Der Klimawandel, also die Erwärmung der Erde, basiert auf dem Treibhauseffekt bestimmter Gase und ist nachweislich menschengemacht. Doch was bedeuten Begriffe wie Klima oder Treibhauseffekt eigentlich und was kann unsere Erde verkraften? In diesem Beitrag gehe ich auf diese Fragen ein.

Was ist Klima?

Unter dem Begriff "Klima" verstehen wir den mittleren Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem bestimmten Gebiet über einen längeren Zeitraum. Die Weltorganisation für Meteorologie empfiehlt eine Zeitspanne von mindestens 30 Jahren für Untersuchungen des Klimas. Betrachtungen über längere Zeiträume wie Jahrhunderte und Jahrtausende sind bei der Erforschung des Klimas ebenfalls gebräuchlich. Charakterisiert wird das Klima durch statistische Eigenschaften der Atmosphäre, wie z.B. Mittelwerte, Häufigkeiten, Dauer und Extremwerte meteorologischer Größen (u.a. Temperatur, und Niederschlag).

Die Abgrenzung zu den Begriffen "Witterung" und "Wetter" erfolgt v.a. über die betrachtete Zeitspanne. Als Wetter wird der physikalische Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem Gebiet zu einem bestimmten Zeitpunkt oder in einem kurzen Zeitraum von Stunden bis hin zu wenigen Tagen bezeichnet. Als Witterung wird der durchschnittliche Charakter des Wetters an einem Ort oder in einem Gebiet bezeichnet. Dabei liegt der betrachtete Zeitraum bei mehreren Tage bis zu mehreren Wochen.

Der Treibhauseffekt

Unter dem Begriff "Treibhauseffekt" versteht man die zusätzliche Erwärmung der Erdoberfläche und der erdnahen Atmosphäre durch Treibhausgase. Dieser Effekt beruht darauf, dass diese Treibhausgase transparent für kurzwelliges, sichtbares Licht sind, aber nicht für die längerwellige Infrarotstrahlung. Die Wärmestrahlung der sich durch das sichtbare Licht erwärmenden Erdoberfläche wird durch diese Treibhausgase absorbiert. Die Treibhausgase geben diese aufgenommene Wärmestrahlung wieder in alle Richtungen ab. Dadurch gelangt diese als atmosphärische Gegenstrahlung bezeichnete Wärmestrahlung auch auf die Erde zurück und heizt dort die Oberfläche zusätzlich auf. Gase, die treibhausaktiv sind, werden als Treibhausgase bezeichnet. Zu ihnen zählen u.a.

  • Wasserdampf (H20)
  • Kohlendioxid (CO2)
  • Methan (CH4)
  • Lachgas (N2O) und andere Stickoxide

Für den Großteil des Treibhauseffektes ist der Wasserdampf in der Atmosphäre verantwortlich. Ohne den Treibhauseffekt durch Wasserdampf wäre die Temperatur auf der Erde deutlich niedriger und Leben wäre auf unserem Planet wahrscheinlich nicht möglich. Der Grund dafür, dass Wasserdampf nicht im Mittelpunkt der Diskussion um den Klimawandel steht, ist dem Umstand geschuldet, dass der wasserdampf-basierte Treibhauseffekt stabil ist. Bei gleich bleibender Temperatur kann die Atmosphäre nur eine bestimmte Menge an Wasserdampf aufnehmen. Ein zusätzlicher Ausstoß von Wasserdampf durch den Menschen verstärkt also nicht direkt den Treibhauseffekt. Allerdings wirkt der wasserdampf-basierte Treibhauseffekt wie eine positive Feedback Schleife, da er die Temperaturentwicklung der Erde verstärkt. Bei steigenden Temperaturen kann mehr Wasser in der Atmosphäre gelöst werden und der Treibhauseffekt steigt. Bei sinkenden Temperaturen sinkt auch der Anteil des Wasserdampfes in der Luft und der abkühlende Effekt wird verstärkt.

Darüber hinaus absorbiert Kohlendioxid in einem Wellenlängenbereich Infrarotstrahlung, in der Wasserdampf relativ durchlässig für elektromagnetische Strahlung ist. Das sogenannte atmosphärische Fenster, der Wellenlängenbereich in dem Wärmestrahlung die Erdatmosphäre ungehindert verlassen kann, wird also kleiner.

Weitere Einflussfaktoren auf das Klima

Neben den Treibhausgasen wirken sich auch andere Faktoren auf das Klima aus, die ebenfalls durch den Menschen beeinflusst werden. Die Beschaffenheit der Erdoberfläche ist ausschlaggebend dafür, wie viel des eintreffenden Lichts auf der Erdoberfläche absorbiert wird. Helle Oberflächen reflektieren einen größeren Anteil des ankommenden Lichts als dunkle Flächen. Die Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit durch Bebauung (z.B. Straßen und Dächer) hat daher ebenfalls einen Einfluss auf die Erderwärmung.

