Kippschalter

Diesen drei aktuellen Beispielen ist gemeinsam, dass an sich überschaubare Ursachen unabsehbare Wirkungen entfalten können, nachdem eine kritische Belastungsgrenze überschritten wurde.

Die Klimadebatte wird oft auf die Temperaturerhöhung als einzige Ursache reduziert. Doch auch das Erdsystem gleicht einem Netzwerk mit Kippschaltern, welche verschiedenen Betriebszustände auslösen. In einer kürzlich erschienenen Ausgabe der Zeitschrift PNAS (1) haben Wissenschaftler solche kritischen Schaltstellen als «tipping elements» diskutiert. Typische Beispiele gibt es bei der Ozeanzirkulation, dem Schmelzen der Eiskappen oder beim Regimewechsel des Monsuns.

Als der Golfstrom still stand…

Der Golfstrom transportiert enorme Wasser- und Wärmemengen aus den Tropen in Richtung Island und sorgt in Europa für ein gemässigtes Klima. Diese Wassermassen sinken nördlich von Island in die Tiefsee ab, weil das salzhaltige Wasser abkühlt und damit eine höhere Dichte erhält. In grosser Tiefe fliesst das abgekühlte Wasser wieder südwärts in Richtung Äquator. Diese Zirkulation gleicht einem gewaltigen globalen Transportband, das enorme Wassermengen in allen Weltmeeren verschiebt.

...wurde es kälter in Europa

Am Ende der letzten Eiszeit bildeten sich in Nordamerika riesige Seen aus Schmelzwasser, die schliesslich in den Nordatlantik abflossen. Als Folge davon nahm der mittlere Salzgehalt des Meerwassers soweit ab, dass der Golfstrom nördlich von Island nicht mehr abtauchte und die Tiefenzirkulation zum Stillstand kam. In Europa sank darauf die mittlere Temperatur um mehrere Grad ab. In Skandinavien verschwanden die Nadelwälder und die Tundra breitete sich nach Süden aus. Würden heute grosse Mengen Frischwasser in den Nordatlantik gelangen, würde ein Hauptschalter des Golfstroms ausgeschaltet und das Szenario «Europa ohne Golfstrom» könnte sich wiederholen.

Wann schmilzt das Grönlandeis?

Prognosen, unter welchen Bedingungen das Grönlandeis schmilzt, sind schwierig zu stellen. Während der letzten Warmzeit war ein grosser Teil von Grönland eisfrei und der Meeresspiegel lag etwa 4 bis 6 Meter höher als heute. Der letzte IPCC Bericht schätzt eine globale Erwärmung von 1,9 bis 4,6 Grad als kritische Grenze und einen Zeithorizont von über 1000 Jahren für das Abschmelzen des Inlandeises in Grönland. Die Forscher vom Potsdam Institut für Klimafolgenforschung halten diese Prognosen für zu optimistisch und geben einen Zeithorizont von nur 300 Jahren an. Zusammen mit den höheren Wassertemperaturen könnte das Schmelzwasser des Grönlandeises ausreichen, das Abtauchen des Golfstroms zu verlangsamen. Dies würde den Temperaturanstieg aufgrund der globalen Erwärmung in Europa bremsen. Die Klimamodelle zeigen für die nächsten hundert Jahre eine Abschwächung aber keine abrupten Änderungen in der Atlantischen Ozeanzirkulation. Allerdings ist der Einfluss des abschmelzenden Grönlandeises in den Modellen nicht berücksichtig.

Die Zukunft birgt Überraschungen

Diese Beispiele sollen illustrieren, dass ein kontinuierlicher Anstieg der mittleren Temperaturen plötzlich zu abrupten und unerwarteten Folgen führen kann. Bei weiter ansteigendem Kohlendioxid in der Atmosphäre müssen wir mit grösseren Überraschungen rechnen.

Literatur

(1) PNAS (2009) Band 106, Nummer 49.

(Bernhard Wehrli/ETH-Zukunftsblog)