Klimaerwärmung

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Als globale Erwärmung bezeichnet man den während der vergangenen Jahrzehnte beobachteten allmählichen Anstieg der Durchschnittstemperatur der erdnahen Atmosphäre und der Meere sowie die erwartete weitere Erwärmung in der Zukunft. Ihre hauptsächliche Ursache liegt nach dem gegenwärtigen wissenschaftlichen Verständnis „sehr wahrscheinlich“<ref>Die Aussage folgt dem wissenschaftlichen Sprachgebrauch des IPCC, wonach „sehr wahrscheinlich“ eine mindestens 90-prozentige Wahrscheinlichkeit beinhaltet.</ref> in der Verstärkung des Treibhauseffektes durch den Menschen.<ref name="IPCC 2007">Intergovernmental Panel on Climate Change (2007): Fourth Assessment Report.</ref> Dieser verändert die Zusammensetzung der Atmosphäre vorwiegend durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe und die daraus resultierenden Emissionen von Kohlendioxid (CO2) sowie durch die Freisetzung weiterer Treibhausgase.

Die Bezeichnung globale Erwärmung wurde im Verlauf der 1980er und 1990er Jahre geprägt und wird oft gleichbedeutend mit dem allgemeineren Begriff Klimawandel verwendet. Während Klimawandel die natürliche Veränderung des Klimas auf der Erde über einen längeren Zeitraum beschreibt und damit die bisherige Klimageschichte umfasst, bezieht sich die globale Erwärmung auf die gegenwärtige anthropogene, das heißt durch Menschen verursachte Klimaveränderung. Diese besteht nicht nur im Anstieg der Durchschnittstemperatur auf der Erde, sondern sie ist darüber hinaus mit einer Vielzahl weiterer globaler, regionaler und lokaler Folgen verbunden.

Der wissenschaftliche Sachstand über die globale Erwärmung wird regelmäßig im Abstand von mehreren Jahren durch die Zwischenstaatliche Sachverständigengruppe über Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) zusammengefasst. Die Analysen des IPCC, deren Vierter Sachstandsbericht beginnend im Februar 2007 schrittweise veröffentlicht wird, bilden den Kenntnisstand über den menschlichen Einfluss auf das Klimasystem der Erde ab und gelten als Basis der politischen und wissenschaftlichen Diskussion. Sie sind eine wesentliche Grundlage dieses Artikels, und die Darstellungen des IPCC stehen auch im Mittelpunkt der Kontroverse um die globale Erwärmung.

Contents

Ursachen

thumb|Schema des Treibhauseffektes: Kurzwellige Strahlung der Sonne trifft auf die Atmosphäre und die Erdoberfläche. Langwellige Strahlung wird von der Erdoberfläche abgestrahlt und in der Atmosphäre fast vollständig absorbiert. Im thermischen Gleichgewicht wird die absorbierte Energie je zur Hälfte in Richtung Erde und Weltall abgestrahlt. thumb|Wachstumstrend der wichtigsten anthropogenen Treibhausgase seit den 1970er Jahren bis 2006. Kohlendioxid und Lachgas steigen unvermindert weiter an, während Methan und FCKWs/FKWs seit 1999 konstant geblieben sind.

Grundlagen des Treibhauseffekts

Hauptartikel: Treibhauseffekt

Der Treibhauseffekt lässt sich auf Treibhausgase wie Wasserdampf (H2O), Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O, auch bekannt als Lachgas) und fluorierte Verbindungen (FCKW und FKW) zurückführen. Diese lassen die von der Sonne kommende kurzwellige Strahlung weitgehend ungehindert auf die Erde durch, strahlen aber selbst im längerwelligen Bereich (Infrarotbereich). Dadurch erhält die Erdoberfläche mehr Strahlung als durch die Sonne allein und erwärmt sich stärker. Im Gleichgewicht muss der Atmosphäre so viel Energie zugeführt werden, wie durch die Strahlung aus der Atmosphäre verloren geht. Dieses geschieht auf mehrere Arten wie z. B. durch Konvektion. Eine wesentliche Rolle spielt auch die Absorption der längerwelligen Wärmeabstrahlung von der Erde in den Weltraum in bestimmten Wellenlängenbereichen, denn ein Körper, der Strahlung emittiert, absorbiert auch (Kirchhoffsche Gesetze). In populärwissenschaftlichen Darstellungen wird oft nur die Absorption genannt, die Emission ist der Faktor, der die globale Erwärmung bestimmt.

Die Strahlung aus den Treibhausgasen, die zur Erdoberfläche geht, wird, da sie der Wärmeabstrahlung der Erde entgegengesetzt gerichtet ist, auch als atmosphärische Gegenstrahlung bezeichnet.

Die Anteile von Konvektion und Strahlung am Energieaustausch variieren mit der Höhe.

Je wärmer die Erdoberfläche wird, um so mehr strahlt die Erde Energie in den Wellenlängenbereichen, in denen die Atmosphäre transparent ist, in den Weltraum ab. Gleichzeitig wird aber auch der Energieeintrag in die Atmosphäre auf zwei Wegen größer: Erstens dadurch, dass sich die Atmosphäre auf die warme Erdoberfläche stützt (Wärmeübertragung durch Konvektion) und zweitens durch die teilweise Absorption der erhöhten Abstrahlung des Bodens. Ein erhöhter Energieeintrag erfordert im Gleichgewicht auch einen höheren Energieaustrag, der durch die schon erwähnte Strahlung aus den Treibhausgasen erfolgt. Dieser Prozess der Erwärmung und Strahlungszunahme setzt sich so lange fort, bis alle Energiebilanzen ausgeglichen sind. Dann herrscht, auf erhöhtem Temperaturniveau, an der Erdoberfläche ein Gleichgewicht zwischen absorbierter Strahlung und Energieverlust.

Treibhausgase gibt es in der Atmosphäre von Natur aus, vor allem die genannten Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan und Lachgas. Die von ihnen verursachte Temperaturerhöhung wird als natürlicher Treibhauseffekt bezeichnet. Ohne diesen läge die längerfristig und global gemittelte bodennahe Lufttemperatur der Erde bei etwa -18 °C und damit um ungefähr 33 °C unter dem heute tatsächlich vorhandenen Mittelwert von etwa +15 °C. Die Erde wäre damit für die meisten höheren Lebewesen unbewohnbar. Die Hauptbestandteile der Erdatmosphäre sind Stickstoff, Sauerstoff und Argon mit zusammen über 99,9 % Masseanteil. Sie entfalten dabei so gut wie keine Treibhauswirkung. Lediglich die geringen Konzentrationen der genannten Treibhausgase ermöglichen gemeinsam mit dem Wasserdampf menschliches Leben auf der Erde.

Anthropogener Treibhauseffekt

thumb|left|Entwicklung der CO2-Konzentration während der letzten 420.000 Jahre. Neuere Forschungen erweiterten den erforschten Zeitraum auf über 650.000 Jahre, veränderten das grundlegende Bild jedoch nicht.

Seit der Industriellen Revolution verstärkt der Mensch den natürlichen Treibhauseffekt durch den Ausstoß von Treibhausgasen.<ref name="Philipona et al. 2004">R. Philipona, B. Dürr, C. Marty, A. Ohmura, M. Wild (2004): Radiative forcing – measured at Earth's surface – corroborate the increasing greenhouse effect, in: Geophysical Research Letters, Vol. 31, 6. Februar, online</ref><ref name="Harries 2001">J.E. Harries, H.E. Brindley, P.J. Sagoo, R.J. Bantges (2001): Increases in greenhouse forcing inferred from the outgoing longwave radiation spectra of the Earth in 1970 and 1997, in: Nature, Vol. 410, S. 355–357, 15. März, online</ref> Die vorindustrielle Konzentration von CO2 betrug 280 ppmV (parts per million, Teile pro Million Volumenanteil).