Darüber hinaus wird die Erderwärmung durch das Schmelzen der Polkappen und Gletscher beschleunigt. Die weißen Schneeoberflächen werden durch dunkles Gestein oder Wasser abgelöst, die deutlich mehr Licht absorbieren. Außerdem sorgt das Auftauen der Permafrostböden nahe der Polregionen zu einer vermehrten natürlichen Methanemission durch abgestorbene Lebewesen, die im ewigen Eis gebunden waren.

Ist der Klimawandel menschengemacht?

Dass die Erde sich erwärmt ist nicht abzustreiten. Fortlaufende Messungen der Lufttemperatur über die letzten 150 Jahre zeigen einen deutlichen Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur. In der folgenden Abbildung ist die Abweichung der Jahresdurchschnittstemperatur vom Durchschnitt der Jahre zwischen 1961 und 1991 aufgetragen. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Jahresdurchschnittstemperatur schwankt, der Trend aber v.a. seit Anfang des 20. Jahrhunderts klar nach oben zeigt. Auch die Aktivität der Sonne hat Auswirkungen auf die Erderwärmung, da die Strahlungsintensität der Sonne schwankt und die Erde dadurch mal mehr und mal weniger stark aufgeheizt wird. Seit ein paar Jahren befinden wir uns in einer Phase relativ niedriger Sonnenaktivität, und dennoch ist v.a. in den Jahren 2014 und 2015 ein starker Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur zu erkennen.

Temperatur-Abweichung vom langjährigen Mittel
Temperatur-Abweichung vom langjährigen Mittel der Jahre 1961-1991 für den Zeitraum von 1850 bis 2015 (Eigene Darstellung mit Daten des Umweltbundesamtes [UBA])

Sowohl die Simulationsrechnungen mit dynamischen als auch statistischen Modellen ergeben übereinstimmend, dass der menschliche Einfluss mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit von 95 bis 100 %, die dominante Ursache der beobachteten Erwärmung ist. [IPCC]

Das zwei-Grad-Ziel des ipcc

Das Zwei-Grad-Ziel ist eine politische Festlegung nach wissenschaftlichem Sachstands des Weltklimarates (IPCC) um die wahrscheinlichen Folgen des Klimawandels zu minimieren. Dabei bezieht sich der Name auf die Ambition, die durch den Menschen verursachte Erderwärmung auf 2°C seit Beginn der Industrialisierung zu begrenzen. Jenseits dieser Grenze ist davon auszugehen, dass Kippeffekte in Kraft treten, die dafür sorgen, dass sich die Erde von alleine weiter aufheizt. Dadurch wären die Folgen des Klimawandels unabsehbar und zumindest teilweise unumkehrbar.

Eine Temperaturdifferenz von 2°C scheint auf den ersten Blick klein zu sein. Allerdings betrug die Durchschnittstemperatur während der letzten Eiszeit und heute nur 5-6°C. Das zeigt, wie sensibel das Klima auf verhältnismäßig kleine Temperaturdifferenzen reagiert. Um dieses Zwei-Grad-Ziel mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% erreichen zu können, darf die CO2-Konzentration in der Luft 450 parts per million (ppm) nicht überschreiten. Derzeit besteht die Luft zu ca. 400 ppm aus Kohlendioxid. [statista]

Um die Zwei-Grad-Grenze nicht zu überschreiten, bleibt jedem Menschen auf dieser Erde eine CO2-Emission von ca. 2,7 Tonnen pro Jahr. Der Bevölkerungszuwachs ist dabei noch nicht berücksichtigt, d.h. das jährliche CO2-Budget jedes Menschen liegt unter Annahme einer weiter wachsenden Bevölkerung noch weiter darunter. [WBGU] Derzeit liegt die jährliche CO2-Emission eines Deutschen bei ca. 8,1 Tonnen. [destatis]

Voraussichtliche Einflüsse des Klimawandels auf unser Leben

Die Folgen des Klimawandels sind in großen Teilen noch nicht absehbar. Es ist jedoch davon auszugehen, dass der Meeresspiegel steigen wird und die Häufigkeit von Flutereignissen zunehmend wird. Auch andere Extremwettersituationen, wie Stürme und Überflutungen werden wahrscheinlich zunehmen. Entgegen den Erwartungen ist es durchaus möglich, dass es in Europa kälter werden wird, da das Schmelzwasser des Grönländischen Eises den nordatlantischen Strom (Golfstrom) abschwächt.

Die stärksten Auswirkungen werden jedoch die armen Regionen dieser Erde zu spüren bekommen, da sie nicht über genügend finanzielle Mittel verfügen, um sich auf die negativen Auswirkungen des Klimawandels vorzubereiten oder seinen Effekt zu mildern. Neue Konflikte, Massenvertreibungen und Völkerwanderungen werden dazu führen, dass sich immer mehr Menschen auf die Flucht begeben um auch bei uns um Hilfe zu bitten.