pro Dekade und damit doppelt so hoch wie über dem Meer, das sich im selben Zeitraum um 0,13 K pro Dekade erwärmte. [118] Aufgrund dieser unterschiedlichen schnellen Erwärmung von Land und See haben sich viele Regionen an Land bereits um mehr als 1,5 Grad Celsius erwärmt. [119] Gleichsam stiegen die Temperaturen auf der Nordhalbkugel, auf der sich der Großteil der Landflächen befindet, in den vergangenen 100 Jahren stärker an als auf der Südhalbkugel, wie auch die nebenstehende Grafik zeigt. [120]
Die Nacht- und Wintertemperaturen stiegen etwas stärker an als die Tages- und Sommertemperaturen. [121] [122] Aufgeteilt nach Jahreszeiten wurde die größte Erwärmung während der Wintermonate gemessen, und dabei besonders stark über dem westlichen Nordamerika, Skandinavien und Sibirien. [123] Im Frühling stiegen die Temperaturen am stärksten in Europa sowie in Nord- und Ostasien an. Im Sommer waren Europa und Nordafrika am stärksten betroffen, und im Herbst entfiel die größte Steigerung auf den Norden Nordamerikas, Grönland und Ostasien. [124] Besonders markant fiel die Erwärmung in der Arktis aus, wo sie vor 2004 im jährlichen Mittel etwa doppelt so hoch war wie im globalen Durchschnitt. [125] [126]
Die Erwärmung ist weltweit (mit Ausnahme weniger Regionen) seit 1979 weltweit nachweisbar. [124]
Für die verschiedenen Luftschichten der Erdatmosphäre wird theoretisch eine unterschiedliche Erwärmung erwartet und faktisch auch gemessen. Während sich die Erdoberfläche und die niedrige bis mittlere Troposphäre erwärmen sollten, lassen Modelle für die höher gelegene Stratosphäre eine Abkühlung vermuten. [127] Tatsächlich wurde genau dieses Muster in Messungen gefunden. Die Satellitendaten zeigen eine Abnahme der Temperatur der unteren Stratosphäre von 0,314 K pro Jahrzehnt während der letzten 30 Jahre. [128] Diese Abkühlung wird zum einen durch den verstärkten Treibhauseffekt und zum anderen durch Ozonschwund durch FCKWs in der Stratosphäre verursacht, [129] [130] siehe auch Montrealer Protokoll zum Schutz der Ozonschicht . Wäre die Sonne maßgebliche Ursache, hätten sich die oberflächennahen Schichten, die niedere bis mittlere Troposphäre und die Stratosphäre erwärmen müssen. [127] Dies heißt nach gegenwärtigem Verständnis, dass der überwiegende Teil der beobachteten Erwärmung durch menschliche Aktivitäten verursacht sein muss.
Die zehn wärmsten Jahre seit 1880
Die folgende Tabelle zeigt die zehn wärmsten Jahre im Zeitraum von 1880 bis 2020 – Abweichung von der langjährigen Durchschnitts-Temperatur (1901-2000) in °C
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Zeitweise Abkühlung oder Pause in der globalen Erwärmung
Auch bei Annahme einer Erwärmung um 4 K bis zum Ende des 21. Jahrhunderts wird es im Verlauf immer wieder Phasen der Stagnation oder sogar der Abkühlung geben. Diese Phasen können bis zu ca. 15 Jahre andauern. [133] Ursachen sind der elfjährige Sonnenfleckenzyklus , kühlende starke Vulkanausbrüche sowie die natürliche Eigenschaft des Weltklimas, einen schwingenden Temperaturverlauf zu zeigen ( AMO , PDO , ENSO ). So kann beispielsweise das Auftreten von El-Niño - bzw. La-Niña -Ereignissen die globale Durchschnittstemperatur von einem Jahr auf das andere um 0,2 K erhöhen bzw. absenken und für wenige Jahre den jährlichen Erwärmungstrend von ca. 0,02 K überdecken, aber auch verstärken. [134] [135]
Rückkopplungen
Das globale Klimasystem ist von Rückkopplungen geprägt, die Temperaturveränderungen verstärken oder abschwächen. Eine die Ursache verstärkende Rückkopplung wird als positive Rückkopplung bezeichnet. Bei bestimmten Zuständen des globalen Klimageschehens sind nach heutigem Kenntnisstand die positiven Rückkopplungen deutlich stärker als die negativen Rückkopplungen, so dass das Klimasystem in einen anderen Zustand kippen kann.
Die beiden stärksten, positiv wirkenden Rückkopplungsprozesse sind die Eis-Albedo-Rückkopplung und die Wasserdampf-Rückkopplung. Ein Abschmelzen der Polkappen bewirkt durch verminderte Reflexion einen zusätzlichen Energieeintrag über die Eis-Albedo-Rückkopplung. [136] Die Wasserdampfrückkopplung entsteht dadurch, dass die Atmosphäre bei höheren Temperaturen mehr Wasserdampf enthält. Da Wasserdampf das mit Abstand mächtigste Treibhausgas ist, wird dadurch ein eingeleiteter Erwärmungsprozess weiter verstärkt – unabhängig davon, was diese Erwärmung letztlich ausgelöst hat. [55] Gleiches gilt auch bei einer Abkühlung, die durch dieselben Prozesse weiter verstärkt wird. Zur quantitativen Beschreibung der Reaktion des Klimas auf Veränderungen der Strahlungsbilanz wurde der Begriff der Klimasensitivität etabliert. Mit ihr lassen sich unterschiedliche Einflussgrößen gut miteinander vergleichen.
Eine weitere positive Rückkopplung erfolgt durch das CO 2 selbst. Mit zunehmender Erderwärmung wird auch das Wasser in den Ozeanen wärmer und kann dadurch weniger CO 2 aufnehmen. Als Folge davon kann vermehrt CO 2 in die Atmosphäre gelangen, was den Treibhauseffekt zusätzlich verstärken kann. Zurzeit nehmen die Ozeane aber jährlich noch rund 2 Gt Kohlenstoff (das entspricht rund 7,3 Gt CO 2 ) mehr auf als sie im gleichen Zeitraum an die Atmosphäre abgeben, siehe Versauerung der Meere .
Neben diesen drei physikalisch gut verstandenen Rückkopplungen existieren jedoch noch weitere Rückkopplungsfaktoren, deren Wirken weit schwieriger abschätzbar ist, insbesondere bezüglich der Wolken, der Vegetation und des Bodens.
Bedeutung von Wolken für das Klima
Wolken beeinflussen das Klima der Erde maßgeblich, indem sie einen Teil der einfallenden Strahlung reflektieren. Strahlung, die von der Sonne kommt, wird zurück ins All, Strahlung darunter liegender Atmosphärenschichten in Richtung Boden reflektiert. Die Helligkeit der Wolken stammt von kurzwelliger Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich. [137]
Eine größere optische Dicke niedriger Wolken bewirkt, dass mehr Energie ins All zurückgestrahlt wird; die Temperatur der Erde sinkt. Umgekehrt lassen weniger dichte Wolken mehr Sonnenstrahlung passieren, was darunter liegende Atmosphärenschichten wärmt. Niedrige Wolken sind oft dicht und reflektieren viel Sonnenlicht zurück in den Weltraum. Da die Temperaturen in tiefen Schichten der Atmosphäre höher sind, strahlen die Wolken deshalb mehr Wärme ab. Die Tendenz niedriger Wolken ist daher, die Erde zu kühlen. [137]
Hohe Wolken sind meist dünn und nicht sehr reflektierend. Sie lassen zwar einen Großteil des Sonnenlichts durch, vermindern die Sonneneinstrahlung daher nur etwas, reflektieren nachts aber einen Teil der Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche, wodurch die nächtliche Abkühlung etwas vermindert wird. Da sie sehr hoch liegen, wo die Lufttemperatur sehr niedrig ist, strahlen diese Wolken nicht viel Wärme ab. Die Tendenz hoher Wolken ist, die Erde nachts ein wenig zu erwärmen. [137]
Die Vegetation und die Beschaffenheit des Bodens und insbesondere seine Versiegelung , Entwaldung oder landwirtschaftliche Nutzung haben maßgeblichen Einfluss auf die Verdunstung und somit auf die Wolkenbildung und das Klima. [137] Nachgewiesen wurde ebenfalls eine Verminderung der Wolkenbildung durch Pflanzen: diese emittieren bei einem CO 2 -Anstieg bis zu 15 Prozent weniger Wasserdampf; das wiederum reduziert die Wolkenbildung. [138] [139]
Insgesamt wird die globale Erwärmung durch Wolken-Rückkopplungen wahrscheinlich noch verstärkt. [140] [141] Eine 2019 veröffentlichte Simulation deutet darauf hin, dass bei einer CO 2 -Konzentration über 1.200 ppm Stratocumuluswolken in verstreute Wolken zerfallen könnten, was die globale Erwärmung weiter vorantreiben würde. [142] [143]
Einfluss der Vegetation und des Bodens
Vegetation und Boden reflektieren je nach Beschaffenheit das einfallende Sonnenlicht unterschiedlich. Reflektiertes Sonnenlicht wird als kurzwellige Sonnenstrahlung in den Weltraum zurückgeworfen (anderenfalls wäre die Erdoberfläche aus Sicht des Weltalls ohne Infrarotkamera schwarz). Die Albedo ist ein Maß für das Rückstrahlvermögen von diffus reflektierenden (reemittierenden), also nicht spiegelnden und nicht selbst leuchtenden Oberflächen.