Dabei entsteht die zusätzliche Erwärmung der Erdoberfläche nicht durch zusätzliche Absorption (die Atmosphäre ist in den relevanten Wellenlängenbereichen schon so gut wie undurchsichtig), sondern hauptsächlich durch Veränderung der Emission, da für den Treibhauseffekt nur Strahlung relevant ist, die die Erdoberfläche erreicht. Strahlung aus größeren Höhen wird von den Treibhausgasen weitgehend absorbiert. Da mit zunehmender Konzentration der Treibhausgase der Höhenbereich, aus dem die Strahlung die Erdoberfläche erreicht, immer niedriger wird, wird die Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht, immer stärker. Das ist so, weil in niedrigeren Höhen die Temperatur höher ist und die Strahlstärke mit der Temperatur steigt.

Die Konzentration des CO2 ist, vor allem durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe sowie durch großflächige Entwaldung, auf heute über 380 ppmV gestiegen. Nach Messungen aus Eisbohrkernen ist dies die höchste Konzentration seit mindestens 650.000 Jahren<ref name="Siegenthaler et al. 2005">Siegenthaler, Urs, Thomas F. Stocker, Eric Monnin, Dieter Lüthi, Jakob Schwander, Bernhard Stauffer, Dominique Raynaud, Jean-Marc Barnola, Hubertus Fischer, Valérie Masson-Delmotte und Jean Jouzel (2005): Stable Carbon Cycle–Climate Relationship During the Late Pleistocene, in: Science, Vol. 310, No. 5752, S. 1313–1317, 25. November, siehe Abstract online</ref>, wahrscheinlich sogar schon seit 20 Millionen Jahren.<ref name="Prentice et al. 2001">Prentice, I., et al. (2001):The Carbon Cycle and Atmospheric Carbon Dioxide, in IPCC 2001: Climate Change 2001: The Scientific Basis (S.185), siehe online</ref> Der Volumenanteil von Methan beträgt statt 730 ppbV heute 1.783 ppbV. Als Hauptursache hierfür ist die Massentierhaltung<ref>FAO (2006): Livestock's Long Shadow – Environmental Issues and Options (PDF, 4,8 MB))</ref> anzuführen, gefolgt von weiteren landwirtschaftlichen Aktivitäten wie dem Anbau von Reis. Der Volumenanteil von Distickstoffoxid stieg von 270 ppbV auf mittlerweile 319 ppbV.<ref>T.J. Blasing and Karmen Smith: Recent Greenhouse Gas Concentrations, CDIAC (Carbon Dioxide Information Analysis Center), 2006</ref>

In der Klimatologie ist es Konsens, dass diese gestiegene Konzentration der vom Menschen in die Erdatmosphäre freigesetzten Treibhausgase die wichtigste Ursache der globalen Erwärmung ist.<ref name="Oreskes 2004">Naomi Oreskes (2004): The Scientific Consensus on Climate Change, in: Science Vol. 306 vom 4. Dezember (korrigiert: 21. Januar 2005) (PDF, 81 KB)</ref><ref name="Scientific Academies 2005">Gemeinsame Stellungnahme der nationalen Wissenschaftsakademien der G8-Länder sowie Brasiliens, Indiens und Chinas (2005): Joint science academies’ statement: Global response to climate change (PDF)</ref> Ohne sie sind die gemessenen Temperaturen nicht zu erklären.<ref name="Meehl et al. 2004">Meehl, Gerald A., Warren M. Washington, Caspar M Ammann, Julie M. Arblaster, T. M. L. Wigleiy und Claudia Tebaldi (2004): Combinations of Natural and Anthropogenic Forcings in Twentieth-Century Climate, in: Journal of Climate, Vol. 17, 1. Oktober, S. 3721–3727 (PDF)</ref><ref name="Hansen et al. 2005">Hansen, James et al. (2005): Dangerous human-made interference with climate: a GISS modelE study, Journal of Geophysical Research, eingereicht (PDF, 7,8 MB)</ref> Das IPCC schätzt den Grad des wissenschaftlichen Verständnisses über die Wirkung von Treibhausgasen als „hoch" ein.<ref name="IPCC 2007"/>

Als Hauptbeweis für die derzeitige globale Erwärmung gelten die seit etwa 1860 vorliegenden weltweiten Temperaturmessungen sowie die Auswertungen verschiedener Klimaarchive. Diese zeigen eine Zunahme der global gemittelten bodennahen Lufttemperatur um 0,74 °C (± 0,18 °C Fehlertoleranz) zwischen 1906 und 2005. Am ausgeprägtesten ist die Erwärmung von 1976 bis heute. 2005 war das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen.<ref name="NASA 2005">NASA GISS: Surface Temperature Analysis 2005. Der Winter 2006/2007 auf der nördlichen Hemisphäre war der wärmste seit Aufzeichnungsbeginn 1880. Die bodennahe Mitteltemperatur von Dezember 2006 bis Februar 2007 lag nach Angaben der Nationalen Behörde für Ozeane und Atmosphäre (NOAA), einer US-Regierungsbehörde, um 0,72 Grad Celsius über dem Mittelwert für das 20. Jahrhundert (Quelle: Der Tagesspiegel, 17. März 2007, S. 1 / S. 32)</ref> Eine zweite 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. Die Zwischenphase ohne Erwärmung war beeinflusst von Schmutz- und Staubteilchen in der Luft (den so genannten Aerosolen), die zunächst einen direkten abkühlenden Effekt haben, deren Gesamtwirkung auf das Klima aber nicht genügend erforscht ist.<ref>“During the last 30 years, scientist have identified several major aerosol types and they have developed general ideas about the amount of aerosol to be found in different seasons and locations. Still, key details about the amount and properties of aerosols are needed to calculate even their current effect on surface temperatures; so far, it has not been possible to make these measurements on a global scale.” Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/Library/Aerosols/aerosol2.html</ref>

In den zurückliegenden 30 Jahren nahm die globale Durchschnittstemperatur um ca. 0,17 °C pro Dekade zu. Dies wird durch Satellitenmessungen bestätigt, die ähnliche Erwärmungstrends zeigen. Die Satellitendaten wurden von verschiedenen Forschungsgruppen ausgewertet, die zu leicht unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Nach RSS (Remote Sensing Systems) beträgt der Trend 0,184 °C<ref>http://www.ssmi.com/msu/msu_data_description.html#msu_decadal_trends</ref> und nach UAH (University of Alabama in Huntsville) 0,14 °C pro Dekade<ref>http://vortex.nsstc.uah.edu/data/msu/t2lt/uahncdc.lt</ref> für die letzten 30 Jahre. Neben der Luft haben sich auch die Ozeane erwärmt. Während sich diese insgesamt seit 1955 aufgrund ihres enormen Volumens und ihrer großen Temperaturträgheit nur um 0,04 °C <ref>Die Fachzeitschrift Science erläuterte im Mai 2007 (Band 447, Nr. 7140, S. 9), dass aufgrund jüngerer Korrekturen von Messdaten-Ungenauigkeiten berechnet wurde, die Erwärmung der obersten 3000 Meter der Weltmeere habe zwischen 1957 und 1996 0,03 °C betragen.</ref> aufgeheizt haben, erhöhte sich ihre Oberflächentemperatur im selben Zeitraum um 0,6 °C.<ref name="WBGU 2006">Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (2006): Die Zukunft der Meere – zu warm, zu hoch, zu sauer. Sondergutachten, Berlin (PDF, 3,5 MB)</ref>

Verglichen mit den Schwankungen der Jahreszeiten sowie beim Wechsel von Tag und Nacht erscheinen die genannten Zahlen gering, als globale Änderung des Klimas bedeuten sie jedoch sehr viel – besonders wenn man die um nur etwa 6 °C niedriger liegende Durchschnittstemperatur auf der Erde während der letzten Eiszeit bedenkt.<ref>Schneider, Thomas von, Andrey Deimling, Hermann Held Ganopolski und Stefan Rahmstorf (2006): How cold was the Last Glacial Maximum?, in: Geophysical Research Letters, Vol. 33, L14709, Template:DOI (PDF)</ref> Wissenschaftler des US-amerikanischen National Research Council gehen von den gegenwärtig höchsten erlebten Temperaturen seit mindestens 400 Jahren aus, wahrscheinlich sogar seit wenigstens 1000 Jahren.<ref name="NRC 2006">National Research Council (2006): Surface Temperature Reconstructions for the Last 2,000 Years, siehe online</ref>

