Klimawandel

Das Klima hat sich im Verlauf der Erdgeschichte immer wieder verändert. Natürliche Einflussfaktoren auf das Klima sind

• periodische Variationen der Erdbahnparameter (Milankovic-Zyklen),
• Änderungen der Sonnenaktivität,
• tektonische Vorgänge und dadurch ausgelöste Änderungen der ozeanischen Zirkulation,
• Vulkanausbrüche sowie
• Veränderungen der natürlichen Treibhausgaskonzentrationen und dem Aerosolanteil in der Atmosphäre.

Zudem tragen Wechselwirkungen und Rückkoppelungen innerhalb des Klimasystems (Abb. 1) zur Veränderung des Klimas bei.

Klimatische Veränderungen haben sich schon immer auf die Gesundheit und Überlebensfähigkeit des Menschen ausgewirkt. Neben den Einflüssen von Unwetterkatastrophen werden strukturelle Veränderungen in den menschlichen Gemeinschaften des Holozäns zunehmend mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht. Diese kleinen, aber beständigen Veränderungen, z.B. regional alternierende Niederschlagsverteilungen, betrafen einerseits Viehbestände und Ernteerträge, aber auch epidemische Ausbrüche, soziale Unruhen und Konflikte. Die Temperaturänderungen des aktuellen Jahrhunderts jedoch überstiegen alle bisherigen Veränderungen dieser Epoche (Abb. 2).

Seit Beginn der Industrialisierung wird das Klima zusätzlich durch den anthropogenen Treibhauseffekt beeinflusst, der durch die Emission und Anreicherung von Treibhausgasen (durch Industrieprozesse, Verkehr etc.) in der Atmosphäre entsteht. Dies geschieht hauptsächlich durch den Ausstoß des Treibhausgases Kohlendioxid, welches bei der Verbrennung fossiler Energieträger (v. a. Kohle, Erdöl und Erdgas) freigesetzt wird. Entsprechend wird im letzten IPCC-Bericht (2021) dargelegt, dass mit äußerster Wahrscheinlichkeit der Mensch der Hauptverursacher der derzeitigen Klimaveränderung ist. Die durch den Menschen ausgelöste Erwärmung erfolgt in beispielloser Geschwindigkeit. Sie ist bereits heute um ein Vielfaches höher als der Temperaturanstieg nach der letzten Eiszeit und liegt zudem über dem Niveau der wärmsten Periode seit über 100.000 Jahren (Abb. 3).

Der gegenwärtige Klimawandel manifestiert sich insbesondere im Anstieg der globalen Mitteltemperatur und ist daher auch unter dem Begriff „globale Erwärmung“ bekannt. Bis zum Jahr 2100 wird mit einem Anstieg der globalen Mitteltemperatur zwischen 1 K und 7,8 K gegenüber dem vorindustriellen Niveau (1881-1900) gerechnet (IPCC 2014), je nachdem, wie sich die globalen Treibhausgasemissionen weiterentwickeln. Solche Temperaturen sind in der Vergangenheit zwar bereits vorgekommen, doch ist die Geschwindigkeit der aktuellen Erwärmung wahrscheinlich höher als je zuvor.

Die aktuellen Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre wurden zuletzt vor über drei Millionen Jahren erreicht (IPCC 2013). Zu dieser Zeit lagen die Temperaturen wahrscheinlich zwischen 1,9 °C bis 3,6 °C höher als in der vorindustriellen Zeit und die Eismassen des Grönland-Eisschildes und des Westantarktischen Eisschildes waren fast nicht existent, während der Ostantarktische Eisschild etwas kleiner war. Damals lag der Meeresspiegel bis zu 14 Meter höher als heute.

Die bisherigen Klimaveränderungen in der geologischen Vergangenheit erstreckten sich über Jahrtausende. Anpassungen der Ökosysteme an den vom Menschen verursachten Klimawandel müssen daher zurzeit vergleichsweise rasant erfolgen, was jedoch kaum möglich scheint. Gerade in Deutschland ist die durchschnittliche Temperatur noch deutlicher gestiegen als im globalen Durchschnitt und liegt im Zeitraum 2011–2020 bereits 2 °C über dem ersten Jahrzehnt der Aufzeichnungen (1881-1910; DWD 2021).

Aufgrund der immer schneller voranschreitenden Klimaveränderungen muss zudem mit einer Zunahme von Extremereignissen wie Dürren oder Starkregen gerechnet werden. Das Auftreten langandauernder Witterungsverhältnisse, welche zu solchen Extremereignissen führen können, wird nicht zuletzt durch die Abschwächung des Polarfront-Jetstreams begünstigt, einem Starkwindband, welches die Nordhalbkugel der Erde umspannt und vor allem das Wetter in Mitteleuropa maßgeblich beeinflusst. Durch den Klimawandel bedingte Erwärmungen der Atmosphäre verringern den Temperaturgradienten zwischen dem Äquator (warm) und den Polen (kalt) und verändern somit die Luftzirkulation, was eine Abschwächung des Jetstreams zur Folge hat. Dadurch wird der für unsere Breiten typische Wechsel zwischen Hoch- und Tiefdruckgebieten beeinträchtigt und fördert stationäre Wetterlagen, die mehrere Wochen andauern können und das Risiko von Extremereignissen erhöhen.

Der Treibhauseffekt beschreibt die Fähigkeit der Atmosphäre, einen Teil der einfallenden Sonnenenergie in der Atmosphäre zurück zu halten und diese zu erwärmen (Abb. 4).

Die tagsüber einfallende kurzwellige Sonnenstrahlung kann die Atmosphäre weitgehend ungehindert bis zur Erdoberfläche passieren. Die Strahlungsenergie wird größtenteils an der Erdoberfläche absorbiert. Der Rest wird von Boden und Atmosphäre reflektiert. Die Erde gibt die gewonnene Energie sowohl während des Tages als auch nachts als langwellige Wärmestrahlung wieder in die Atmosphäre ab.

Die Treibhausgase halten allerdings einen Teil dieser langwelligen Ausstrahlung in der Atmosphäre zurück, indem sie sie aufnehmen und wiederum als Wärmestrahlung (Infrarot) in alle Richtungen abgeben. Auf diese Weise wird ein Teil der Wärme wieder zur Erde zurückgestrahlt („thermische Gegenstrahlung“), sodass nicht die gesamte in die Atmosphäre eingebrachte Strahlungsenergie wieder ins Weltall entweicht. Der natürliche Treibhauseffekt sorgt somit dafür, dass die globale Mitteltemperatur bei ca. 15 °C anstelle von -18 °C liegt.

Die Hauptantriebskraft für die momentane globale Erwärmung ist jedoch der anthropogene Treibhauseffekt. Dieser entsteht dadurch, dass durch den Menschen zusätzliche Mengen an klimawirksamen Gasen (Treibhausgasemissionen) in die Atmosphäre freigesetzt werden, die den natürlichen Treibhauseffekt verstärken. Die Kohlenstoffdioxid-, Methan und Lachgaskonzentration sowie Ozon und Halogenkohlenwasserstoffe sind seit dem Beginn der Industrialisierung deutlich angestiegen.