| Oberflächen | Albedo in % |
|---|---|
| Siedlungen | 15 bis 20 |
| Tropischer Regenwald | 10 bis 12 |
| Laubwald | 12 bis 15 |
| Kulturflächen | 15 bis 30 |
| Grünland | 12 bis 30 |
| Ackerboden | 15 bis 30 |
| Sandboden | 15 bis 40 |
| Dünensand | 30 bis 60 |
| Gletschereis | 30 bis 75 |
| Asphalt | 15 |
| Wolken | 60 bis 90 |
| Wasser | 5 bis 22 |
Nicht nur der Verbrauch von fossilen Energieträgern führt zu einer Freisetzung von Treibhausgasen. Die intensive Bestellung von Ackerland und die Entwaldung sind ebenfalls bedeutende Treibhausgasquellen. Die Vegetation benötigt für den Prozess der Photosynthese CO 2 zum Wachsen. Der Boden ist eine wichtige Senke, da er organisches, kohlenstoffhaltiges Material enthält. Durch ackerbauliche Tätigkeiten wie Pflügen wird dieser gespeicherte Kohlenstoff leichter in Form von CO 2 freigesetzt, weil mehr Sauerstoff in den Boden eintreten kann und das organische Material schneller zersetzt wird. [144] Wahrscheinlich nimmt bei steigender Temperatur die Freisetzung von Methan aus Feuchtgebieten zu; über die Höhe der Freisetzung herrscht (Stand 2013) noch Ungewissheit. [145]
Im Permafrost Westsibiriens lagern 70 Milliarden Tonnen Methan, in Ozeanen haben sich an den Kontinentalhängen noch viel größere Mengen in Form von Methanhydrat abgelagert. [146] [147] Durch lokale Klimaveränderungen (aktuell: +3 K innerhalb von 40 Jahren in Westsibirien) könnten auch bei geringer globaler Erwärmung regional kritische Temperaturen erreicht werden; es besteht die Gefahr der Freisetzung des dort gespeicherten Methans in die Atmosphäre.[148] [149] [150] [151]
Eine Berechnung unter Annahme derartiger Rückkopplungen wurde von Wissenschaftlern der University of California, Berkeley erstellt, die annahmen, dass der CO 2 -Gehalt der Atmosphäre sich von den derzeitigen etwa 390 ppmV bis 2100 auf etwa 550 ppmV erhöhen wird. Dies sei allein der von der Menschheit bewirkte anthropogene Zuwachs. Die erhöhte Temperatur führt zu zusätzlicher Freisetzung von Treibhausgasen, insbesondere CO 2 und Methan. Bei ansteigender Temperatur erfolgt eine erhöhte Freisetzung von CO 2 aus den Weltmeeren und die beschleunigte Verrottung von Biomasse, was zusätzliches Methan und CO 2 freisetzt. Durch diese Rückkopplung könnte die globale Erwärmung um 2 K stärker ausfallen als 2006 angenommen wurde. [152] Aus diesem und anderen Gründen schätzt Barrie Pittock in Eos, der Publikation der American Geophysical Union , dass die zukünftige Erwärmung über die vom IPCC genannten Bandbreiten hinausgehen könnte. Er nennt acht Gründe für seine Vermutung, darunter unter anderem auch den Rückgang der globalen Verdunkelung und Rückkopplungseffekte durch Biomasse. [153]
Projizierte Erwärmung
Bei einer Verdoppelung der CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre gehen Klimaforscher davon aus, dass die Erhöhung der Erdmitteltemperatur innerhalb von 1,5 bis 4,5 K liegen wird. [41] Dieser Wert ist auch als Klimasensitivität bekannt und ist auf das vorindustrielle Niveau (von 1750) bezogen, ebenso wie der dafür maßgebende Strahlungsantrieb ; mit dieser Größe werden alle bekannten, die Strahlungsbilanz der Erde beeinflussenden Faktoren vom IPCC quantitativ beschrieben und vergleichbar gemacht. Das IPCC rechnet gemäß 5. Sachstandsbericht bis zum Jahr 2100 mit einer Zunahme der globalen Durchschnittstemperatur um 1,0 bis 3,7 K (bezogen auf 1986–2005 und abhängig vom THG-Emissionspfad und angewandtem Klimamodell). [154] :61 Zum Vergleich: Die schnellste Erwärmung im Verlauf von der letzten Eiszeit zur heutigen Warmzeit war eine Erwärmung um etwa ein Grad pro 1000 Jahre. [155] [156]
Nach einer Studie an der Carnegie Institution for Science , in der die Ergebnisse eines Kohlenstoff-Zyklus-Modells mit Daten aus Vergleichsuntersuchungen zwischen Klimamodellen des fünften IPCC-Sachstandsberichts ausgewertet wurden, reagiert das globale Klimasystem auf einen CO 2 -Eintrag mit einer zeitlichen Verzögerung von etwa 10 Jahren mit einer Sprungfunktion [154] :94 ; das bedeutet, dass die Erwärmung nach etwa 10 Jahren ihr Maximum erreicht und dann für sehr lange Zeiträume dort verharrt. [157]
Der Climate Action Tracker gibt die wahrscheinlichste, bis zum Ende dieses Jahrhunderts zu erwartende Erderwärmung an. Demnach ist die Welt aktuell (2021) auf dem Weg zu einer Erwärmung um 2,4 °C bzw. 2,9 °C im Vergleich zur vorindustriellen globalen Durchschnittstemperatur. Zur Berechnung dieses Wertes werden die Selbstverpflichtungen der wichtigsten Emittenten, die Treibhausgasemissionen zu verringern, in ein Klimamodell eingespeist. [158]
Langfristige Betrachtung und daraus resultierende Konsequenzen
Nach einer im Jahr 2009 erschienenen Studie wird die gegenwärtig bereits angestoßene Erwärmung noch für mindestens 1000 Jahre irreversibel sein, selbst wenn heute alle Treibhausgasemissionen vollständig gestoppt würden. [159] In weiteren Szenarien wurden die Emissionen schrittweise bis zum Ende unseres Jahrhunderts fortgesetzt und dann ebenfalls abrupt beendet. Dabei wurden wesentliche Annahmen und Aussagen, die im 4. IPCC-Bericht über die folgenden 1000 Jahre gemacht wurden, [33] [160] bestätigt und verfeinert. Langfristige Klimasimulationen deuten darauf hin, dass sich die von einer erhöhten Kohlenstoffdioxidkonzentration aufgeheizte Erde nur um ca. ein Grad pro 12.000 Jahre abkühlen wird. [161]
Ein komplettes Verbrennen der fossilen Energieressourcen , die konservativ auf 5 Billionen Tonnen Kohlenstoff geschätzt werden, würde hingegen zu einem weltweiten Temperaturanstieg von ca. 6,4 bis 9,5 °C führen, was sehr starke negative Auswirkungen auf Ökosysteme , menschliche Gesundheit , Landwirtschaft, die Wirtschaft usw. hätte. [162] Würden neben konventionellen auch unkonventionelle Ressourcen verbrannt, könnte die Kohlendioxidkonzentration in der Erdatmosphäre bis auf ca. 5000 ppm bis zum Jahr 2400 ansteigen. [163] Neben einer enormen Temperaturerhöhung würde hierbei der Antarktische Eisschild fast vollständig abschmelzen, womit der Meeresspiegel auch ohne Einberechnung des grönländischen Eisschildes um ca. 58 m steigen würde. [164]
Projektionen 2050
2019 prognostizierte das an der ETH Zürich angesiedelte Crowther Lab die Temperaturen in 520 Metropolen weltweit für das Jahr 2050. Für 22 % der Städte werden klimatische Bedingungen prognostiziert, wie sie derzeit in keiner Stadt der Welt herrschen. Den anderen werden Bedingungen prognostiziert, die einer anderen Stadt derzeit entsprechen. Wien soll beispielsweise ein ähnliches Klima wie Skopje bekommen, Hamburg wie San Marino , Berlin und Paris wie Canberra in Australien, London wie Melbourne , Athen und Madrid wie Fès in Marokko, Nairobi soll ein ähnliches Klima bekommen wie Maputo . New York soll ein Klima bekommen wie Virginia Beach , Virginia Beach wiederum wie Podgorica , Seattle wie San Francisco, Toronto wie Washington DC, Washington DC wie Nashville . [165] [166] [167]
Forschungsstand
Wissenschaftsgeschichte
Im Jahr 1824 entdeckte Jean Baptiste Joseph Fourier den Treibhauseffekt. Eunice Newton Foote untersuchte als erste experimentell die Wirkung von Sonnenbestrahlung auf luftdicht verschlossene Glasröhren, die mit verschiedenen Gasen gefüllt waren. Sie wies die Absorption von Wärmestrahlung durch Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf nach, erkannte darin eine mögliche Ursache für Klimawandel -Ereignisse und veröffentlichte ihre Ergebnisse 1856. Dies wurde erst 2010 bekannt . John Tyndall gelang es 1859, konkret die Absorption der von der Erdoberfläche ausgehenden langwelligen Infrarotstrahlung durch Treibhausgase nachzuweisen; [168] er bestimmte die relative Bedeutung von Wasserdampf gegenüber Kohlenstoffdioxid und Methan für den natürlichen Treibhauseffekt. An Tyndall anknüpfend veröffentlichte Svante Arrhenius [169] 1896 die Hypothese, dass die anthropogene CO 2 -Anreicherung in der Atmosphäre die Erdtemperatur erhöhen könne. [170] Damals begann die „Wissenschaft von der globalen Erwärmung“ im engeren Sinne.
Im Jahr 1908 publizierte der britische Meteorologe und spätere Präsident der Royal Meteorological Society Ernest Gold (1881–1976) einen Aufsatz zur Stratosphäre . [171] Er schrieb darin, dass die Temperatur der Tropopause mit steigender CO 2 -Konzentration steigt. Dies ist ein Kennzeichen der globalen Erwärmung, das fast ein Jahrhundert später auch gemessen werden konnte. [172]
In den späten 1950er Jahren wurde erstmals nachgewiesen, dass der Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre ansteigt. Auf Initiative von Roger Revelle startete Charles David Keeling 1958 auf dem Berg Mauna Loa ( Hawaii , Big Island) regelmäßige Messungen des CO 2 -Gehalts der Atmosphäre ( Keeling-Kurve ). Gilbert Plass nutzte 1956 erstmals Computer und erheblich genauere Absorptionsspektren des CO 2 zur Berechnung der zu erwartenden Erwärmung. Er erhielt 3,6 K (3,6 °C) als Wert für die Klimasensitivität . [173]
Die ersten Computerprogramme zur Modellierung des Weltklimas wurden Ende der 1960er Jahre geschrieben.
1979 schrieb die National Academy of Sciences der USA im " Charney -Report", dass ein Anstieg der Kohlenstoffdioxidkonzentration ohne Zweifel mit einer signifikanten Klimaerwärmung verknüpft sei; deutliche Effekte seien aufgrund der Trägheit des Klimasystems jedoch erst in einigen Jahrzehnten zu erwarten. [174]
Der US-Klimaforscher James E. Hansen sagte am 23. Juni 1988 vor dem Energy and Natural Resources Committee des US-Senats , er sei zu 99 Prozent davon überzeugt, dass die jeweilige Jahresrekordtemperatur nicht das Resultat natürlicher Schwankungen sei. Dies gilt als die erste derartige Äußerung eines Wissenschaftlers vor einem politischen Gremium. [175] Bereits in dieser Sitzung wurden Forderungen nach politischen Maßnahmen gestellt, um die globale Erwärmung zu verlangsamen. [176] Im November 1988 wurde der Weltklimarat (IPCC) gegründet, der den politischen Entscheidungsträgern und Regierungen zuarbeiten soll. Im IPCC wird der wissenschaftliche Erkenntnisstand zur globalen Erwärmung und zum anthropogenen Anteil daran diskutiert, abgestimmt und in Berichten zusammengefasst.
Anthropogene globale Erwärmung im Kontext der Erdgeschichte
Die Erforschung von Ursachen und Folgen der globalen Erwärmung ist seit ihrem Beginn eng mit der Analyse der klimatischen Bedingungen vergangener Zeiten verknüpft. Svante Arrhenius, der als Erster darauf hinwies, dass der Mensch durch die Emission von CO 2 die Erde erwärmt, erkannte bei der Suche nach den Ursachen der Eiszeiten den klimatischen Einfluss wechselnder Konzentrationen von Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre. [177]
So wie Erdbeben und Vulkanausbrüche sind auch Klimawandel etwas Natürliches. Seit der Entstehung der Erde hat sich das Erdklima ständig verändert, und es wird sich auch künftig ändern. In erster Linie verantwortlich dafür waren eine wechselnde Konzentration und Zusammensetzung der Treibhausgase in der Atmosphäre durch die unterschiedliche Intensität von Vulkanismus und Erosion. Weitere klimawirksame Faktoren sind die variable Sonneneinstrahlung, unter anderem durch die Milanković-Zyklen , sowie eine durch die Plattentektonik verursachte permanente Umgestaltung und Verschiebung der Kontinente. [178] Landmassen an den Polen förderten die Bildung von Eiskappen, und veränderte Meeresströmungen lenkten Wärme entweder von den Polen weg oder zu diesen hin und beeinflussten auf diese Weise die Stärke der sehr mächtigen Eis-Albedo-Rückkopplung . [179]
Obwohl Leuchtkraft und Strahlungsleistung der Sonne am Beginn der Erdgeschichte etwa 30 Prozent geringer als heute waren, herrschten in der gesamten Zeit Bedingungen, unter denen flüssiges Wasser existieren konnte. Dieses Phänomen ( Paradoxon der schwachen jungen Sonne ) führte in den 1980er Jahren zur Hypothese eines „CO 2 -Thermostats“: Es hielt die Temperaturen der Erde über Jahrmilliarden konstant in Bereichen, in denen Leben auf der Erde möglich war. Wenn Vulkane vermehrt CO 2 ausstießen, so dass die Temperaturen anstiegen, erhöhte sich der Grad der Verwitterung, wodurch mehr CO 2 gebunden wurde. War die Erde kalt und die Konzentration des Treibhausgases gering, wurde die Verwitterung durch die Vereisung weiter Landflächen stark verringert. [180] Das durch den Vulkanismus weiter in die Atmosphäre strömende Treibhausgas reicherte sich dort bis zu einem gewissen Kipppunkt an und verursachte dann ein globales Tauwetter. Der Nachteil dieses Mechanismus besteht darin, dass er mehrere Jahrtausende für die Korrektur von Treibhausgaskonzentrationen und Temperaturen benötigt, und es sind mehrere Fälle bekannt, bei denen er versagte.