Im Zuge des anthropogenen Treibhauseffekts wird für die verschiedenen Luftschichten der Erdatmosphäre eine unterschiedliche Erwärmung erwartet. Während sich die Erdoberfläche und die niedrige bis mittlere Troposphäre erwärmen sollten, lassen Modelle für die höher gelegene Stratosphäre eine Abkühlung vermuten.<ref name="USCCSP 2006">U.S. Climate Change Science Program (2006): Temperature Trends in the Lower Atmosphere. Steps for Understanding and Reconciling Differences (PDF, 9,4 MB)</ref> Tatsächlich wurde genau dieses Muster in Messungen gefunden. Die Satellitendaten zeigen eine Abnahme der Temperatur der unteren Stratosphäre von 0,324 °C pro Jahrzehnt während der letzten 30 Jahre.<ref>http://www.ssmi.com/msu/msu_data_description.html#msu_decadal_trends</ref> Diese Abkühlung ist zum einen durch den verstärkten Treibhauseffekt und zum anderen durch Ozonschwund durch FCKWs in der Stratosphäre verursacht.<ref>Dr. Elmar Uherek, : Stratosphärische Abkühlung, ESPERE-ENC Klimaenzyklopädie (Max Planck Institute für Chemie, Mainz), 11. Mai 2004</ref> <ref name="Ramaswamy 1996">V. Ramaswamy, M. D. Schwarzkopf, W. J. Randel (1996): Fingerprint of ozone depletion in the spatial and temporal pattern of recent lower-stratospheric cooling, in: Nature, Vol. 382, S.616–618, 15. August, siehe Abstract online</ref> Wäre die Sonne maßgebliche Ursache, hätten sich alle Schichten gleichermaßen erwärmen müssen.<ref name="USCCSP 2006"/> Nach dem gegenwärtigen Verständnis heißt dies, dass der überwiegende Teil der beobachteten Erwärmung durch menschliche Aktivitäten verursacht sein muss. In einer 2007 erschienenen Modellstudie konnte entsprechend der natürliche Anteil an der Erwärmung des 20. Jahrhunderts auf unter 0,2 °C eingegrenzt werden.<ref>Ammann, Caspar M., Fortunat Joos, David S. Schimel, Bette L. Otto-Bliesner und Robert A. Tomas (2007): Solar influence on climate during the past millennium: Results from transient simulations with the NCAR Climate System Model, in: PNAS, Vol. 104, S. 3713–3718, Template:DOI</ref>

Solarstrahlung

thumb|Graph über die Sonnenaktivität seit 1975.

Neben Treibhausgasen tragen noch andere, weniger bedeutende Faktoren zur globalen Erwärmung bei. Besonders der Beitrag der Sonne ist hier zu erwähnen, auch wenn er unterschiedlich stark gewichtet wird. Das wissenschaftliche Verständnis über den Einfluss der schwankenden Sonnenaktivität auf das Klima wird vom IPCC als „gering“ eingeschätzt.<ref name="IPCC 2007"/>

Ein Maximalwert in der wissenschaftlichen Literatur findet sich bei Stott et al., welcher den solaren Anteil an der beobachteten globalen Erwärmung zwischen 1950 und 1999 auf einen Bereich zwischen 16 % und maximal 36 % schätzt.<ref name="Stott et al. 2003">Stott, Peter A., Gareth S. Jones und John F.B. Mitchell (2003): Do Models Underestimate the Solar Contribution to Recent Climate Change? In: Journal of Climate, Volume 16, Dezember, S. 4079–4093 (PDF)</ref> Die Sonne befindet sich nach Sami Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, seit 70 Jahren in einem Aktivitätsmaximum, beobachtbar an der Zahl der Sonnenflecken, und strahle so stark wie seit 8.000 Jahren nicht mehr.<ref name="Solanki et al. 2004">Solanki, Sami, I.G. Usoskin, B. kromer, M. Schüssler und J. Beer (2004): Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years, in: Nature, Vol. 431, 28 Oktober, S. 1084–1087 (PDF)</ref> Solanki selber sagt, dass trotz dieser ungewöhnlichen Aktivität eine solare Ursache der globalen Erwärmung während der vergangenen Dekaden unwahrscheinlich sei,<ref name="MPS 2004">Max Planck Society (2004): How Strongly Does the Sun Influence the Global Climate? Press Release, 2. August, siehe online</ref> die Sonne nicht der dominante Faktor gewesen sein und ihr Anteil an der Erwärmung seit 1970 bei maximal 30 % gelegen haben könne.<ref name="Solanki et al. 2003">Solanki, S.K. und N.A. Krivova (2003): Can solar variability explain global warming since 1970?, in: Journal of Geophysical Research, Vol. 108, No. A5, 1200, Template:DOI</ref> Natalie Krivova, eine Kollegin Solankis, schreibt es sei „sehr wahrscheinlich, dass die Sonne nach 1980 nicht in irgendeiner signifikanten Weise zur globalen Erwärmung beigetragen“ habe.<ref>Natalie Krivova auf einer Webseite des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung: The Sun and Earth's Climate - Some Results. Zitat im Original: „It is highly likely, however, that after 1980 the Sun has not contributed in any significant way to global warming.“</ref> Solankis Analyse der Sonnenaktivität ist zudem Kritik ausgesetzt, die vor allem seine Methode zur Rekonstruktion vergangener Jahrtausende umfasst.<ref name="Muscheler et al. 2005">Muscheler, Raimund, Fortunat Joos, Simon A. Müller und Ian Snowball (2005): How unusual is today’s solar activity?, in: Nature, Vol. 436, 28. Juli, S. E3–E4 (PDF)</ref> Andere Rekonstruktionen ergeben kaum einen Zusammenhang zwischen Sonnenflecken und Erdtemperaturen seit dem 17. Jahrhundert.

Zahlreiche andere Forscher schätzen den Anteil der Sonne an der beobachtbaren Erwärmung übereinstimmend als gering ein. Bis 1970 zeige sich zwar noch eine relativ gute Korrelation des Helligkeitsanstiegs der Sonne mit der gemessenen globalen Erwärmung, aber spätestens seitdem seien Treibhausgase eindeutig die hauptsächlichen Antreiber der Temperaturentwicklung gewesen.<ref name="Schmitt/Schüssler 2003">Schmitt, D. and M. Schüssler (2003): Klimaveränderung – Treibhauseffekt oder Sonnenaktivität? Max-Planck-Institut für Aeronomie (PDF)</ref> Das IPCC schätzt, dass die Sonne seit der Industrialisierung etwa 0,12 Watt pro Quadratmeter (mit einem Unsicherheitsbereich von 0,06 bis 0,30 W/m2) zur Erderwärmung beigetragen hat, im Vergleich zu anthropogenen Treibhausgasen und ihrem Beitrag von 2,63 (± 0,26) W/m2 nur ein kleiner Bruchteil.<ref name="IPCC 2007"/>

Die seit 1978 direkt aus dem Orbit gemessenen Veränderungen der Sonnenaktivität sind für sich allein zu geringfügig, um die Ursache für die sich beschleunigende Erwärmung der letzten 30 Jahre gewesen zu sein.<ref name="Foukal et al. 2006">Foukal, P., C. Fröhlich, H. Spruit und T. M. L. Wigley (2006): Variations in solar luminosity and their effect on the Earth's climate, in: Nature, 443, S. 161–166, 14. September, Template:DOI</ref> Wenn überhaupt, dann hätte sich die Erde in den letzten Jahren eher abkühlen müssen, weil die Aktivität im Vergleich zu den Jahrzehnten zuvor relativ gering ausfiel.<ref name="Lockwood und Fröhlich 2007">M. Lockwood und C. Fröhlich (2007): Recent oppositely directed trends in solar climate forcings and the global mean surface air temperature, in: Proceedings of the Royal Society A, online (PDF)</ref>

Aerosole

thumb|Die Antreiber der globalen Erwärmung seit 1750 und ihr Nettoeffekt auf den Wärmehaushalt der Erde. thumb|Die physikalischen Antreiber und ihr Anteil an der globalen Erwärmung im Klimamodell.

