Es dürfte keine allzu gewagte Prognose sein, dem Begriff „Kipppunkt“ eine überragende Bedeutung für die Folgen des Klimawandels beizumessen. Klimaforscher weisen unentwegt auf die Unumkehrbarkeit von menschengemachten Entwicklungen hin. Einen gleichermaßen besorgniserregenden, wie überraschenden Befund liefert eine neue Studie von Niklas Boers vom Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK). Danach könnte das atlantische Meeresströmungssystem (AOMC) im Laufe des letzten Jahrhunderts an Stabilität verloren haben. Dieses System und der dazugehörige Golfstrom ist für die relativ milden Temperaturen in Europa verantwortlich und beeinflusst weltweit die Wettersysteme. Ein Zusammenbruch dieses Meeresströmungssystems, der bei der derzeitigen globalen Erwärmung bisher nicht als wahrscheinlich angesehen wurde, wird daher schwerwiegende Folgen für das globale und insbesondere das europäische Wetter und Klima haben.
Kipppunkt für das atlantische Meeresströmungssystem
Das atlantische Meeresströmungssystem ist das wichtigste Zirkulationssystem des Atlantischen Ozeans. Es transportiert Wärme aus der tropischen Region auf die nördliche Hemisphäre, indem es warme Wassermassen nach Norden an der Meeresoberfläche transportiert und als kühle Strömung nach Süden am Meeresboden zurückkehrt.
Die Forscher des PIK haben mit Hilfe von Modellsimulationen und Daten aus sogenannten Paläoklima-Proxy-Aufzeichnungen herausgefunden, dass das atlantische Meeresströmungssystem in zwei verschiedenen Modi vorliegen kann: einem starken Modus, der derzeit erreicht werde – und einem alternativen, wesentlich schwächeren Betriebsmodus. Diese Bistabilität berge das Risiko, dass prinzipiell abrupte Übergänge zwischen den beiden Zirkulationsmodi möglich sind. Das sind die bedrohlichen Kipppunkte.
Da das Meeresströmungssystem Wärme umverteilt, beeinflusst es die Wettermuster weltweit. Ein Zusammenbruch aus dem derzeit erreichten starken Zirkulationsmodus würde daher – neben anderen Auswirkungen – Europa erheblich abkühlen sowie die tropischen Monsunsysteme stark beeinträchtigen, erklärt der PIK-Forscher in seinem Bericht.
Es sei bereits gezeigt worden, dass das Meeresströmungssystem derzeit am schwächsten seit mehr als 1000 Jahren ist. Unklar wäre jedoch bisher geblieben, ob die beobachtete Abschwächung nur einer Änderung des mittleren Zirkulationszustandes entspricht oder mit einem tatsächlichen Verlust an dynamischer Stabilität einhergeht.
„Der Unterschied ist entscheidend. Denn der Verlust der dynamischen Stabilität würde bedeuten, dass das Meeresströmungssystem seine kritische Schwelle erreicht hat, jenseits derer ein abrupter und potenziell irreversibler Übergang in den schwachen Modus erfolgen könnte“, erklärt Niklas Boers, Autor der Studie.
Fingerabdrücke eines Zusammenbruchs
Langzeitbeobachtungsdaten zur Stärke des Meeresströmungssystems lägen leider nicht vor. Aber das System hinterlasse sogenannte Fingerabdrücke in den Mustern der Meeresoberflächentemperatur und des atlantischen Salzgehalts. Eine detaillierte Analyse dieser Fingerabdrücke lasse nun vermuten, dass die Abschwächung der Meeresströmungssystems im letzten Jahrhundert tatsächlich mit einem Stabilitätsverlust und damit der Annäherung an eine kritische Schwelle verbunden ist, ab der das Kreislaufsystem zusammenbrechen könnte.
Das Ergebnis sei nicht nur besorgniserregend, sondern auch ziemlich überraschend, da bisher ein abrupter Übergang des Meeresströmungssystems bei einer globalen Erwärmung von viel mehr als den aktuellen 1,2 Grad Celsius erwartet wurde.
„Die meisten Beweise deuten darauf hin, dass die jüngste Abschwächung des AOMC direkt durch die Erwärmung des nördlichen Atlantiks verursacht wird. Dies dürfte aber nach unserem Verständnis nicht zu einem abrupten Zustandsübergang führen. Ein Stabilitätsverlust, der zu einem solchen Übergang führen könnte, wäre nach dem Zufluss erheblicher Mengen von Süßwasser in den Nordatlantik als Reaktion auf das Abschmelzen des grönländischen Eisschildes, das Abschmelzen des arktischen Meereises und insgesamt erhöhte Niederschläge und Flussabflüsse zu erwarten“, erklärt Boers.
Der Süßwasserzufluss und insbesondere der Schmelzwasserabfluss Grönlands haben sich in den letzten Jahrzehnten tatsächlich beschleunigt. Obwohl die ersten Anzeichen einer regionalen Destabilisierung des grönländischen Eisschildes festgestellt wurden, sollte der jüngste Abfluss Grönlands jedoch nicht ausreichen, um das Meeresströmungssystem zu destabilisieren.