Man nimmt an, dass die große Sauerstoffkatastrophe vor 2,3 Milliarden Jahren einen Zusammenbruch der Methankonzentration in der Atmosphäre bewirkte. Dies verminderte den Treibhauseffekt so stark, dass daraus eine großflächige und lang andauernde Vereisung der Erde während der Huronischen Eiszeit resultierte. Im Verlauf – vermutlich mehrerer – Schneeball-Erde -Ereignisse während des Neoproterozoikums vor rund 750 bis 635 Millionen Jahren fror die Erdoberfläche erneut fast vollkommen zu.
Das letzte derartige Ereignis fand unmittelbar vor der kambrischen Explosion vor 640 Millionen Jahren statt und wird Marinoische Eiszeit genannt. Die helle Oberfläche der fast vollständig gefrorenen Erde reflektierte nahezu die gesamte einfallende Sonnenenergie zurück ins All und hielt die Erde so im Eiszeitzustand gefangen; dies änderte sich erst, als die Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre, bedingt durch den unter dem Eis fortdauernden Vulkanismus, auf extrem hohe Werte gestiegen war. Da das CO 2 -Thermostat auf Veränderungen nur träge reagiert, taute die Erde nicht nur auf, sondern stürzte in der Folge für einige Jahrzehntausende in das andere Extrem eines Supertreibhauses. [181] Das Ausmaß der Vereisung ist jedoch in der Wissenschaft umstritten, weil Klimadaten aus dieser Zeit ungenau und lückenhaft sind. Nach neueren Untersuchungen trat eine ähnliche Konstellation am Karbon-Perm-Übergang vor etwa 300 Millionen Jahren ein, als sich die atmosphärische Kohlenstoffdioxid-Konzentration auf ein Minimum von wahrscheinlich 100 ppm verringerte. Dadurch rückte das Erdklimasystem in die unmittelbare Nähe jenes Kipppunkts , der den Planeten in den Klimazustand einer globalen Vereisung überführt hätte. [182]
Hingegen war die Erde zur Zeit des wahrscheinlich größten Massenaussterbens vor 252 Millionen Jahren ein Supertreibhaus mit sehr viel höheren Temperaturen als heute. [183] Diese drastische Temperaturerhöhung, die an der Perm-Trias-Grenze fast alles Leben auf der Erde auslöschte, wurde sehr wahrscheinlich von einer lang andauernden intensiven Vulkantätigkeit verursacht, die zur Entstehung des sibirischen Trapps führte. Aktuelle Isotopenuntersuchungen deuten darauf hin, dass sich die damaligen Meere innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums um bis zu 8 K erwärmten und parallel dazu stark versauerten. [184] Während dieser und anderer Phasen extrem hoher Temperaturen enthielten die Ozeane zu großen Teilen keinen Sauerstoff. Derartige ozeanische anoxische Ereignisse wiederholten sich in der Erdgeschichte mehrfach. Man weiß heute, dass sowohl Phasen starker Abkühlung, wie beispielsweise während der Grande Coupure , als auch rapide Erwärmungen von Massenaussterben begleitet wurden. [183] [184] [185] Der Paläontologe Peter Ward behauptet sogar, dass alle bekannten Massenaussterben der Erdgeschichte mit Ausnahme des KT-Impakts durch Klimakrisen ausgelöst wurden. [186]
Das Klima der letzten 10.000 Jahre war im Vergleich zu den häufigen und starken Schwankungen der vorangegangenen Jahrtausende ungewöhnlich stabil. Diese Stabilität gilt als Grundvoraussetzung für die Entwicklung und den Fortbestand der menschlichen Zivilisation . [187] [16] Zuletzt kam es während des Paläozän/Eozän-Temperaturmaximums und beim Eocene Thermal Maximum 2 zu einer schnellen und starken globalen Erwärmung, die von einem massiven Eintrag von Kohlenstoff (CO 2 und/oder Methan) in die Atmosphäre verursacht wurde. Diese Epochen sind daher Gegenstand intensiver Forschungen, um daraus Erkenntnisse über mögliche Auswirkungen der laufenden menschengemachten Erwärmung zu gewinnen. [185]
Der laufende und für die kommenden Jahre erwartete Klimawandel hat möglicherweise das Ausmaß großer Klimaveränderungen der Erdgeschichte, die vorhergesagte kommende Temperaturänderung läuft aber mindestens um einen Faktor 20 schneller ab als in allen globalen Klimawandeln der letzten 65 Millionen Jahre. [9] [188] Betrachtet man die Geschwindigkeit der Erwärmungsphasen von Eiszeiten zu Zwischeneiszeiten , wie sie in den letzten ca. 500.000 Jahren fünfmal vorkamen, so kam es dort jeweils zu Phasen der schnellen Erwärmung. Diese Phasen dauerten jeweils ca. 10.000 Jahre an und waren durch einen Anstieg von insgesamt ca. 4 bis 5 °C gekennzeichnet. Bei der derzeitigen menschengemachten Erwärmung wurde der Anstieg, ohne erhebliche Maßnahmen zum Klimaschutz , ebenfalls mit ca. 4 bis 5 °C berechnet – nur dass dieser Prozess in 100 statt 10.000 Jahren abläuft. [189]
Anhand der bald zweihundert Jahre umfassenden Datenlage und Forschung ist davon auszugehen, dass die Epoche des Pliozäns ein analoges Beispiel für die nähere Zukunft unseres Planeten sein kann. Der Kohlenstoffdioxid -Gehalt der Atmosphäre im mittleren Pliozän wurde mit Hilfe der Isotopenuntersuchung von Δ13C ermittelt und lag damals im Bereich von 400 ppm, das entspricht der Konzentration des Jahres 2015. [190] [191] Mit Hilfe von Klimaproxies sind Temperatur und Meeresspiegel der Zeit vor 5 Millionen Jahren rekonstruierbar. Zum Beginn des Pliozäns lag die globale Durchschnittstemperatur um 2 K höher als im Holozän ; die globale Jahresdurchschnittstemperatur reagiert aufgrund der enormen Wärmekapazität der Weltmeere sehr träge auf Änderungen des Strahlungsantriebs und so ist sie seit Beginn der industriellen Revolution erst um ca. 1 K angestiegen.
Die Erwärmung führt unter anderem zu einem Meeresspiegelanstieg . Der Meeresspiegel lag in der Mitte des Pliozäns um rund 20 Meter höher als heute. [192]
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
Der Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) wurde 1988 vomUmweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) gemeinsam mit der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) eingerichtet und ist der 1992 abgeschlossenen Klimarahmenkonvention beigeordnet. Der IPCC fasst für seine im Abstand von etwa sechs Jahren erscheinenden Berichte die weltweiten Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Klimaveränderung zusammen und bildet damit den aktuellen Stand des Wissens in der Klimatologie ab.
Die Organisation wurde 2007, gemeinsam mit dem ehemaligen US-Vizepräsidenten Al Gore , mit dem Friedensnobelpreis ausgezeichnet. DerFünfte Sachstandsbericht ist im September 2013 erschienen.
Wie sicher sind die Erkenntnisse zur globalen Erwärmung?