Im Klimasystem ebenfalls eine nicht zu vernachlässigende Rolle spielen feine Partikel in der Atmosphäre, die so genannten Aerosole. Diese reflektieren teilweise einkommende Strahlung und tragen so zur Abkühlung der unteren Luftschichten bei. Welche Effekte sie genau auf das Klima haben, kann gegenwärtig nur mit recht großen Unsicherheiten beschrieben werden. Das IPCC stuft den Grad des wissenschaftlichen Verständnisses bezüglich der Aerosole zwischen „mittel“ und „gering“ ein.<ref name="IPCC 2007"/>

Die Wirkung eines Aerosols auf die Lufttemperatur ist abhängig von seiner Flughöhe in der Atmosphäre. In der untersten Atmosphärenschicht, der Troposphäre, sorgen Rußpartikel für einen Temperaturanstieg, da sie das Sonnenlicht absorbieren und anschließend Wärmestrahlung abgeben. In der Region um den Indischen Ozean konnte beispielsweise der Beitrag einer so genannten permanenten „braunen Wolke“ an der regionalen Erwärmung auf etwa den gleichen Anteil beziffert werden wie durch Treibhausgase.<ref>Ramanathan, Veerabhadran, Muvva V. Ramana, Gregory Roberts et al. (2007): Warming trends in Asia amplified by brown cloud solar absorption, in: Nature, Vol. 448, S. 575-578 Template:DOI</ref> Ebenfalls zu einer Erwärmung führt die verringerte, Albedo genannte Reflexivität der Oberfläche von Schnee- und Eisflächen in Folge von niedergegangenen Rußpartikeln. In höheren Luftschichten hingegen sorgen diese Partikel durch ihre abschirmende Wirkung dafür, dass es an der Erdoberfläche kühler wird. Neben Ruß kommen vor allem Mineralpartikel als Aerosole in der Atmosphäre vor. Sie werden hauptsächlich durch Landwirtschaft und Industrieanlagen freigesetzt. Ihre helle und reflektierende Oberfläche sorgt vermutlich ebenfalls hauptsächlich für eine Abkühlung der unteren Atmosphäre.

Einen großen Unsicherheitsfaktor bei der Bemessung der Klimawirkung von Aerosolen macht auch ihr Einfluss auf die ebenfalls nicht vollständig verstandenen Wolken aus. Trotz aller Unsicherheiten wird der Nettoeffekt aller Schwebeteilchen als deutlich abkühlend eingeschätzt. Die nach dem Zweiten Weltkrieg schnell wachsende Wirtschaft und die in der Folge entstehende starke Luftverschmutzung hatte dafür gesorgt, dass bis in die 1970er Jahre hinein ein starker aerosolbedingter Kühleffekt die eigentlich zu erwartende Erwärmung „maskiert“ hat. Zwischen 1950 und 1975 verdoppelte sich der Ausstoß von Sulfaten von etwa 35 auf über 70 Millionen Tonnen jährlich, um dann zunächst auf diesem Niveau zu verharren und ab Ende der 1980er Jahre wieder zu fallen. 2000 lag der Sulfatausstoß bei etwa 55 Millionen Tonnen.<ref name="Stern 2005">Stern, David I.: (2005): Global sulfur emissions from 1850 to 2000, in: Chemosphere, Vol. 58, S. 163–175, Template:DOI (PDF)</ref> Ab 1960 hatte sich der Ausstoß von Treibhausgasen rapide verstärkt, so dass die von den Sulfaten verursachte Luftverschmutzung die aufheizende Wirkung der Gase nicht mehr ausgleichen konnte.<ref name="Meehl et al. 2004"/> Die starke Präsenz von Sulfaten in der Atmosphäre ist zudem von deutlichen negativen Folgen etwa in Form des sauren Regens oder verbreiteter auftretenden Gesundheitsproblemen wie Asthma begleitet.

Siehe auch: Globale Verdunkelung

Zukünftige Erwärmung

thumb|left|Einige Projektionen der Temperaturentwicklung bis 2100.

Bei einer Verdoppelung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre geht die Klimaforschung davon aus, dass die Erhöhung der Erdmitteltemperatur mit 95 %iger Wahrscheinlichkeit innerhalb von 1,5 °C bis 4,5 °C liegen wird.<ref name="Annan 2006">Annan, J.D. und J.C. Hargreaves (2006): Using multiple observationally-based constraints to estimate climate sensitivity, Entwurf vom 30. Januar (PDF)</ref> Dieser Wert ist auch als Klimasensitivität bekannt. Das IPCC rechnet abhängig von den Zuwachsraten aller Treibhausgase und dem angewandten Modell bis 2100 mit einer Zunahme der globalen Durchschnittstemperatur um 1,1 °C bis 6,4 °C.<ref name="IPCC 2007"/>

Der dabei maßgebliche, allerdings auch der mit der größten Unsicherheit behaftete Parameter ist die Prognose über die zukünftige Entwicklung der Weltwirtschaft. Da das Wirtschaftswachstum der Welt in der Vergangenheit stark mit dem Verbrauch an fossilen Energieträgern korrelierte<ref name="NEF 2006">New Economics Foundation (Januar 2006): Growth Isn't Working (PDF, ca. 890 KB)</ref> und dies auch in der näheren Zukunft erwartet werden kann, erklärt sich hieraus die relativ große Bandbreite der von den Klimatologen prognostizierten globalen Erwärmung. thumb|Karte der berechneten globalen Erwärmung zum Ende des 21. Jahrhunderts. In diesem verwendeten HadCM3-Klimamodell beträgt die durchschnittliche Erwärmung 3 °C.

Des Weiteren kann das Klimasystem noch einige „Überraschungen“ in Form von Rückkopplungen beinhalten. Diese können die globale Erwärmung entweder verstärken oder abschwächen. Zum Beispiel führt die schmelzende Eisdecke in der Arktis zu einer Verringerung der Albedo. Das an der Stelle des bisherigen Eises dann vorzufindende dunklere Meerwasser nimmt deutlich mehr Wärmeenergie auf und führt zu weiterem Abschmelzen des umliegenden Polareises. Solche Rückkopplungen sind sehr schwierig zu modellieren. Dennoch schätzt aus diesem und anderen Gründen ein Beitrag von Barrie Pittock in Eos, der Publikation der American Geophysical Union, dass die zukünftige Erwärmung unter Umständen noch über die vom IPCC genannten Bandbreiten hinausgehen könnte. Unter den acht Gründen für seine Vermutung befinden sich unter anderem der Rückgang der globalen Verdunkelung, das vorher ungeahnt schnelle Zurückweichen des arktischen Meereises und das Auftreten von mit Biomasse zusammenhängenden Rückkopplungs-Effekten.<ref name="Pittock 2006">Pittock, Barrie (2006): Are Scientists Underestimating Climate Change?, in: Eos, Vol. 87, No. 34, 22. August, S. 340–341 (PDF)</ref>