Um dies im Detail zu verstehen, müssten Wege gefunden werden, die Darstellung des Meeresströmungssystems und polaren Eisschilde in umfassenden Erdsystemmodellen zu verbessern und ihre Projektionen besser einzuschränken, erklärt der Forscher und ergänzt, „Ich hoffe, dass die hier vorgestellten Ergebnisse dabei helfen!“, so Boers abschließend.
Was sind Kipppunkte im Erdsystem und warum ist es wichtig, dass wir sie nicht erreichen?
Was unter einem Kipppunkt zu verstehen ist, beschreibt das von Niklas Boers und einem dänischen Kollegen betriebene Informationsportal TiPES – Tipping Points in the Earth System. Als Bild nutzen die Wissenschaftler einen gewöhnlichen Stuhl. Lässt man den Stuhl auf zwei Beinen stehend kippen, könnte er umfallen, aber bevor das geschieht, kann man ihn aufhalten und in die stabile Position zurück bewegen oder ihn anschliessend einfach wieder aufheben. Beim Erdsystem ist das nicht möglich. Es gibt keine Möglichkeit, das Klima wiederherzustellen, wenn sich ein oder mehrere Kipppunkte ereignen.
Kipppunkte können am besten als kritische Schwellen beschrieben werden, an denen das Klimasystem als Ganzes oder seine Komponenten, die als Kippelemente bezeichnet werden, von einem stabilen Zustand in einen anderen übergehen. Dies geschieht durch eine drastische und irreversible Veränderung, die einen Dominoeffekt von Rückkopplungsmechanismen auslöst, was zu einer Kaskade zahlreicher dramatischer Veränderungen führt. Grönlands Eisschild ist ein Beispiel für ein Element im Klimasystem mit einem Kipppunkt. Der Eisschild hängt von seiner Höhe ab, die bis zu 3200 Meter erreicht, da die Höhe dazu beiträgt, einen „ewigen Schnee“ oben zu halten.
Solange sich jährlich Schnee ansammelt, gleicht er den Eisverlust des Eisschildes in den niedrigen Küstengebieten aus, wo es kalbt – wie es heißt – Eisberge brechen von den Rändern der Gletscher ab und treiben davon. Wenn die lokalen Temperaturen an der Spitze des Eisschildes so weit ansteigen, dass jeden Sommer mehr Schnee wegschmilzt als während eines Jahres hinzukommt, beginnt der grönländische Eisschild an Höhe zu verlieren. Je niedriger es wird, desto wärmer wird es oben. Dies beschleunigt natürlich den Eisverlust, bedeutet aber nicht, dass ein Kipppunkt im Erdsystem überschritten wurde – noch nicht.
Das passiert, wenn der Eisschild nicht mehr hoch genug ist, um sich selbst zu erhalten, wenn wir Schlüsselelemente wiederherstellen – etwa den früheren Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre. Dann kann man sagen, dass der Eisschild seinen Kipppunkt überschritten hat.
Die Wiederherstellung nach dem Kipppunkt dauert eine Eiszeit
Eine zentrale Botschaft zum Thema Kipppunkt ist besorgniserregend: Die Wiederherstellung früherer Ebenen führt nicht den früheren Zustand zurück, sobald ein Kipppunkt im Erdsystem überschritten ist. Im Beispiel mit dem Eisschild in Grönland bedeutet dies, dass es weiter Eis verliert, wenn es seinen Kipppunkt passiert, bis wir den nächsten neuen Kipppunkt in diesem System überqueren: denjenigen, der die Erde in eine neue Eiszeit bringt.
Es gibt kein Zurück. Und das gilt für alle Subsysteme mit Kipppunkten im Klimasystem. Man kann in einen anderen stabilen Zustand übergehen, aber das passiert nie an dem Punkt, an dem das letzte Trinkgeld begann.
Im Klimasystem sind einige Kipppunkte bekannt. Um nur einige zu nennen: Abgesehen von den Eisschilden Grönlands und der Antarktis wissen wir, dass die Meereisbedeckung an den Polen, der Amazonas-Regenwald und die Meeresströmungen des Nordatlantiks Kipppunkte haben, an denen sie irreversibel in Zustände übergehen, aus denen sie nicht zurückkehren werden wenn frühere Ebenen wiederhergestellt werden. Ziel des wissenschaftlichen Projekts TiPES ist es, Kipppunkte im Klimasystem zu identifizieren und zu quantifizieren.
Quellen / Weiterführendes
- Observation-based early-warning signals for a collapse of the Atlantic Meridional Overturning Circulation, Niklas Boers, Nature Climate Science, 5.8.2021
- TiPES, Tipping Points in the Earth System (Website)
LebensraumWasser ist Partner der OzeanDekade 2021/2030
Beitragsfoto: Canstockphoto
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