Seit der Entdeckung des Treibhauseffektes in der Atmosphäre 1824 durch Jean Baptiste Joseph Fourier und der Beschreibung der Treibhauswirkung von Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid 1862 durch John Tyndall ist die wissenschaftliche Erforschung des Erd-Klimasystems immer präziser geworden. [33] Inzwischen existiert eine "erdrückend[e] Beweislage", dass die globale Erwärmung real ist, menschengemacht und eine große Bedrohung darstellt. [193]
Seit 150 Jahren ist die wärmende Wirkung von Treibhausgasen bekannt, deren Konzentrationsanstieg in der Erdatmosphäre dann Mitte der 50er Jahre des vorigen Jahrhunderts sicher nachgewiesen werden konnte. Die seit Mitte der 1970er Jahre festgestellte, ausgeprägte und bis heute ununterbrochene Klimaerwärmung kann mit Hilfe der seitdem deutlich verbesserten Messtechnik nicht primär auf solare Einflüsse oder andere natürliche Faktoren zurückgeführt werden, da sich diese seit dieser Zeit nur minimal veränderten. Grundlegende Forschungen zur Auswirkung der Treibhausgase stammen vom Ozeanographen Veerabhadran Ramanathan aus der Mitte der 1970er Jahre. [194]
Mehrere Hunderttausend klimatologischer Studien [195] wurden seitdem veröffentlicht, von denen die große Mehrheit (etwa 97 %) [196] den wissenschaftlichen Konsens zum Klimawandel stützt. Projektionen und Berechnungen, die vor Jahrzehnten getätigt wurden, streuten noch recht groß, haben insgesamt den Trend aber überraschend gut getroffen. [197] [198] [199] [26] Werden die Modelle mit neueren Messwerten gerechnet, vor allem der Strahlungsbilanz zwischen oberer Atmosphäre und dem Weltraum, dann sinkt die Streuung zwischen den Modellen und der Mittelwert für die Erwärmung zum Ende des Jahrhunderts steigt etwas. [200]
Trends und exakte Zeitpunkte
Man unterscheidet in der Klimaforschung zwischen Trend und Zeitpunkt und berechnet dafür die Eintrittswahrscheinlichkeiten. Im Themenumfeld der globalen Erwärmung ist beispielsweise Folgendes nicht genau bekannt: Mehrere Ereignis-Zeitpunkte, darunter der Zeitpunkt, an dem die Arktis im 21. Jahrhundert im Sommer eisfrei sein wird; Der exakte Meeresspiegelanstieg bis zum Ende des 21. Jahrhunderts ist ebenfalls nicht bekannt. Unsicherheiten bestehen in der genauen Art, Form, dem Ort und der Verteilung von globalen Kipppunkten im Klimasystem und damit auch verbunden in der Kenntnis der genauen regionalen Auswirkungen der globalen Erwärmung. Die Mehrzahl der relevanten wissenschaftlichen Grundlagen gilt hingegen als sehr gut verstanden. [201]
Der wissenschaftliche Konsens zum Klimawandel
Der Themenkomplex der globalen Erwärmung war zunächst Gegenstand kontroverser Diskussionen mit wechselnden Schwerpunkten. Anfang des 20. Jahrhunderts überwog die Unsicherheit, ob die theoretisch vorhergesagte Erwärmung messtechnisch überhaupt nachweisbar sein würde. Als in den USA während der 1930er Jahre erstmals ein signifikanter Temperaturanstieg in einigen Regionen registriert wurde, galt dies zwar als ein starkes Indiz für eine zunehmende Erderwärmung, gleichzeitig wurde jedoch bezweifelt, ob dieser Prozess tatsächlich auf menschlichen Einflüssen beruhte. Diese Zweifel werden von manchen vorgeblich klimaskeptischen Gruppierungen bis heute geäußert, und gelegentlich wird sogar in den Medien eine globale Abkühlung für die kommenden Jahrzehnte vorausgesagt, was von Klimaforschern zurückgewiesen wird. [202]
Heute herrscht unter Fachwissenschaftlern ein Konsens bezüglich der menschengemachten globalen Erwärmung [21] [203] [204] , der seit spätestens Anfang der 1990er Jahre besteht. [20] [205] Andere Quellen datieren die Schaffung des wissenschaftlichen Konsens bereits in die 1980er Jahre. So hielt z. B. der 1988 publizierte Zwischenbericht der Enquete-Kommission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre fest, dass schon auf der Klimakonferenz von Villach 1985 ein Konsens über Existenz und menschliche Ursache des Klimawandels erzielt worden sei:
„In Villach (Österreich, 1985) waren sich die Wissenschaftler aus aller Welt erstmals darin einig, daß sich die globale Durchschnittstemperatur in Erdbodennähe erhöhen wird. Konsensfähig war auch, daß die durch Menschen verursachte Zunahme der Konzentrationen klimarelevanter Treibhausgase in der Atmosphäre, vor allem der von Kohlendioxid (CO 2 ), Methan (CH 4 ), troposphärischem Ozon, Distickstoffoxid (N 2 O) und der Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), zur Temperaturerhöhung führt.“
Der in den IPCC-Berichten zum Ausdruck gebrachte wissenschaftliche Konsens wird von den nationalen und internationalen Wissenschaftsakademien und allen G8 -Ländern ausdrücklich geteilt. [28] [207] [208] [209] [210]
Der wissenschaftliche Konsens zum Klimawandel besteht in der Feststellung, dass sich das Erd-Klimasystem erwärmt und weiter erwärmen wird. Dies wird anhand von Beobachtungen der steigenden Durchschnittstemperatur der Luft und Ozeane, großflächigem Abschmelzen von Schnee- und Eisflächen und dem Meeresspiegelanstieg ermittelt. Mit mindestens 95-prozentiger Sicherheit wird dies hauptsächlich durch Treibhausgase (Verbrennung von fossilen Energieträgern, Methanausstoß bei der Viehhaltung, Freisetzung von CO 2 bei der Zementherstellung,) sowie durch die Rodungen von Waldgebieten verursacht. [211] [212] Die American Association for the Advancement of Science – die weltweit größte wissenschaftliche Gesellschaft – stellt dar, dass sich 97 % aller Klimatologen darüber einig sind, dass ein vom Menschen verursachter Klimawandel stattfindet, und betont den zu vielen Aspekten der Klimatologie herrschenden Konsens. [213] Spätestens seit der Jahrtausendwende wird der Wissensstand um die mit dem Klimawandel verbundenen Folgen als ausreichend sicher angesehen, um umfangreiche Klimaschutzmaßnahmen zu rechtfertigen. [207]
Laut einer 2014 veröffentlichten Studie bestand unter der Annahme keines anthropogenen Treibhauseffekts nur eine Wahrscheinlichkeit von 0,001 % für das tatsächlich eingetretene Ereignis von mindestens 304 Monaten in Folge (von März 1985 bis zum Stand der Analyse Juni 2010) mit einem Monatsmittel der globalen Temperatur über dem Mittelwert für das 20. Jahrhundert. [214]
Leugnung der menschengemachten globalen Erwärmung
Obwohl innerhalb der Wissenschaft seit Jahrzehnten ein starker Konsens hinsichtlich der menschengemachten globalen Erwärmung herrscht, lehnen Teile der Öffentlichkeit sowie eine Vielzahl politischer und wirtschaftlicher Akteure bis heute weiterhin die Existenz des Klimawandels, seine menschliche Ursache, die damit einhergehenden negativen Folgen oder den wissenschaftlichen Konsens darüber ab. [215] Bei der Leugnung des menschengemachten Klimawandels handelt es sich um eine Form von Pseudowissenschaft , die Ähnlichkeiten aufweist mit weiteren Formen der Wissenschaftsleugnung wie beispielsweise dem Bestreiten der Evolutionstheorie oder der gesundheitsschädlichen Auswirkungen des Rauchens bis hin zum Glauben an Verschwörungstheorien . Zum Teil bestehen zwischen diesen genannten Formen der Leugnung wissenschaftlicher Erkenntnisse personelle, organisatorische und ökonomische Verbindungen. Ein zentrales Verbindungsmuster ist unter anderem die beständige Fabrizierung künstlicher Kontroversen wie der vermeintlichen Kontroverse um die globale Erwärmung [216] , bei der es sich, entgegen der Annahme in der Öffentlichkeit, nicht um eine wissenschaftliche Diskussion handelt, sondern vielmehr um die bewusste Verbreitung von Falschbehauptungen durch Klimaleugner. [217] Die Verleugnung der Klimaforschung gilt als die „mit Abstand am stärksten koordinierte und finanzierte Form der Wissenschaftsleugnung“ und stellt zugleich das Rückgrat der Anti- Umweltbewegung und ihrer Gegnerschaft gegen die Umweltforschung dar. [215]
Deutlich ausgeprägt ist die Ablehnung des wissenschaftlichen Konsenses insbesondere in Staaten, in denen mit großem finanziellen Einsatz durch Unternehmen, va aus der Branche der fossilen Energien , eine einflussreiche Kontrabewegung geschaffen wurde, deren Ziel es ist, die Existenz des wissenschaftlichen Konsenses durch bewusstes Säen von Zweifeln zu untergraben. Besonders erfolgreich waren diese Aktionen unter konservativen Bevölkerungsteilen in den USA. [218] Eine wichtige Rolle bei der Verschleierung des Standes der Wissenschaft spielen konservative Denkfabriken . [219]
Zu den wichtigsten Kräften der organisierten Klimaleugnerbewegung , die die Existenz der menschengemachten globalen Erwärmung durch gezielte Attacken auf die Klimaforschung abstreiten, zählen das Cato Institute , das Competitive Enterprise Institute , das George C. Marshall Institute sowie das Heartland Institute , allesamt konservativ ausgerichtete Think Tanks. Ihr Ziel war und ist es, mittels der Strategie Fear, Uncertainty and Doubt in der Bevölkerung Unsicherheit und Zweifel an der Existenz der Globalen Erwärmung zu schaffen, um anschließend zu argumentieren, dass es nicht genügend Belege dafür gebe, konkrete Klimaschutzmaßnahmen zu ergreifen. [220] [221] Insgesamt stehen der US-Klima-Contrarian-Bewegung rund 900 Millionen Dollar pro Jahr für Kampagnenzwecke zur Verfügung. Die überwältigende Mehrheit der Mittel stammt von politisch konservativen Organisationen, wobei die Finanzierung zunehmend über Donors-Trust-Organisationen verschleiert wird. [222] Die Mehrheit der Literatur, die dem menschengemachten Klimawandel widerspricht, wurde ohne Peer-Review publiziert, ist üblicherweise pseudowissenschaftlicher Natur (dh wirkt äußerlich wissenschaftlich, ohne aber wissenschaftliche Qualitätsstandards zu erfüllen), wurde zum großen Teil von Organisationen und Unternehmen finanziert, die von der Nutzung fossiler Energieträger profitieren, und steht in Verbindung mit konservativen Think Tanks. [223]
Folgen der globalen Erwärmung
Wegen der Auswirkungen auf menschliche Sicherheit , Gesundheit , Wirtschaft und Umwelt ist die globale Erwärmung mit Risiken behaftet. Diese Risiken werden mit zunehmender Erwärmung stärker und sind bei 2 Grad Erwärmung höher als bei einer Begrenzung der Erderwärmung auf 1,5 Grad. Negative Auswirkungen der globalen Erwärmung treten bereits heute auf und haben ua bereits viele Ökosysteme an Land und im Wasser beeinträchtigt. [224] Einige schon heute wahrnehmbare Veränderungen wie die verringerte Schneebedeckung, der steigende Meeresspiegel oder die Gletscherschmelze gelten neben den Temperaturmessungen auch als Belege für den Klimawandel. Konsequenzen der globalen Erwärmung wirken sowohl direkt auf den Menschen als auch auf Ökosysteme . Dazu verstärkt der Klimawandel viele andere gravierende Probleme wie z. B. den Artenschwund oder die Bodendegradation , sodass die Bekämpfung des Klimawandels zugleich eine Schlüsselmaßnahme für das Lösen anderer dringender Probleme auf dem Weg hin zu einer nachhaltigen Lebensweise ist. [225]
Wissenschaftler projizieren verschiedene direkte und indirekte Auswirkungen auf Hydrosphäre, Atmosphäre und Biosphäre. Im Bericht des Weltklimarats ( IPCC ) werden diesen Projektionen jeweils Wahrscheinlichkeiten zugeordnet. Zu den Folgen zählen Hitzewellen, besonders in den Tropen, ein Hunderte Millionen Menschen betreffender Anstieg des Meeresspiegels und Missernten, welche die globale Ernährungssicherheit gefährden. Eine sich stark erwärmende Welt ist, so ein Weltbank -Bericht, mit erheblichen Beeinträchtigungen für den Menschen verbunden. [226]