Eine Berechnung unter Annahme von solchermaßen ungünstig eintretenden Rückkopplungen wurde von Wissenschaftlern der University of California, Berkeley erstellt. Diese nahmen an, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre sich von den derzeitigen etwa 380 ppmV bis 2100 auf etwa 550 ppmV erhöhen wird. Dies sei allein der von der Menschheit bewirkte anthropogene Zuwachs. Die Forscher machen dann darauf aufmerksam, dass die erhöhte Temperatur selbst wieder ökologische und chemische Prozesse anstößt oder verstärkt, die zu zusätzlicher Freisetzung von Treibhausgasen, insbesondere Kohlendioxid und Methan, führen. Sie nennen die bei ansteigender Temperatur erhöhte Freisetzung von Kohlendioxid aus den Weltmeeren und die beschleunigte Verrottung von Biomasse, was zu zusätzlichen Mengen an Methan und Kohlendioxid führt. Am Ende kommen sie zu dem Ergebnis, dass die globale Erwärmung noch um 2 °C stärker ausfallen kann, als dies mit den Klimasimulationen ohne Berücksichtigung dieser Rückkopplung der Fall wäre.<ref name="Berkeley Lab Research News">Berkeley Lab Research News (2006): Feedback Loops in Global Climate Change Point to a Very Hot 21st Century, Online-Version</ref>

Auswirkungen

thumb|Wechselwirkungen der globalen Erwärmung. thumb|Der gemessene Anstieg des Meeresspiegels zwischen 1900 und 2000 beträgt 18,5 cm und erhöht sich weiter. Hauptartikel: Folgen der globalen Erwärmung

Wegen der Auswirkungen auf menschliche Sicherheit, Gesundheit, Wirtschaft und Umwelt ist die globale Erwärmung mit großen Risiken behaftet. Einige mit ihr zusammenhängende Umweltveränderungen sind schon heute wahrzunehmen. Diese Veränderungen wie die verringerte Schneebedeckung, der steigende Meeresspiegel, die Gletscherschmelze und zu beobachtende Wetterveränderungen gelten neben den Temperaturmessungen als Belege für den Klimawandel. Sie sind Beispiele für jene Konsequenzen der globalen Erwärmung, die nicht nur Aktivitäten des Menschen beeinflussen, sondern auch die Ökosysteme. Die Folgen des Klimawandels könnten dabei so vielfältig und umfassend sein, dass im Folgenden nur ein kleiner Ausschnitt von ihnen aufgezeigt werden kann.

  • Gesundheitsrisiken bestehen zum einen durch die steigenden Lufttemperaturen. Hitzewellen werden öfter auftreten, während extreme Kälteereignisse wahrscheinlich seltener werden. Eine vom WWF in Auftrag gegebene und vom Kieler Institut für Weltwirtschaft erstellte Studie zeigt, dass sich bis 2100 die Anzahl der Hitzetoten in Deutschland um zusätzliche 5.000 Tote ohne Berücksichtigung der demographischen Entwicklung beziehungsweise um 12.000 Tote mit Einbeziehung der veränderten Altersstrukturen erhöhen kann. Gleichzeitig käme es zu einem Rückgang an Kältetoten um 3.000 Tote beziehungsweise 5.000 Tote.<ref>WWF & IfW (2007): Kosten des Klimawandels – Die Wirkung steigender Temperaturen auf Gesundheit und Leistungsfähigkeit (PDF, 5,1 MB)</ref> Außerdem kann es zu einer weiteren Verbreitung von wärmeliebenden Schädlingen (z. B. Zecken, Borkenkäfer) und Krankheitserregern (zum Beispiel Malaria<ref>Vgl. Ärzte Zeitung, 27.08.1998: Das Klimaphänomen El Nino begünstigt Malaria, Cholera und andere Infektionskrankheiten</ref>) in Regionen kommen, die heute für diese zu kühl sind.<ref>Weltgesundheitsorganisation: Climate change and health</ref> <ref>Martens, P., R. S. Kovats, S. Nijhof, P. de Vries, M. T. J. Livermore, D. J. Bradley, J. Cox und A. J. McMichael (1999): Climate change and future populations at risk of malaria, in: Global Environmental Change, Volume 9, Supplement 1, Oktober, S. S89–S107 Template:DOI</ref> Die Gefahr einer erneuten Ausbreitung von Malaria in Westeuropa ist allerdings gering, da hier ein hoher medizinischer und hygienischer Standard herrscht. Diese hängt nämlich primär nicht von der Temperatur oder dem Wetter ab.<ref name="Reiter 2000">Reiter P. From Shakespeare to Defoe: Malaria in England in the Little Ice Age, Emerging Infectious Diseases, Vol. 6, S. 1–11, [1]</ref>
  • Im Zuge der globalen Erwärmung kommt es zu einem Anstieg des Meeresspiegels. Dieser erhöhte sich in den letzten Dekaden (Jahrzehnten) um je 1 cm bis 2 cm und aktuell um 3 cm pro Jahrzehnt<ref name="Cazenave 2004">A. Cazenave, R. S. Nerem (2004):Present-day sea level change: observations and causes, in: Reviews of Geophysics, 27. Juli, siehe online (PDF)</ref>, was besonders küstennahe Gebiete und Inseln bedroht. Nach verschiedenen Szenarien des IPCC sind bis 2100 Erhöhungen des Meeresspiegels zwischen 0,19 m und 0,58 m möglich. Der Wert könnte noch deutlich höher ausfallen, da ausdrücklich keine seriöse Abschätzung für die zu erwartende Schmelzrate des Grönlandeises abgegeben wurde. Grund für den bisherigen Anstieg sind die thermische Ausdehnung des Wassers sowie die Aufnahme von Schmelzwasser aus Gletschern.
  • Die Ozeane werden nicht nur wärmer, sondern sie nehmen auch Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und versauern dadurch.<ref name="Royal Society 2005">The Royal Society (2005): Ocean acidification due to increasing atmospheric carbon dioxide. Policy Document 12/05 (PDF, 1,1 MB)</ref> Die Auswirkungen auf die Meere und die stark betroffenen Korallen können erheblich sein, da sie ihre schützende Kalkschicht nicht mehr bilden können. Da besonders zahlreiche Kleinstlebewesen am Anfang der ozeanischen Nahrungskette auf schützende Kalkschichten angewiesen sind, sind die Auswirkungen auf das Ökosystem Ozean möglicherweise beträchtlich.<ref name="WBGU 2006"/>
  • Unter anderem steigende Meerestemperaturen haben zu veränderten Niederschlagsmustern geführt. Durch den wärmeren Indischen Ozean beispielsweise kommt es im Osten Afrikas zu häufigeren und extremeren Dürren.<ref name="NEF/IIED 2005">New Economics Foundation und and International Institute for Environment and Development (2005): Africa – Up in Smoke? The Second Report From the Working Group on Climate Change and Development, London (PDF, 1,4 MB)</ref>
  • Durch die Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur steigt die Verdunstungsrate, was gleichzeitig zu Dürren und vermehrt auftretenden Starkniederschlägen führt. Damit verbunden ist verstärkte Erosion. Der erhöhte Energiegehalt in der Atmosphäre wird voraussichtlich eine Zunahme extremer Wetterbedingungen verursachen (häufigere Unwetter mit hohen Folgekosten). Es gilt als gesichert, dass es auf einer erwärmten Erde zu einem häufigeren Auftreten von schweren Überschwemmungen kommt.<ref>P. C. D. Milly, R. T. Wetherald, K. A. Dunne, T. L. Delworth (2002): Increasing risk of great floods in a changing climate, in: Nature, 31. Januar, S. 514–517, V. 415, Template:DOI</ref>
  • Die wirtschaftlichen Folgen sind nach gegenwärtigen Schätzungen beträchtlich. Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung schätzt, dass ein ungebremster Klimawandel bis zum Jahr 2050 bis zu 200 Billionen US-Dollar volkswirtschaftliche Kosten verursachen könnte (wobei diese Schätzung mit großen Unsicherheiten behaftet ist).<ref name="Kemfert/Praetorius 2005">Kaemfert, Claudia und Barbara Praetorius (2005): Die ökonomischen Kosten des Klimawandels und der Klimapolitik, in: DIW, Vierteljahreshefte zur Wirtschaftsforschung 74, 2/2005, S. 133–136 (PDF)</ref> Der am 30. Oktober 2006 veröffentlichte Stern-Report nennt an zu erwartenden Schäden durch den Klimawandel bis zum Jahr 2100 Werte zwischen 5 % bis 20 % an der globalen Wirtschaftsleistung. Effektive Präventionsmaßnahmen (insbesondere die Reduktion von CO2) kosten dem gegenüber knapp 1 % am Welt-BIP und sind deutlich wirtschaftlicher als das Beheben von Unwetterschäden.
  • Seit einigen Jahrzehnten ist ein Anstieg der Zerstörungskraft von Hurrikanen messbar geworden<ref name="Webster 2005">Webster, P.J., G. J. Holland, J. A. Curry und H.-R. Chang (2005): Changes in Tropical Cyclone Number, Duration, and Intensity in a Warming Environment, in: Science Vol. 309, No. 5742 vom 16. September, Template:DOI</ref> <ref name="Emanuel 2005">Emanuel, Kerry (2005): Increasing destructiveness of tropical cyclones over the past 30 years, in: Nature, 31. Juli, Template:DOI</ref>, der sich direkt mit steigenden Meerestemperaturen in Einklang bringen lässt.<ref name="Hoyos et al. 2006">Hoyos, C.D., P. A. Agudelo, P. J. Webster und J. A. Curry (2006): Deconvolution of the Factors Contributing to the Increase in Global Hurricane Intensity, in Science, Vol. 312, S. 94–97 (PDF)</ref> Der genaue Zusammenhang ist noch Gegenstand kontroverser Diskussionen. Die Daten deuten jedoch darauf hin, dass sich mit ansteigender Oberflächentemperatur der Meere nicht die Zahl, wohl aber das Ausmaß schwerer Tropenstürme vergrößert.