Unerwartete Veränderungen und „Tipping Points“
Man unterscheidet mindestens zwei Arten unerwarteter Effekte: Kombinierte Effekte, bei denen mehrere Extremereignisse zusammen wirken und ihre Wirkung gegenseitig verstärken (beispielsweise Dürren und Großbrände), und Kippelemente . Bedingt durch die vielfachen Rückkopplungen im Erdsystem reagiert dieses auf Einflüsse oftmals nichtlinear, das heißt, Veränderungen vollziehen sich in diesen Fällen nicht kontinuierlich, sondern sprunghaft. Es gibt eine Reihe von Kippelementen, die bei fortschreitender Erwärmung wahrscheinlich abrupt einen neuen Zustand einnehmen werden, der ab einem gewissen Punkt ( Tipping-Point ) schwer oder gar nicht umkehrbar sein wird. Beispiele für Kippelemente sind das Abschmelzen der arktischen Eisdecke oder eine Verlangsamung der thermohalinen Zirkulation . [228] [229]
Andere Beispiele für abrupte Ereignisse sind das plötzliche Aussterben einer Art, die – womöglich durch andere Umweltfaktoren vorbelastet – durch ein klimatisches Extremereignis eliminiert wird, oder die Wirkung steigender Meeresspiegel. Diese führen nicht unmittelbar zu Überschwemmungen, sondern erst wenn im Rahmen von z. B. Sturmfluten ein vormals ausreichender Damm überschwemmt wird. Auch der Meeresspiegelanstieg selbst kann sich durch nichtlineare Effekte in sehr kurzer Zeit rasch beschleunigen, wie dies in der Klimageschichte beispielsweise beim Schmelzwasserpuls 1A der Fall war. [230]
Untersuchungen von klimatischen Veränderungen in der Erdgeschichte zeigen, dass Klimawandel in der Vergangenheit nicht nur graduell und langsam abliefen, sondern bisweilen sehr rasch. So war am Ende der jüngeren Dryas und während der Dansgaard-Oeschger-Ereignisse in der letzten Kaltzeit regional eine Erwärmung um 8 °C in etwa 10 Jahren zu beobachten. Nach heutigem Kenntnisstand erscheint es wahrscheinlich, dass diese schnellen Sprünge im Klimasystem auch künftig stattfinden werden, wenn bestimmte Kipppunkte überschritten werden. [231] Da die Möglichkeit, das Klima in Klimamodellen abzubilden, nie vollständig der Realität entsprechen wird, das Klimasystem aufgrund seiner chaotischen Natur grundsätzlich nicht im Detail vorhersagbar ist und sich die Welt überdies zunehmend außerhalb des Bereichs bewegt, für den verlässliche Klimadaten der Vergangenheit vorliegen, können weder Art, Ausmaß noch Zeitpunkt solcher Ereignisse vorhergesagt werden. [232] [231]
Jedoch berechneten Will Steffen und andere im Jahr 2018 wahrscheinliche Temperaturbereiche der Erderwärmung, in denen kritische Schwellen für Kippelemente erreicht werden können, so dass „diese in fundamental andersartige Zustände versetzt werden.“ Durch Rückkopplungen könnten weitere Kippelemente ausgelöst werden, deren Veränderung erst für höhere Temperaturbereiche zu erwarten sei. So werde die thermohaline Zirkulation durch ein schon bei einer Erderwärmung zwischen 1 und 3 Grad mögliches starkes Abschmelzen des Grönlandeises beeinflusst. Ihr Zusammenbruch ist wiederum rückgekoppelt mit der El Niño-Southern Oscillation , dem teilweisen Absterben des Amazonas-Regenwaldes [233] und dem Abschmelzen von antarktischem Meer -, später Festlandeis . Schon bei Einhalten des Klimaziels von 2 Grad globaler Erwärmung drohe daher das Risiko eines Dominoeffekts , einer Kaskade, die das Klima unkontrollierbar und irreversibel in ein Warmklima führen würde, mit langfristig etwa 4 bis 5 Grad höheren Temperaturen und einem Meeresspiegelanstieg um 10 bis 60 Meter. [23]
Auswirkungen auf die Biosphäre
Die Risiken für Ökosysteme auf einer sich erwärmenden Erde wachsen mit jedem Grad des Temperaturanstiegs. Die Risiken unterhalb einer Erwärmung von 1 K gegenüber dem vorindustriellen Wert sind vergleichsweise gering. Zwischen 1 und 2 K Erwärmung liegen auf regionaler Ebene mitunter substanzielle Risiken vor. Eine Erwärmung oberhalb von 2 K birgt erhöhte Risiken für das Aussterben zahlreicher Tier- und Pflanzenarten, deren Lebensräume nicht länger ihren Anforderungen entsprechen. [234] Beispielsweise geht der IPCC davon aus, dass die weltweiten Korallenriffe bei einer Erwärmung von 1,5 Grad um 70-90 % zurückgehen werden. Bei 2 Grad Erwärmung rechnet der IPCC mit einem Rückgang um mehr als 99 % und damit einem nahezu vollständigen Verschwinden der Korallenriffe. [235] Bei über 2 K Temperaturanstieg drohen der Kollaps von Ökosystemen und signifikante Auswirkungen auf Wasser sowie Nahrungsmittelvorräte durch Ernteausfall. [236]
- Durch gestiegene Niederschlagsmengen, Temperatur und CO 2 -Gehalt der Atmosphäre hat das Pflanzenwachstum in den letzten Jahrzehnten zugenommen. Es stieg zwischen 1982 und 1999 um sechs Prozent im weltweiten Durchschnitt, besonders in den Tropen und der gemäßigten Zone der Nordhalbkugel . [237]
- Risiken für die menschliche Gesundheit sind teils unmittelbare Folge steigender Lufttemperaturen . Hitzewellen werden häufiger, während extreme Kälteereignisse wahrscheinlich seltener werden. [124] [238] [239] Während die Zahl der Hitzetoten wahrscheinlich steigen wird, wird die Zahl der Kältetoten abnehmen. [240] [241]
- Trotz globaler Erwärmung kann es lokal und vorübergehend zu Kälteereignissen kommen. Klimasimulationen sagen beispielsweise voraus, dass es durch das Schmelzen des Arktiseises zu starken Störungen der Luftströmungen kommen kann. Hierdurch könnte sich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens extrem kalter Winter in Europa und Nordasien verdreifachen. [242]
- Die landwirtschaftliche Produktivität wird sowohl von einer Temperaturerhöhung als auch von einer Veränderung der Niederschläge betroffen sein. Global ist, grob gesehen, mit einer Verschlechterung des Produktionspotenzials zu rechnen. Das Ausmaß dieses Negativtrends ist jedoch mit Unsicherheit behaftet, da unklar ist, ob durch gestiegene Kohlenstoffkonzentrationen ein Düngungseffekt eintritt (−3 %) oder nicht (−16 %). Tropische Regionen werden Modellrechnungen zufolge jedoch stärker betroffen sein als gemäßigte Regionen, in denen mit Kohlenstoffdüngung sogar teilweise deutliche Produktivitätszuwächse erwartet werden. Zum Beispiel wird für Indien mit einem Einbruch von ca. 30–40 % bis 2080 gerechnet, während die Schätzungen für die Vereinigten Staaten und China je nach Kohlenstoffdüngungs-Szenario zwischen −7 % und +6 % liegen. Hinzu kommen wahrscheinliche Veränderungen der Verbreitungsgebiete und Populationen von Schädlingen. [243] [244] Ebenfalls nach Modellrechnungen werden bei ungebremstem Klimawandel weltweit jährlich ca. 529.000 Todesfälle infolge von schlechterer Ernährung, insbesondere dem Rückgang von Obst - und Gemüsekonsum , erwartet. Bei einem strengen Klimaschutzprogramm (Umsetzung des RCP 2.6-Szenarios) könnte die Zahl der zusätzlichen Toten hingegen auf ca. 154.000 begrenzt werden. [245]
- Es wird zu Änderungen von Gesundheitsrisiken für Menschen und Tiere infolge von Veränderungen des Verbreitungsgebiets, der Population und des Infektionspotentials von Krankheitsüberträgern kommen. [246] [247]
Auswirkungen auf Hydrosphäre und Atmosphäre
- Durch die steigenden Lufttemperaturen verändern sich weltweit Verteilung und Ausmaß der Niederschläge. Gemäß der Clausius-Clapeyron-Gleichung kann die Atmosphäre mit jedem Grad Temperaturanstieg ca. 7 % mehr Wasserdampf aufnehmen, [55] der wiederum als Treibhausgas wirkt. Dadurch steigt zwar global die durchschnittliche Niederschlagsmenge, in einzelnen Regionen wird jedoch auch die Trockenheit zunehmen, einerseits durch Rückgang der dortigen Niederschlagsmengen , aber auch durch die bei höheren Temperaturen beschleunigte Verdunstung . [248] [249] [250]
- Die zunehmende Verdunstung führt zu einem höheren Risiko für Starkregen , Überschwemmungen und Hochwasser . [251] [252]
- Es kommt weltweit zu einer verstärkten Gletscherschmelze .
- Im Zuge der globalen Erwärmung kommt es zu einem Anstieg des Meeresspiegels . Dieser erhöhte sich im 20. Jahrhundert um 1–2 cm pro Jahrzehnt und beschleunigt sich. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts lag die Rate bei 3–4 cm. Bis zum Jahr 2100 erwartet das IPCC einen weiteren Meeresspiegelanstieg um wahrscheinlich 0,29–0,59 m bei strengem Klimaschutz und 0,61–1,10 m bei weiter zunehmenden Treibhausgasemissionen; ein Meeresspiegelanstieg von bis zu 2 m kann nicht ausgeschlossen werden. [253] [254] In den kommenden 2000 Jahren wird von einem Meeresspiegelanstieg in Höhe von ca. 2,3 m pro zusätzlichem Grad Celsius Erwärmung ausgegangen. [255] Es gibt Anzeichen, dass Kippunkte bereits überschritten sind, die ein Abschmelzen eines Teils der Westantarktis beschleunigen. Dies könnte den Meeresspiegel langfristig um drei Meter erhöhen. [256] Ein weitgehendes Abschmelzen der Eismassen von Grönland gilt innerhalb von 1000 Jahren als möglich und würde den Meeresspiegel um sieben Meter erhöhen. [257] Ein Abschmelzen der gesamten Eisschicht der Antarktis erhöht den Pegel um zusätzliche 57 Meter. [258] [259] Solch ein Szenario ist aber nicht abzusehen.
- Laut der World Meteorological Organization gibt es bislang Anhaltspunkte für und wider ein Vorhandensein eines anthropogenen Signals in den bisherigen Aufzeichnungen über tropische Wirbelstürme , doch bislang können keine gesicherten Schlussfolgerungen gezogen werden. [260] Die Häufigkeit tropischer Stürme wird wahrscheinlich abnehmen, ihre Intensität aber zunehmen. [261]
- Es gibt Hinweise, dass die globale Erwärmung über eine Veränderung der Rossby-Wellen (großräumige Oszillationen von Luftströmen) zum vermehrten Auftreten von Wetterextremen (z. B. Hitzeperioden, Überschwemmungen) führt. [262] [263]
Friedens- und Weltordnung, Politik
Das Weltwirtschaftsforum Davos stuft in seinem Bericht Global Risks 2013 den Klimawandel als eines der wichtigsten globalen Risiken ein: Das Wechselspiel zwischen der Belastung der wirtschaftlichen und ökologischen Systeme werde unvorhersehbare Herausforderungen für globale und nationale Widerstandsfähigkeiten darstellen. [264] [265]
Verschiedene Militärstrategen und Sicherheitsexperten befürchten geopolitische Verwerfungen infolge von Klimaveränderungen, die sicherheitspolitische Risiken für die Stabilität der Weltordnung [266] [267] [268] und den „ Weltfrieden “ bergen, [269] auch derUN-Sicherheitsrat gab 2011 auf Initiative Deutschlands eine entsprechende Erklärung ab.[270] Der ehemalige deutsche Außenminister Frank-Walter Steinmeier bewertete im April 2015 nach Erscheinen einer zum „ G7 “-Außenminister-Treffen in Lübeck verfassten europäischen Studie den Klimawandel ebenfalls als „eine wachsende Herausforderung für Frieden und Stabilität“. Die Studie empfiehlt ua die Einrichtung einer G7- Taskforce . [271] [272]
Sozialwissenschaftliche Aspekte
Wirtschaft
Die wirtschaftlichen Folgen der globalen Klimaerwärmung sind nach gegenwärtigen Schätzungen beträchtlich: Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung schätzte 2004/5, dass ohne zügig umgesetzten Klimaschutz der Klimawandel bis zum Jahr 2050 bis zu 200.000 Milliarden US-Dollar volkswirtschaftliche Kosten verursachen könnte (wobei diese Schätzung mit großen Unsicherheiten behaftet ist). [273] Der Stern-Report (er wurde Mitte 2005 von der damaligen britischen Regierung in Auftrag gegeben) schätzte die durch den Klimawandel bis zum Jahr 2100 zu erwartenden Schäden auf 5 bis 20 Prozent der globalen Wirtschaftsleistung.