Die Risiken für Ökosysteme auf einer erwärmten Erde wachsen erheblich mit dem Grad des Temperaturanstiegs. Nach einer Studie von William Hare vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung sind die Risiken unterhalb einer Erwärmung von 1 °C vergleichsweise gering, für anfällige Ökosysteme jedoch bereits nicht zu vernachlässigen. Zwischen 1 °C und 2 °C Erwärmung liegen signifikante und auf regionaler Ebene mitunter substanzielle Risiken vor. Eine Erwärmung oberhalb von 2 °C birgt enorme Risiken für das Aussterben zahlreicher Tier- und Pflanzenarten, deren Lebensräume nicht länger ihren Anforderungen entsprechen. Diese Arten werden verdrängt oder können aussterben, wenn sie den sich geografisch schnell verschiebenden Ökozonen nicht folgen können.<ref name="Hare 2003">Hare, William (2003): Assessment of Knowledge on Impacts of Climate Change – Contribution to the Specification of Art. 2 of the UNFCCC. Externe Expertise für das WBGU-Sondergutachten „Welt im Wandel: Über Kioto hinausdenken. Klimaschutzstrategien für das 21. Jahrhundert“ (PDF, 1,7 MB)</ref> Andere Arten können sich unter den veränderten Bedingungen stärker ausbreiten. Bei über 3 °C droht sogar der völlige Kollaps von Ökosystemen, deutlich verstärkt auftretende Hunger- und Wasserkrisen sowie weitere sozioökonomische Schäden, besonders in Entwicklungsländern.<ref name="Hare 2005">Hare, William (2005): Relationship between increases in global mean temperature and impacts on ecosystems, food production, water and socio-economic systems (PDF)</ref>

Schließlich erfolgt die globale Erwärmung nicht zwingend graduell, sondern sie kann auch abrupt stattfinden. Auch wenn das folgende Szenario als zumindest mittelfristig sehr unwahrscheinlich bewertet wird, kann der Klimawandel zu veränderten Meeresströmungen und hierbei besonders zu einem Versiegen des Nordatlantikstrom, einem Ausleger des Golfstroms, führen. Dies hätte einen massiven Kälteeinbruch in ganz Westeuropa und Nordeuropa zur Folge. Falls sich das Klima weiter erwärmt, könnte es mit der Zeit auch zu Veränderungen anderer ozeanischer Strömungen kommen, mit weitreichenden Konsequenzen für den globalen Energiehaushalt. Diese Worst-Case-Annahme war Thema einer Studie des US-Verteidigungsministeriums von 2003, die von massiven politischen Umwälzungen in Folge einer solchen Entwicklung ausging.<ref name="Schwartz/Randall 2003">Schwartz, Peter und Doug Randall (2003): An Abrupt Climate Change Scenario and Its Implications for United States National Security, Studie im Auftrag des US-Verteidigungsministeriums (PDF, 0,9 MB)</ref>.

Klimaschutz

Politische Maßnahmen

Hauptartikel: Klimaschutzpolitik

Das Ausmaß der möglichen Konsequenzen der globalen Erwärmung führt zur Frage, wie diese verhindert oder ihre Folgen zumindest gemildert werden können. Die Grenze von tolerablem zu „gefährlichem“ Klimawandel wird politisch beispielsweise von der Europäischen Union mit einer Erwärmung um höchstens 2 °C benannt. Auch der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) empfiehlt die Erwärmung bei höchstens 2 °C zu begrenzen.<ref name="WBGU 2003">WBGU (2003):Über Ky?to hinaus denken – Klimaschutzstrategien für das 21. Jahrhundert., Sondergutachten für die Bundesregierung (PDF, 1,7 MB)</ref> Bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts müsste dafür der CO2-Ausstoß um etwa 80 % bis 90 % im Vergleich zu 2005 reduziert werden, damit die CO2-Konzentration nicht über 450 ppm steigt. Bislang zeigt die Entwicklung der weltweiten Emissionen von Treibhausgasen allerdings weiterhin einen deutlichen Anstieg und keine Verminderung an.
[[Bild:Windkraftanlagen Dänemark.jpg|thumb|left|Windkraftanlagen wie hier an der dänischen Küste gelten als ein wesentlicher Teil des Klimaschutzes mittels erneuerbarer Energien.]]

Auf globaler, regionaler und lokaler Ebene sind zahlreiche Maßnahmen zum Klimaschutz möglich und teilweise bereits beschlossen. Global stellen die Klimarahmenkonvention (UNFCCC) der Vereinten Nationen und das daran angeschlossene Ky?to-Protokoll die einzig völkerrechtlich verbindlichen Regelungen zum Klimaschutz dar. Die Klimarahmenkonvention 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. Mit der Rahmenkonvention geht als neu entstandenes Prinzip der Staatengemeinschaft einher, dass auf eine massive Bedrohung der globalen Umwelt auch ohne endgültige Beweise für ihr genaues Ausmaß reagiert werden soll. Auf der Rio-Konferenz wurde auch die Agenda 21 verabschiedet, die seitdem Grundlage für viele lokale Schutzmaßnahmen ist.

Die derzeit 189 Vertragsstaaten der Rahmenkonvention treffen sich jährlich auf der UN-Klimakonferenz. Die bekannteste dieser Konferenzen fand 1997 im japanischen Ky?to statt und brachte als Ergebnis das genannte Ky?to-Protokoll hervor. Hierin wurde die Reduktion der Treibhausgasemissionen aller industrialisierten Staaten auf ein bestimmtes Niveau festgeschrieben. Einigen dieser Staaten wurden noch begrenzte Steigerungen ihres Ausstoßes zugestanden. Das Ky?to-Protokoll ist mittlerweile von fast allen Staaten mit Ausnahme der USA und Australiens ratifiziert worden. Es enthält aus Sicht des Klimaschutzes nur vergleichsweise geringe und unzureichende Reduktionsverpflichtungen, die zudem nicht über das Jahr 2012 hinaus reichen. Derzeit läuft der Post-Ky?to-Prozess, in dem über die Zukunft der Klimaschutzpolitik verhandelt wird.