Nach einem im Vorfeld der im November 2017 in Bonn stattfindenden 23. UN-Klimakonferenz („ COP 23 “) veröffentlichten Lancet -Report hat sich die Zahl der wetterbedingten Naturkatastrophen seit 2000 um 46 % erhöht; allein 2016 sei dadurch ein ökonomischer Schaden von 126 Mrd. Dollar entstanden. [274]
Siehe auch „ Klimafinanzierung “, Klimaversicherung , Loss and Damage , Unternehmerische Klimarisiken
Begrenzung der globalen Erwärmung
Um die Erdtemperatur zu stabilisieren und die Folgen der globalen Erwärmung zu begrenzen, muss der Treibhausgasausstoß weltweit auf Netto-Null begrenzt werden, da für jedes Temperaturziel nur ein gewisses globales CO 2 -Budget zur Verfügung steht. [275] [22] Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass die Erderwärmung so lange weiter fortschreitet, wie Treibhausgase emittiert werden und die Gesamtmenge an Treibhausgasen in der Atmosphäre steigt. Emissionen nur zu reduzieren führt also nicht zum Stopp, sondern nur zur Verlangsamung der globalen Erwärmung. [276]
Klimapolitik
Treibhausgase reichern sich gleichmäßig in der Atmosphäre an, ihre Wirkung hängt nicht davon ab, wo sie ausgestoßen werden. Eine Minderung von Treibhausgasemissionen kommt somit allen zugute; sie ist aber oft für denjenigen, der seine Treibhausgasemissionen mindert, mit Anstrengungen und Kosten verbunden. Die Reduktion der weltweiten Emissionen auf Netto-Null steht damit vor dem sogenannten Trittbrettfahrerproblem : Vorwiegend am Eigennutz orientierte Akteure wollen zwar eine Stabilisierung des Klimas und dementsprechende Klimaschutzanstrengungen anderer, sehen aber keine ausreichenden Anreize für eigene Klimaschutzanstrengungen. Die internationale Klimapolitik steht vor der Aufgabe, einen globalen Ordnungsrahmen zu schaffen, der Kollektives Handeln hin zu Klimaneutralität bewirkt. [277] [278]
Geschichte
Als Herzstück internationaler Klimapolitik gilt die Klimarahmenkonvention (UNFCCC) der Vereinten Nationen als der völkerrechtlich verbindlichen Regelung zum Klimaschutz. [279] Sie wurde 1992 in New York City verabschiedet und im gleichen Jahr auf der UN-Konferenz für Umwelt und Entwicklung ( UNCED ) in Rio de Janeiro von den meisten Staaten unterschrieben. Ihr Kernziel ist es, eine gefährliche Störung des Klimasystems infolge menschlicher Aktivität zu vermeiden. Mit der Rahmenkonvention geht als neu entstandenes Prinzip der Staatengemeinschaft einher, dass auf eine solche massive Bedrohung der globalen Umwelt auch ohne genaue Kenntnis des letztlichen tatsächlichen Ausmaßes reagiert werden soll. Auf der Rio-Konferenz wurde auch die Agenda 21 verabschiedet, die seitdem Grundlage für viele lokale Schutzmaßnahmen ist.
Die 197 Vertragspartner der Rahmenkonvention (Stand März 2020 [280] ) treffen sich jährlich zu UN-Klimakonferenzen . Die bekanntesten dieser Konferenzen waren 1997 im japanischen Kyōto , die als Ergebnis das Kyoto-Protokoll hervorbrachte, 2009 in Kopenhagen und 2015 in Paris . Dort wurde von allen Vertragsstaaten vereinbart, die globale Erwärmung auf deutlich unter 2 °C gegenüber vorindustrieller Zeit zu begrenzen. Angestrebt werden soll eine Begrenzung auf 1,5 °C. [22]
Das Zwei-Grad-Ziel
Als Grenze von einer tolerablen zu einer „gefährlichen“ Störung des Klimasystems wird in der Klimapolitik gemeinhin eine durchschnittliche Erwärmung um 2 °C gegenüber dem vorindustriellen Niveau angenommen. Dabei spielt die Befürchtung eine große Rolle, dass jenseits der 2 °C das Risiko irreversibler, abrupter Klimaänderungen stark steigt. In Deutschland empfahl der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) 1994, die mittlere Erwärmung auf höchstens 2 °C zu begrenzen. Der Rat der Europäischen Union übernahm das Ziel 1996. [282] Die G8 erkannten es beim G8-Gipfel im Juli 2009 an. Im gleichen Jahr fand es als Teil des Copenhagen Accord Eingang in den UN-Rahmen und wurde in völkerrechtlich bindender Form 2015 verabschiedet, das Übereinkommen von Paris trat im November 2016 in Kraft.
Die Vorgabe rückt jedoch zusehends in die Ferne: Da eine Erwärmung um 1,1 °C bereits eingetreten ist (Stand 2019), verbleiben nur noch 0,9 °C. In Szenarien, die noch als realisierbar gelten, müssten zur Erreichung des Ziels die Treibhausgasemissionen bereits 2020 ihr Maximum erreichen und danach rasch sinken. [281] Laut einem im November 2019 veröffentlichten Bericht des Umweltprogramms der Vereinten Nationen gibt es keine Anzeichen, dass die Emissionen in den nächsten Jahren ihren Höhepunkt überschreiten werden. [283] Sollten die Vertragsstaaten des Paris-Abkommens ihre Emissionen wie bis 2016 zugesagt mindern (→ Nationaler Klimaschutzbeitrag ), ergibt sich eine globale Erwärmung von 2,6 bis 3,1 °C bis 2100 sowie ein weiterer Temperaturanstieg nach 2100. Für die Einhaltung der Zwei-Grad-Grenze sind demnach eine nachträgliche Verschärfung der Zusagen oder eine Übererfüllung der Ziele zwingend notwendig.
Der Anstieg des Meeresspiegels wäre mit der Zwei-Grad-Begrenzung nicht gestoppt. Die teilweise deutlich stärkere Erwärmung über den Landflächen bringt weitere Probleme. Besonders stark zunehmende Temperaturen werden über der Arktis erwartet. Beispielsweise erklärten Indigene Völker das Zwei-Grad-Ziel für zu schwach, weil es ihre Kultur und ihre Lebensweise immer noch zerstören würde, sei es in arktischen Regionen, in kleinen Inselstaaten sowie in Wald- oder Trockengebieten. [284]
Wirtschaftswissenschaftliche Debatte
In der sozialwissenschaftlichen Literatur werden unterschiedliche politische Instrumente zur Senkung von Treibhausgasemissionen empfohlen und z. T. kontrovers diskutiert. [285] In ökonomischen Analysen besteht weitgehend Einigkeit, dass eine Bepreisung von CO 2 -Emissionen, die die Schäden des Klimawandels möglichst internalisiert , zentrales Instrument für einen effektiven und kosteneffizienten Klimaschutz ist. Ein solcher CO 2 -Preis kann durch Steuern, Emissionsrechtehandel oder Kombinationen beider Instrumente verwirklicht werden. [286] [287] Manche Wissenschaftler wie z. B. Joachim Weimann empfehlen einen globalen Emissionsrechtehandel als allein ausreichendes, da effizientestes Instrument. [288] Andere Ökonomen wie z. B. der britische Energiewissenschaftler Dieter Helm erachten dagegen eine CO 2 -Steuer für geeigneter, da stabiler als die schwankenden CO 2 -Preise eines Emissionshandels, welche für Unternehmen zu schwierig kalkulierbar seien. [289] Andere wiederum (z. B. der US-amerikanische Politökonom Scott Barrett) argumentieren, [290] dass staatlich vorgeschriebene technische Standards (bestimmte CO 2 -arme oder CO 2 -freie Produktionstechnologien bzw. Konsumgüter wie z. B. Pkw) wie beim Montreal-Protokoll zum Schutz der Ozonschicht sich in der internationalen Politik weit besser politisch durchsetzen ließen als ein globaler Emissionsrechtehandel oder eine CO 2 -Steuer. Der Sozialwissenschaftler Anthony Patt sieht einen Emissionshandel in der realen Politik ebenfalls als zu wenig wirkmächtig an, [291] da der politische Widerstand gegen genügend (dh ausreichend für die Dekarbonisierung ) stark steigende bzw. hohe CO 2 -Preise va seitens der energieintensiven Industrien zu groß sei. [292] Die CO 2 -Preise würden daher – wie beim EU-Emissionshandel – nur auf niedrigem Niveau schwanken, sodass sich (bei einem alleinigen Emissionshandel) für potentielle Öko-Investoren kapitalintensive, langfristig ausgerichtete Zukunftsinvestitionen in CO 2 -freie Technologien nicht lohnen würden. Dafür bräuchten sie vielmehr die sichere Erwartung, dass die CO 2 -Preise in Zukunft steigen und hoch bleiben, damit sie sich gegen Konkurrenten, die mit CO 2 -intensiven Technologien wirtschaften, auf dem Wettbewerbsmarkt absehbar durchsetzen können. Das politische System kann sich jedoch nicht verlässlich auf einen künftig verlässlich steigenden, hohen CO 2 -Preis verpflichten, da derartige politische Entscheidungen in einer Demokratie immer reversibel sind bzw. wären (so wurde z. B. in Australien eine CO 2 -Steuer erst eingeführt und nach zwei Jahren von einer neuen, konservativen Regierung wieder abgeschafft). Dies wird auch als „Commitment Problem“ der Klimapolitik bezeichnet. [293]
Deshalb befürwortet Anthony Patt Gesetze zur Subventionierung CO 2 -freier Technologien wie z. B. das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) in Deutschland, die genau diese benötigte Erwartungssicherheit für potentielle Investoren in CO 2 -freie Technologien herstellen: Das EEG garantiert(e) (zumindest bis zur EEG-Novelle 2016) einem Produzenten von Strom aus erneuerbaren Energien für einen langen Zeitraum (20 Jahre) einen bestimmten Verkaufspreis, der über dem Marktniveau liegt. Diese Garantie unterliegt dem verfassungsrechtlichen Vertrauensschutz. Auf diese Weise abgesichert, gelang es den Investoren in erneuerbare Energien in den letzten beiden Jahrzehnten, durch den Ausbau die Kosten für die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien durch Learning by doing ( Erfahrungskurve ) sehr stark zu senken und allmählich gegenüber Strom aus fossilen Energiequellen und Atomstrom wettbewerbsfähig zu werden. Ähnliche Argumentationen, die die Notwendigkeit einer Flankierung des Emissionshandels durch Gesetze wie das EEG betonen, finden sich im Sondergutachten 2011 des Sachverständigenrates für Umweltfragen [294] oder bei dem Energieökonomen Erik Gawel . [295] Befürworter des Emissionshandels halten dem entgegen, dass der Staat dadurch zu stark in den Markt eingreife und im Gegensatz zu diesem übermäßig teure Technologien für die Subventionierung auswählen würde, da er im Gegensatz zu den Marktakteuren nicht über das Wissen verfüge, welches die effizientesten Technologien seien. Dadurch würden volkswirtschaftliche Ressourcen verschwendet, sodass sich die Gesellschaft weniger Klimaschutz leisten könne als eigentlich (dh mit einem idealen Emissionshandel) möglich. [288]
Klimaschutz
Politische Vorgaben zum Klimaschutz müssen durch entsprechende Maßnahmen umgesetzt werden. Auf der technischen Seite existiert eine Vielzahl von Optionen zur Verminderung von Treibhausgasemissionen, mit der die Energiewende umgesetzt werden kann. Bereits eine 2004 erschienene Studie kam zu dem Ergebnis, dass sich mit den damals vorhandenen Mitteln bereits ein effektiver Klimaschutz realisieren ließe. [296] Die Deutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina hielt in einer 2019 publizierten Stellungnahme fest, dass aus technischer Sicht alle Voraussetzungen für den Bau eines klimaneutralen Energiesystems vorhanden sind. [297] Neben den Technologien sind auch die erforderlichen Konzepte für die Energiewende bekannt. [298]
Während in der Vergangenheit die Kosten für Klimaschutztechnik wie z. B. erneuerbare Energien deutlich höher lagen als für konventionelle Technik, sind die Klimaschutzkosten durch den rapiden Preisverfall inzwischen erheblich gesunken. Der IPCC bezifferte die zum Erreichen des Zwei-Grad-Ziels anfallenden Kosten 2014 mit 0,06 % der jährlichen Konsumwachstumsrate. Je früher die Treibhausgasemissionen verringert werden, desto geringer sind dabei die Kosten des Klimaschutzes. [299]
Neuere Studien gehen mehrheitlich davon aus, dass ein erneuerbares Energiesystem Energie zu vergleichbaren Kosten liefern kann wie ein konventionelles Energiesystem. [300] Gleichzeitig hätte Klimaschutz starke positive volkswirtschaftliche Nebeneffekte durch Vermeidung von Klimafolgeschäden und vermiedene Luftverschmutzung durch fossile Energieträger. [301] [302] [303] Als wichtige Einzelmaßnahme für das Erreichen des Zwei-Grad-Ziels gilt der Kohleausstieg , da damit das knappe Restbudget an Kohlenstoffdioxidemissionen möglichst effizient genutzt werden kann. [304] Mit mehr als 10 Mrd. Tonnen CO 2 -Ausstoß im Jahr 2018 verursachen Kohlekraftwerke ca. 30 % der gesamten energiebedingten Kohlendioxidemissionen in Höhe von ca. 33 Mrd. Tonnen. [305]
In seinem Sonderbericht 1,5 °C globale Erwärmung nennt der IPCC folgende Kriterien, um das 1,5-Grad-Ziel noch erreichen zu können [306] :
- Netto-Nullemissionen von Kohlenstoffdioxid bis spätestens 2050
- starke Senkung von anderen Treibhausgasen, insbesondere Methan
- Realisierung von Energieeinsparungen
- Dekarbonisierung des Stromsektors und anderer Treibstoffe
- Elektrifizierung des Endverbrauchs von Energie (eine Form der Sektorenkopplung )
- starke Reduktion der Treibhausgasemissionen der Landwirtschaft
- Einsatz einer Form von Carbon Dioxide Removal
Technische und individuelle Möglichkeiten
Erneuerbare Energien
Der Umbau des Energiesystems von fossilen auf erneuerbare Energiequellen, die sog. Energiewende , wird als ein weiterer unverzichtbarer Bestandteil effektiver Klimaschutzpolitik angesehen. [307] [308] Die globalen Potenziale sind im IPCC-Bericht dargestellt. [309] Im Gegensatz zu fossilen Energieträgern wird bei der Nutzung der erneuerbaren Energien mit Ausnahme der Bioenergie kein Kohlenstoffdioxid ausgestoßen, und auch diese ist weitgehend CO 2 -neutral . Der Einsatz erneuerbarer Energien bietet sowohl ökologisch als auch ökonomisch großes Potenzial, vor allem durch das weitgehende Vermeiden der mit anderen Energieformen verbundenen Folgeschäden, die als sog. externe Kosten hohe volkswirtschaftliche Wohlfahrtsverluste verursachen.
Grundsätzlich lässt sich festhalten, dass erneuerbare Energien verglichen mit konventionellen Energienutzungsformen eine bessere Umweltbilanz aufweisen. [310] Zwar liegt der Materialbedarf für diese Technologien höher als beim Bau von Wärmekraftwerken, die Umweltbelastung durch den höheren Materialbedarf ist jedoch gering verglichen mit den brennstoffbedingten direkten Emissionen von fossil befeuerten Kraftwerken . [311] Durch Umstellung der Energieversorgung auf ein regeneratives Energiesystem lässt sich somit die durch den Energiesektor verursachte Umweltbelastung reduzieren. [312] Die große Mehrheit der zu dem Thema durchgeführten Studien kommt zu dem Ergebnis, dass die vollständige Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energien sowohl technisch möglich als auch ökonomisch machbar ist. [300]
Verbesserung der Energieeffizienz
Die Verbesserung der Energieeffizienz ist ein zentrales Element, um ambitionierte Klimaschutzziele zu erreichen und gleichzeitig die Energiekosten niedrig zu halten. [314] Nimmt die Energieeffizienz zu, kann eine Dienstleistung oder ein Produkt mit weniger Energieverbrauch als zuvor angeboten oder hergestellt werden. Das heißt beispielsweise, dass in einer Wohnung weniger geheizt werden muss, ein Kühlschrank weniger Strom benötigt oder ein Auto einen geringeren Benzinverbrauch hat. In all diesen Fällen führt die zunehmende Effizienz zu einem abnehmenden Energieverbrauch und damit zu einem verringerten Treibhausgas-Ausstoß. McKinsey berechnete zudem, dass zahlreiche Energieeffizienz-Maßnahmen gleichzeitig einen volkswirtschaftlichen Gewinn abwerfen. [315]
In einer globalen Bilanz betrachtet muss jedoch ebenfalls der Rebound-Effekt berücksichtigt werden, der dazu führt, dass eine gesteigerte Energie- bzw. Ressourceneffizienz durch eine Mehrproduktion an Produkten oder Dienstleistungen teilweise wieder ausgeglichen wird. Es wird davon ausgegangen, dass die Energieeinsparung durch Energieeffizienzmaßnahmen durch Rebound-Effekt im Schnitt um 10 % gemildert wird, wobei Werte einzelner Studien zwischen 0 und 30 % schwanken. [316]
Durch Steigerung der Ressourcenproduktivität (siehe dazu auch Faktor 4 ), Verlängerung der Produktlebenszeiten und Verminderung der Obsoleszenz , beispielsweise bei Konsumgütern oder Verpackungen, kann ebenfalls Energie eingespart werden.
Carbon Dioxide Removal
Unter Carbon Dioxide Removal wird die Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre verstanden, um den erhöhten Strahlungsantrieb künstlich wieder zu reduzieren. Erreicht werden kann dies durch den Einsatz von Techniken zum CO 2 -Entzug („negative Emission“). Hierzu zählen unter anderem:
- Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung , BECCS (Abscheidung von Kohlendioxid aus Biomasse und anschließende Speicherung im Boden)
- Direct Air Carbon Capture and Storage , DACCS (Abscheidung von Kohlendioxid aus der Luft und anschließende Speicherung im Boden)
- künstliche Verwitterung zum Binden von Kohlendioxid in Gestein
- Aufforstung und Wiederaufforstung von Wäldern zum Binden von Kohlendioxid in Biomasse
- Holzbau
- künstliche Erhöhung des Kohlendioxid-Gehaltes der Ozeane in pflanzlicher Biomasse oder durch Erhöhung der Alkalinität
- Steigerung des Kohlenstoffgehaltes im Boden durch veränderte Landbewirtschaftung
- Erzeugung von Biokohle zur Kohlenstoff-Speicherung im Boden
Der Großteil der Modelle kommt zu dem Ergebnis, dass negative Emissionen notwendig sind, um die Erderwärmung auf 1,5 oder 2 Grad zu begrenzen. Gleichzeitig gilt es nach einem 2016 publizierten Review als sehr risikoreich, von vorneherein den Einsatz negativer Emissionstechnologien anzustreben, da es bisher keine derartigen Technologien gibt, mit denen das Zwei-Grad-Ziel ohne erhebliche negative Auswirkungen auf den Verbrauch von Flächen , Energie , Wasser oder Nährstoffen oder auf die Albedo erreicht werden kann. Aufgrund dieser Limitationen seien sie kein Ersatz für die sofortige und schnelle Reduzierung der heutigen Treibhausgasemissionen durch die Dekarbonisierung der Wirtschaft. [317]
Geoengineering
Geoengineering umfasst bisher nicht eingesetzte technische Eingriffe in die Umwelt, um die Erwärmung abzumildern, darunter die Eisendüngung im Meer, um das Algenwachstum anzuregen und auf diese Weise CO 2 zu binden, und das Einbringen von Aerosolen in die Stratosphäre zur Reflexion von Sonnenstrahlen ( Solar Radiation Management ).
Während Eisendüngung als unbrauchbar gilt, werden dem Solar Radiation Management (SRM) in Studienmodellen Erfolgsaussichten zur Herunterkühlung des Klimas auf ein Niveau vor dem Industriezeitalter zugesprochen – gleichzeitig aber vor hohen Risiken dieser Methode gewarnt. [318]
Klimaschutz durch Verhaltensänderungen
Persönliche Beiträge
Individuelle Möglichkeiten für Beiträge zum Klimaschutz bestehen in Verhaltensumstellungen und verändertem Konsum mit Energieeinsparungen . [319] Zu den zahlreichen Maßnahmen zur CO 2 -Reduktion zählen unter anderem:
- die Nutzung umweltfreundlicher Verkehrsmittel, insbesondere der öffentlichen Verkehrsmittel (siehe auch Verkehrsmittelvergleich ),
- der Einsatz energieeffizienterer Geräte (siehe auch Energielabel ),
- die optimale Einstellung und ggf. auch Nachrüstung von Heizungen sowie Wärmekraftmaschinen (Motoren);
- die Reduktion der Heizenergie (z. B. durch Einbau neuer Fenster , Wärmedämmung von Außenwänden, Stoßlüften statt Dauerlüften),
- die Nutzung von Wärmepumpenheizungen , Solarthermie , Geothermie und Holz statt fossiler Energieträger zur Gebäudeheizung und Warmwasserversorgung ,
- die Installation einer Photovoltaikanlage ,
- der Kauf bzw. Einsatz der Mini-Kraft-Wärme-Kopplung in Form eines Blockheizkraftwerkes (ein Motor erzeugt Strom, die Abwärme wird zum Heizen genutzt).