Technische und individuelle Möglichkeiten

Hauptartikel: Klimaschutz

Neben der politischen existieren auf der technischen Ebene eine Vielzahl von Optionen zur Verminderung von Treibhausgasemissionen. So ließe sich theoretisch auch mit heutigen Mitteln ein effektiver Klimaschutz realisieren.<ref name="Pacala/Solow 2004">Pacala, Stephen und Robert Socolow (2004):Stabilization Wedges: Solving the Climate Problem for the Next 50 Years with Current Technologies, in: Science 305, 14. August, S. 968–972 (PDF)</ref> Besonders den erneuerbaren Energien kommt hierbei eine Schlüsselrolle zu.<ref name="NEF 2005">New Economics Foundation (2005): Mirage and oasis. Energy choices in an age of global warming, London (PDF, 1,2 MB)</ref> Die bestehenden Schwierigkeiten und vor allem die Kosten einer solchen Vermeidungsstrategie hemmen bislang die notwendigen Investitionen. Dem gegenüber wurde ein vollständiger Klimaschutz mit Kosten von weniger als 1 % des Welt-Bruttosozialprodukts geschätzt.<ref name="Leggett 2006"> Leggett, Mark (2006): An indicative costed plan for the mitigation of global risks, in: Futures 38, Vol. 7, S. 778–809, Template:DOI</ref> <ref name"Edenhofer 2006">O. Edenhofer, K. Lessmann, C. Kemfert, M. Grubb, J. Köhler (2006):Induced Technological Change: Exploring its Implications for the Economics of Atmospheric Stabilization. Synthesis Report from the Innovation Modeling Comparison Project, in: The Energy Journal (PDF)</ref> Im Kontrast zu den genannten möglichen Schäden eines ungebremsten Klimawandels würde dieser Vermeidungsansatz je nach Quelle unter 30 Billionen Dollar kosten. Die Kosten für rasche globale Maßnahmen gegen die Belastung der Erdatmosphäre beziffert Nicholas Stern, der frühere Chefökonom der Weltbank, mit 275 Milliarden Euro.<ref>ZDF heute.de: Studie: Klimawandel lässt Weltwirtschaft schrumpfen, 30. Oktober 2006</ref>

Zudem bestehen Möglichkeiten, durch individuelle Verhaltensumstellungen und veränderten Konsum, einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Hierzu können unter anderem verstärkte Energieeinsparung durch sparsameres Verhalten oder den Einsatz effizienterer Geräte, der Umstieg auf umweltfreundlichere Verkehrsmittel, der Kauf von Produkten der eigenen Region, was emissionsintensive weite Transportwege vermeidet, die Verkürzung der Nahrungskette durch Umstieg von tierischen auf pflanzliche Nahrungsmittel, sowie die Investition in erneuerbare Energieträger im privaten Bereich, gezählt werden.

Klimaforschung

Hauptartikel: Klimatologie

Mit den Methoden der Klimaforschung ist das Problem der globalen Erwärmung in den vergangenen Jahrzehnten immer weiter untersucht worden. Die Hauptarbeit der Klimatologie in diesem Bereich besteht in der Feldbeobachtung und der Auswertung klimatologischer Daten. Hierzu gehören Temperaturmessungen, Niederschlagsdaten, Satellitenbilder, Eisbohrkerne, das Wanderverhalten von Tierarten und vieles mehr. Entgegen der weit verbreiteten Annahme, die globale Erwärmung sei hauptsächlich durch Computermodelle ermittelt worden, sind die so gesammelten Daten der eigentliche Kern des Wissens um den Klimawandel.

Geschichte der Wissenschaft über die globale Erwärmung

[[Bild:Arrhenius.jpg|thumb|right|Svante Arrhenius, der „Vater“ der Theorie der globalen Erwärmung.]] Eine Beschreibung der Geschichte der Wissenschaft über die globale Erwärmung findet sich bei Spencer R. Weart, Direktor des Center for History of Physics in den USA.<ref name="Weart 2003">Weart, Spencer (2003): The Discovery of Global Warming, siehe online</ref> Ihm zufolge hat den Beginn der Erforschung der globalen Erwärmung vermutlich Jean Baptiste Joseph Fourier (1768–1830) mit seiner Entdeckung des Treibhauseffektes im Jahr 1824 gemacht. John Tyndall konnte 1862 auf Fouriers Arbeiten aufbauend die für diesen Effekt verantwortlichen Gase identifizieren, allen voran Wasserdampf und Kohlendioxid. Über dreißig Jahre später, im Jahr 1896, veröffentlichte der schwedische Wissenschaftler Svante Arrhenius (1859–1927) als erster darauf aufbauend die Theorie, dass die Anreicherung von Kohlendioxid in der Atmosphäre die Temperatur auf der Erde erhöhen könnte.<ref name="Arrhenius 1896">Arrhenius, Svante (1896): On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground, in: Philosophical Magazine and Journal of Science, Vol. 41, S. 239–276 (PDF, 8 MB)</ref> Für diesen war die Zeitskala, auf der sich solche Veränderungen abspielen konnten, allerdings auf zehntausende von Jahren gestreckt.

In den 1930er Jahren bemerkten einige US-Amerikaner, dass sich die Temperaturen in ihrer Region in den vorangehenden Jahrzehnten erhöht hatten. Bis auf einzelne Stimmen wurde dieses Ereignis allerdings weithin für ein natürliches Phänomen gehalten. Der deutsche Klimatologe Hermann Flohn war in Deutschland der erste Wissenschaftler, welcher aufgrund empirischer Daten auf den Klimawandel hinwies. Flohn habilitierte im Deutschland des Nationalsozialismus und veröffentliche 1941 seinen ersten Artikel zur globalen Erwärmung, Die Tätigkeit des Menschen als Klimafaktor in der Zeitschrift für Erdkunde. In den späten 1950er Jahren wurde dann erstmals nachgewiesen, dass sich künstlich freigesetztes Kohlendioxid in der Atmosphäre anreichern kann. Pionierarbeit leistete hierbei der US-Amerikaner Roger Revelle als Direktor der Scripps Institution of Oceanography. Der ebenfalls dort angestellte Charles David Keeling (1928–2005) bestieg 1958 den Berg Mauna Loa auf Hawaii (Big Island) und begann dort mit regelmäßigen Messungen des CO2-Gehalts in der Atmosphäre. Dabei fand er ein typisches, schwankendes Muster des Kohlendioxidanteils von etwa 5 ppm CO2 pro Jahr, das auf die im Frühjahr wachsende Vegetation der größeren Landfläche der Nordhalbkugel zurückzuführen ist. Trotz der Schwankungen wurde bald klar, dass der Gesamtanteil des Treibhausgases in der Atmosphäre kontinuierlich anstieg. Beide Phänomene sind gut sichtbar in der sägezahnartig nach oben weisenden, nach ihrem Ersteller ernannten Keeling-Kurve.

Mit dem Aufkommen der Umweltbewegung in den 1970er Jahren wurde das Thema auch einer breiteren Öffentlichkeit bekannt. Kurioserweise kühlte sich die Erde zwischen den 1940er und 1970er Jahren ab, so dass in den verunsicherten Medien stellenweise über das so genannte global cooling berichtet wurde. In der Wissenschaft wurde hingegen bereits damals die Meinung vertreten, dass die stark gestiegene Luftverschmutzung für die Abkühlung verantwortlich sei.

Erste Computerprogramme zur Modellierung des Klimas wurden geschrieben und begannen die Wirkung eines erhöhten CO2-Gehalts in der Atmosphäre zu simulieren. Im Jahr 1988, dem damals wärmsten seit Beginn der Aufzeichnungen, richtete die internationale Staatengemeinschaft dann ein wissenschaftliches Gremium ein, das systematisch die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf das Klima untersuchen sollte: Das IPCC.

Das Intergovernmental Panel on Climate Change

Hauptartikel: Intergovernmental Panel on Climate Change

Als internationale Institution wurde 1988 der Zwischenstaatliche Ausschuss über den Klimawandel (Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)) eingerichtet. Er fasst für seine Berichte die weltweiten Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Klimaveränderung zusammen und bildet damit den aktuellen Stand des Wissens in der Klimatologie ab. Die jüngste Zusammenfassung, der Vierte Sachstandsbericht, wird in drei Teilschritten zwischen Februar und Mai 2007 veröffentlicht. In jedem Sachstandsbericht werden mehrere tausend wissenschaftliche Einzelbeiträge gesichtet und zusammenfassend dargestellt. Bislang ist vom jüngsten Report lediglich die stark gekürzte Zusammenfassung für Entscheidungsträger verfügbar.

Die Berichte können als Abbildung einer Konsensposition innerhalb der Klimatologie gelten, da sie alle relevanten Informationen und Ergebnisse aus Fachbeiträgen bündeln. Diesen Konsens verdeutlicht auch ein Essay von Naomi Oreskes, dem zufolge sich in einer Auswahl von 928 Abstracts aus einer wissenschaftlichen Datenbank mit dem Stichwort „global climate change“ unter diesen kein einziger finden ließ, der den grundlegenden vom IPCC vertretenen Thesen widersprochen hätte.<ref name="Oreskes 2004"/> Der starke Konsens wird auch in einer gemeinsamem Stellungnahme der Nationalen Akademien der Wissenschaften aller G8-Länder sowie Indiens, Brasiliens und Chinas von 2005 deutlich, die ihn ausdrücklich bestätigten.<ref name="Scientific Academies 2005"/>

Im vierten IPCC-Bericht wird als Bandbreite aller Modelle und aller Szenarien bis 2100 eine Erhöhung der bodennahen Lufttemperatur von 1,1 °C bis 6,4 °C und eine Erhöhung des Meeresspiegels von 0,19 m bis 0,58 m prognostiziert. Die hauptsächliche Ursache der Erderwärmung sind mit einer angegebenen Wahrscheinlichkeit von über 90 % „sehr wahrscheinlich“ die menschlichen Emissionen von Treibhausgasen. Das IPCC berücksichtigt auch die von den erwarteten Klimaänderungen verursachten Folgen für die Zivilisation und wägt die Kosten der erwarteten Folgen gegen die Kosten der vorgeschlagenen Maßnahmen ab. Die IPCC-Berechnungen der zukünftig wahrscheinlichen Erwärmung basieren auf diversen Klimamodellen. Insgesamt wurden 400 computerberechnete Simulationen durchgeführt. In Abhängigkeit von den diversen Grundannahmen resultieren unterschiedliche Mengen von Treibhausgasen und Aerosolen, die vom Menschen verursacht werden. Die Daten berücksichtigen dabei auch die Vorhersagen von ökonomischen Modellen.

Siehe auch: World Meteorological Organization (WMO)

Klimamodelle

thumb|Ergebnisse zweier Klimamodelle bei der Nachberechnung des 20. Jahrhunderts. [[Bild:CPDN-Client.png|thumb|Ein Klimamodell vom Projekt ClimatePrediction.net]] Hauptartikel: Klimamodell

In Ermangelung einer Ersatzerde, mit der reale Experimente möglich wären, werden zur Berechnung des globalen Klimas in der Zukunft sehr aufwändige Computermodelle verwendet. Diese benötigen entsprechend leistungsfähige Supercomputer, um in vertretbarer Zeit das Klima zu modellieren. Einen anderen Ansatz verfolgt das Projekt ClimatePrediction.net, das auf das Modell des verteilten Rechnens zurückgreift. Dieses verwendet die nicht genutzte Rechenkapazität auf zehntausenden Heimcomputern, um möglichst viele Läufe eines Klimamodells zu ermöglichen.

Die Modellierung des Klimas befindet sich in einer steten Weiterentwicklung.<ref name="mcguffie 2001">McGuffie, K. und A. Henderson-Sellers (2001): Forty Years of Numerical Climate Modelling, in: International Journal of Climatology, Vol. 21 (PDF)</ref> Die Berechnung des Klimas anhand von Modellen ist wegen der Komplexität des Klimasystems mit Unsicherheiten verbunden. Diese bringen eine nicht zu vernachlässigende Fehlergrenze besonders bei Berechnungen in die Zukunft mit sich, stellen aber nach derzeitigem Kenntnisstand keine prinzipielle Hürde für die Berechnung von Temperaturen, Niederschlagsverhältnissen und weiteren Effekten der globalen Erwärmung dar. Die verfügbaren Klimamodelle wurden entsprechend angepasst, um den Verlauf des Klimas im 20. Jahrhundert recht genau wiederzugeben, so dass auch Ergebnisse für das 21. Jahrhundert trotz ihrer Fehlerspanne als plausibel angesehen werden können.

Von Klimamodellen nachvollzogene Elemente des Klimas der Erde umfassen neben den selbstverständlichen jahreszeitlichen Übergängen oder dem Tag-Nacht-Wechsel mit unterschiedlicher Genauigkeit auch Besonderheiten wie Vulkanausbrüche, Hitzewellen oder El Niños. Neben den Treibhausgasen in der Atmosphäre werden besonders Aerosole, Wolken, Ozon und Wechselwirkungen mit den Ozeanen wie auch die Einwirkung von solaren Veränderungen berücksichtigt. Dabei wird beispielsweise die Temperaturentwicklung genauer abgebildet als die Verteilung und die Menge von Niederschlägen. Eine Einschränkung der Klimamodelle stellt bislang vor allem ihre räumliche Auflösung dar. Diese erlaubt bereits relativ genaue Berechnungen für die kontinentale Ebene. Regionale Modelle weichen jedoch noch stark von dem tatsächlich beobachteten Klima ab. Die weitere Verfeinerung der regionalen Auflösung stößt einstweilen an die Grenzen des jeweiligen Standes der Computerentwicklung.

Siehe auch

Literatur

Aufsätze

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung: Herausforderung Klimawandel. Berlin 2003. (PDF, 1,8 MB)
  • Tillmann Buttschardt: Klimaänderung – Was weiß die Wissenschaft? Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung 17(3), S. 166–170 (2005), Template:ISSN
  • Harald Kohl: Neuer Bericht zum Weltklima: Künstliche Heißzeit. Physik in unserer Zeit 33(5), S. 232–238 (2002), Template:ISSN
  • Stefan Rahmstorf: Dem Sturm begegnen – Klimawandel ist kein Schicksal. Wir können ihn erklären – und begrenzen. Vortragsreihe: Ist Zukunft berechenbar? Klima & Wandel, 2005. (PDF)
  • Christian D. Schönwiese: Globaler Klimawandel im Industriezeitalter. Geographische Rundschau 56(1), S. 4–9 (2004), Template:ISSN
  • Christian D. Schönwiese: Globaler und regionaler Klimawandel – Indizien der Vergangenheit, Modelle der Zukunft. Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung 17.(3), S. 171–175 (2005), Template:ISSN
  • Climate Science 2005 – Major New Discoveries. World Resources Institute. 2006. (englisch, PDF, 0,2 MB)
  • Reinhard Zellner: Klimawandel: Eine Herausforderung für Wissenschaft und Gesellschaft. Chemie Ingenieur Technik 75(8), S. 983ff. (2003), Template:ISSN
  • Frank Kreienkamp, Arne Spekat, Wolfgang Enke: Klimawandel in Deutschland und seine regionalen Auswirkungen. Gefahrstoffe – Reinhaltung Luft 67(6), S. 246–250 (2007), Template:ISSN
  • Christian Kölling, Lothar Zimmermann: Die Anfälligkeit der Wälder Deutschlands gegenüber dem Klimawandel. Gefahrstoffe – Reinhaltung Luft 67(6), S. 259–268 (2007), Template:ISSN
  • Jahn-Peter Frahm: Moose als Indikatoren des Klimawandels. Gefahrstoffe – Reinhaltung Luft 67(6), S. 269–273 (2007), Template:ISSN

Monographien

Weblinks

Forschungseinrichtungen

Medien

Quelle

Einzelnachweise

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