Nachhaltige Ernährung
Schätzungen des IPCC (2007) zufolge gehen 10 bis 12 Prozent der globalen Emissionen von Treibhausgasen auf die Landwirtschaft zurück. Nicht berücksichtigt wurden hier jedoch unter anderem die Folgen der Abholzung größerer Flächen (ua Regenwald) für landwirtschaftliche Zwecke. Eine Studie im Auftrag von Greenpeace geht daher von einem agrarischen Anteil von 17 bis 32 Prozent an den von Menschen verursachten Treibhausgasen aus. In Großbritannien stehen etwa 19 Prozent der Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit Nahrungsmitteln (Landwirtschaft, Verarbeitung, Transport, Einzelhandel, Konsum, Abfall). Etwa 50 Prozent davon gehen diesen Schätzungen zufolge auf Fleisch und Milchprodukte zurück. Das Food Climate Research Network empfiehlt daher unter anderem marktorientierte und regulative Maßnahmen zu nachhaltigerer Produktion bzw. nachhaltigerem Konsum von Lebensmitteln (z. B. CO 2 -emissionsabhängige Preise/Steuern). [321] Umstellung auf Pflanzen-basierte Ernährung kann laut einer Studie, in vier Ländertypen, zwischen 9 und 16 Jahren vergangener früherer CO 2 -Emissionen durch fossile Brennstoffe ausgleichen. [322]
Würde der globale Fleischkonsum ab 2015 innerhalb von 40 Jahren auf weniger als ein Drittel reduziert, sänken einer Modellsimulation zufolge die Lachgas- und Methanemissionen der Landwirtschaft unter das Niveau von 1995. [323]
Zur Reduzierung der nahrungsmittelbezogenen Emissionen wird oft der Konsum regionaler Lebensmittel empfohlen. 2019 hat das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung in einer Studie gezeigt, dass eine optimierte lokale Produktion die Emissionen weltweit aus dem Lebensmitteltransport um den Faktor zehn reduzieren könnte. [324] Einer US-amerikanischen Ökobilanz von Weber und Matthews (2008) zufolge liegt der Beitrag des Transports zu den Emissionen der Lebensmittelversorgung in den USA aber nur bei 11 Prozent. Der Hauptanteil (83 Prozent) entstehe bei der Produktion, weswegen die Art der konsumierten Lebensmittel den größten Einfluss habe. Besonders kritisch bezüglich der Produktion von Treibhausgasen wird der Konsum von rotem Fleisch gesehen; stattdessen sollte eher auf Geflügel, Fisch, Eier oder Gemüse zurückgegriffen werden. [325]
Wirtschaftliche Strategien
Neben politischen Weichenstellungen für eine Energiewende und den Kohleausstieg gehören auch wirtschaftliche Maßnahmen zum Repertoire klimaschützenden Vorgehens, z. B. der Rückzug von Investoren wie Versicherungen , Kreditinstituten und Banken aus Geldanlagen in fossil geprägte Industriebereiche und Unternehmen („Desinvestition“). Die Investitionen können stattdessen umgeleitet werden in nachhaltige Wirtschaftssektoren wie etwa Erneuerbare Energien . So hat z. B. die Weltbank auf dem One Planet Summit Anfang Dezember 2017 in Paris angekündigt, ab 2019 keine Projekte zur Erschließung von Erdöl und Erdgas mehr zu finanzieren. [326] Der Versicherungskonzern Axa teilte dort mit, in Zukunft keine Neubauten von Kohlekraftwerken mehr zu versichern und bis 2020 zwölf Mrd. Euro in „grüne“ Projekte investieren zu wollen. [327] Umweltschutzorganisationen wie Urgewald legen hier den Schwerpunkt ihrer Aktivitäten.
Anpassungsstrategien
Parallel zu vorbeugendem Klimaschutz in Form von Vermeidungsstrategien sind Anpassungen an bereits eingetretene bzw. künftig zu erwartende Auswirkungen des menschengemachten Klimawandels notwendig: Die mit der Erderwärmung verbundenen negativen Folgen sollen so weit möglich gemindert und möglichst verträglich gestaltet werden; gleichzeitig wird die Nutzung regional möglicherweise positiver Folgen geprüft. Die Anpassungsfähigkeit variiert in Abhängigkeit von verschiedensten Parametern, darunter bestehende Kenntnisse zu örtlichen Klimaveränderungen oder z. B. der Entwicklungsstand und die ökonomische Leistungsfähigkeit eines Landes oder einer Gesellschaft. Insgesamt wird speziell in sozio-ökonomischer Hinsicht die Fähigkeit zur Anpassung stark durch die Vulnerabilität geprägt. Der Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) zählt die am wenigsten fortgeschrittenen „ Entwicklungsländer “ zu den Ländern und Regionen mit besonders hoher Vulnerabilität.
Die Anpassung an die Folgen der Erderwärmung hat vor allem kurz- bis mittelfristige Wirkung. Da die Anpassungsfähigkeit von Gesellschaften jedoch begrenzt ist und eine starke Erderwärmung bereits getätigte Anpassungsmaßnahmen wieder zunichtemachen kann, kann Anpassung keine Alternative zum vorbeugenden Klimaschutz sein, sondern nur eine Ergänzung dazu. [328]
Die Palette potenzieller Anpassungsmaßnahmen reicht von rein technologischen Maßnahmen (z. B. Küstenschutz ) über Verhaltensänderungen (z. B. Ernährungsverhalten, Wahl der Urlaubsziele) und betriebswirtschaftlichen Entscheidungen (z. B. veränderte Landbewirtschaftung) bis zu politischen Entscheidungen (z. B. Planungsvorschriften, Emissionsminderungsziele). Angesichts der Tatsache, dass der Klimawandel sich auf viele Sektoren einer Volkswirtschaft auswirkt, ist die Integration von Anpassung z. B. in nationale Entwicklungspläne, Armutsbekämpfungsstrategien oder sektorale Planungsprozesse eine zentrale Herausforderung; viele Staaten haben daher Anpassungsstrategien entwickelt.
In der im Jahr 1992 verabschiedeten Klimarahmenkonvention ( UNFCCC ), die mittlerweile von 192 Staaten ratifiziert worden ist, spielte das Thema Anpassung noch kaum eine Rolle gegenüber der Vermeidung eines gefährlichen Klimawandels (Artikel 2 der UNFCCC). Für das Kyoto-Protokoll , das 1997 vereinbart wurde und 2005 in Kraft trat, gilt das zwar ähnlich, doch wurde dort grundsätzlich der Beschluss zur Einrichtung eines speziellen UN-Anpassungsfonds („ Adaptation Fund “) gefasst, um die besonders betroffenen Entwicklungsländer bei der Finanzierung von Anpassungsmaßnahmen zu unterstützen. Dazu soll auch der Green Climate Fund der Vereinten Nationen beitragen, der während der Klimakonferenz 2010 in Cancún eingerichtet wurde. Für den Fonds stellen Industrienationen Gelder bereit, damit sich Entwicklungsländer besser an den Klimawandel anpassen können. [329]
Spätestens mit dem 3. Sachstandsbericht des IPCC, der 2001 veröffentlicht wurde, hat das Verständnis für die Notwendigkeit von Anpassungsstrategien zugenommen. Betreffs der wissenschaftlichen Unterstützung für Regierungen war insbesondere das im Jahr 2006 beschlossene Nairobi-Arbeitsprogramm zu Adaptation und Vulnerabilität ein wichtiger Schritt. [330]
Globale Erwärmung als Thema in Bildung, Film, Literatur und Kunst
Die globale Erwärmung ist zunehmend auch ein Thema in Kunst , Literatur und Film ; dargestellt wird das Thema zum Beispiel in den Katastrophenfilmen Waterworld oder The Day After Tomorrow .
Zudem existieren eine ganze Reihe von Dokumentarfilmen : Eine unbequeme Wahrheit gilt mit als Kernbotschaft von Nobelpreisträger Al Gore zum anthropogenen Klimawandel. Auch der schwedische Dokumentarfilm Unser Planet befasst sich unter anderem mit dem Klimawandel und beinhaltet Interviews mit verschiedenen Klimaforschern. Der US-amerikanische Dokumentarfilm Chasing Ice hat den Gletscherschwund als Folge der globalen Erwärmung zum Inhalt und porträtiert das Extreme-Ice-Survey -Projekt des Naturfotografen James Balog .
Literarisch wird das Thema ua in den 2010 erschienenen Romanen des britischen Schriftstellers Ian McEwan ( Solar ) [331] [332] oder des Autorengespanns Ann-Monika Pleitgen und Ilja Bohnet (Kein Durchkommen) [333] verarbeitet. Hier wird mittlerweile in Analogie zur „ Science-Fiction “ von der Entstehung einer neuen literarischen Gattung gesprochen, der Climate-Fiction (CliFi) . [334]
2013 erschien unter Ägide des Wissenschaftlichen Beirats der deutschen Bundesregierung Globale Umweltveränderungen der Comic Die Große Transformation. Klima – Kriegen wir die Kurve? (→ Welt im Wandel – Gesellschaftsvertrag für eine Große Transformation ) . [335]
Cape Farewell ist ein internationales gemeinnütziges Projekt des britischen Künstlers David Buckland. Ziel ist die Zusammenarbeit von Künstlern, Wissenschaftlern und „Kommunikatoren“ (ua Medienvertretern) zum Thema Klimawandel. Im Rahmen des Projekts wurden verschiedene Expeditionen zur Arktis und in die Anden durchgeführt, die ua filmisch, fotografisch, literarisch und musikalisch verarbeitet wurden (ua in den Filmen Art from the Arctic und Burning Ice ). [336] [337] [338]
Italiens Bildungsminister Lorenzo Fioramonti kündigte im November 2019 an, das Thema Globale Erwärmung (Climate Change, Klimawandel im Sinne der Globalen Erwärmung) ab September 2020 als verpflichtenden Lehrstoff in verschiedene Fächer in öffentlichen Schulen in Italien zu integrieren. Während die 6- bis 11-Jährigen über Geschichten aus anderen Kulturen mit dem Thema Umwelt vertraut gemacht werden sollen, wird dies in der Mittelstufe über technische Informationen geschehen. In der Oberstufe sollen die Schüler an das UN-Programm „ Transformation unserer Welt: die Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung “ herangeführt werden. [339] Angestrebter Umfang ist eine Schulstunde (à 45 Minuten) pro Woche. [340]
Siehe auch
- Anthropozän
- Globale Umweltveränderungen und Zukunftsszenarien
- Liste der größten Treibhausgasemittenten
- Liste der Länder nach Temperatur
- Ozeanisches anoxisches Ereignis
- Sozialwissenschaftliche Forschung zum Klimawandel
Literatur
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Weblinks
- Website (englisch) des IPCC , sowie deren Deutsche Koordinationsstelle mit Übersetzungen der Berichte
- Climate Service Center – Informationsportal des Helmholtz-Zentrums Geesthacht zur Klimaforschung
- Klimawiki des Hamburger Bildungsservers
- Klimawandel-Dossier der Bundeszentrale für politische Bildung
- Informationsportal Klimawandel der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Österreich
- Climate Change: Evidence & Causes (englisch) der Royal Society und National Academy of Sciences
- Klima und Energie des Deutschen Umweltbundesamtes
- Global Warming – understanding the forecast (video, englisch) – David Archer erklärt in seinen Vorlesungen alle für das Verständnis des Themas wesentlichen Aspekte
- Climate Change, Lines of Evidence (video, englisch) – Informationsreihe des Board Of Atmospheric Sciences And Climate des National Research Council und der National Academy Of Sciences
- BBC: How years compare with the 20th Century average . Animation (abgerufen am 13. Juni 2021)
Anmerkungen
- ↑ Im Artikel werden (z. B. je nach Quelle) Temperaturdifferenzen in °C ( Grad Celsius ), K ( Kelvin ) oder Grad angegeben. Diese Angaben sind gleichwertig, dh wenn bei einer Ausgangstemperatur von 20 °C eine Temperaturerhöhung von 1 °C/ 1 K/ 1 Grad eintritt, so beträgt die Temperatur anschließend 21 °C.
Einzelnachweise
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