5 cm/Jahr – so schnell könnte der Meeresspiegel bis zum Jahr 2150 steigen, wenn sich nichts tut in der Weltklimapolitik. Das wäre schneller, als wir Deiche bauen könnten, mahnen Experten just eine Woche, bevor im türkischen Antalya die Weltklimakonferenz, in der UN-Zählung kurz COP31 genannt, startet. Die COP31 könnte die richtigen Weichen stellen, um einen derart starken Meeresspiegelanstieg zu vermeiden.
Warum die Mahnung jetzt? Weil wir sehr wahrscheinlich das Ziel des Pariser Weltklimavertrags von 1,5 °C Erderwärmung über dem vorindustriellen Niveau überschreiten werden. Selbst wenn wir irgendwann durch Klimaschutz diesen Trend früher oder später wieder umkehren würden, und die Erwärmung wieder unter der 1,5-°C-Grenze landen würde, hätte das Wirkungen auf unsere Erde. Diese sind teilweise nicht umkehrbar, zumindest nicht auf Zeitskalen menschlicher Generationen. Overshoot nennt das die Klimaforschung.
80 Forscherinnen und Forscher haben sich daher einen sehr sensiblen Teil unseres Erdsystems angeschaut, die sogenannte Kryosphäre. Sie umfasst das Land- und das Meereis und den Permafrostboden.
Daher geht es dort auch darum, was mit dem Meeresspiegel passiert, wenn große Eismassen abschmelzen würden. Im gemeinsamen Bericht „Overshoot and the Cryosphere: Averting Global Meltdown“ der International Cryosphere Climate Initiative (ICCI) und des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP) zeigen die Autorinnen und Autoren auf, was mit der Kryosphäre bei einem Overshoot passieren kann, und was am besten zu tun ist.
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Meeresspiegel steigt schneller als Küstenschutz reagieren kann
5 cm Meeresspiegelanstieg pro Jahr – weltweit. Ist das denkbar? Ja, sagen die Forscherinnen und Forscher, die den Bericht „Overshoot and the Cryosphere: Averting Global Meltdown“ gemeinsam verfasst haben. 5 cm/Jahr, das sind 1 m in 20 Jahren. Ein Tempo, das kaum Zeit für Anpassungen durch uns Menschen lässt, verdeutlicht Ben Marzeion, Professor für Klimageographie am Institut für Geographie der Universität Bremen, gegenüber dem Science Media Center (SMC). „Da ein Meeresspiegelanstieg von mehreren Metern langfristig unvermeidlich ist, wird es in den kommenden Jahrhunderten immer schwieriger werden, Städte wie Hamburg, Bremen oder auch New York zu schützen. Ich bin überzeugt, dass wir uns von einigen Küsten irgendwann zurückziehen müssen“.
Daher, so Marzeion, sei Klimaschutz so wichtig. „Ohne Klimaschutz bleibt uns für die Anpassung schlicht keine Zeit.“ Die 5 cm/Jahr stammen daher auch aus dem Szenario, einem von dreien, das die Studie untersuchte, in dem der Klimaschutz nicht vorankommt. Dann erfolgt nämlich ein vergleichsweise starker Overshoot auf ca. 3 °C. Dann würden Eisschild-Instabilitäten diesen Meeresspiegelanstieg auslösen.
Was nicht heißt, dass ein moderater Klimaschutz, als ein bisschen Fuß vom Gaspedal, eine gute Idee wäre. Schon bei 0,7 cm Meeresspiegelanstieg pro Jahr würden Ökosysteme weltweit an ihre Grenzen stoßen. Natürliche Schutzsysteme wie Mangrovenwälder, Salzwiesen und Korallenriffe würden kollabieren. Dann würden diese natürlichen Puffer überspült und zerstört. Das jetzt besiedelte und noch geschützte Hinterland läge dann schutzlos da und wäre Gezeiten und Wetter preisgegeben. Und diese 0,7 cm/Jahr würden auch bei einem mittleren Overshoot überschritten, bei dem 2,0 °C bis 2,5 °C zwischen 2050 und 2065 erreicht würden.
Das sicherste Szenario wäre ein geringer Overshoot, und das bedeutet: mehr Klimaschutz als bisher. Das würde eine Überschreitung des vorindustriellen Temperaturniveaus von maximal 1,7 °C bis 1,8 °C um 2040 bedeuten. Die 1,5-Grad-Schwelle würde dann um 2100 wieder unterschritten und bis 2150 bei 1,0 °C oder darunter liegen. Das aber wiederum würde nur mit einem ambitionierten Klimaschutzpfad gelingen.
| Szenario | Beim Overshoot erreichter Anstieg gegenüber dem vorindustriellen Niveau | Tempo des Meeresspiegel-Anstiegs | Kumulierter Meeresspiegel-Anstieg | Risiken |
| Begrenzter Overshoot mit höchstmöglichen Ambitionen beim Klimaschutz | Spitze bei 1,7 °C bis 1,8 °C um 2040. Rückkehr unter 1,5 °C bis 2100, auf ≤ 1,0 °C bis 2150. | Bleibt moderat; liegt deutlich unter der Belastungsgrenze natürlicher Puffer von 0,7 cm/Jahr. | 0,5 m bis 1,0 m bis 2100; langfristig 2 m bis 3 m über 2000 Jahre. | Minimiert das Risiko irreversibler Kipppunkte; macht geplante Küstenanpassung über Jahrhunderte möglich. |
| Hoher Overshoot | Spitze bei 2,0 °C bis 2,5 °C um 2050 bis 2065. Bleibt über viele Dekaden hoch; Rückkehr zu 1,5 °C erst um 2200. | 0,7 cm/Jahr bis zu über 1,0 cm/Jahr; überschreitet die Belastungsgrenze von Mangroven und Salzwiesen von 0,7 cm/Jahr. | ca. 0,8 m bis 1,2 m bis 2100/2150; langfristig 2 m bis 6 m über 2000 Jahre. | Erhöhtes Risiko für Eisschild-Instabilitäten in Grönland und der Westantarktis; verstärkter Druck auf Küstenschutzbauten. |
| Sehr hoher Overshoot mit einem Weiter-so der bisherigen Politiken | Spitze 2,8 °C bis 3,2 °C um 2100. Overshoot dauert rund 150 Jahre; Rückkehr zu 1,5 °C erst im Jahr 2250. | Bis zu 5 cm/Jahr bis 2150. Mehr als 7-mal höher als die Anpassungsgrenze von 0,7 cm/Jahr. | 1,0 m bis 3,0 m potenziell schon im 22. Jh.; 4 m bis 10 m über 2000 Jahre. | Löst unaufhaltsame Eisschild-Kollapse (MISI/MICI) aus; übersteigt menschliche und natürliche Küstenanpassungskapazitäten. |
Die Kryosphäre prägt Klima und Meeresspiegel
Die Kryosphäre auf unserer Erde ist das Reich des gefrorenen Wassers:
- polare Eisschilde in Grönland und der Antarktis,
- Gebirgsgletscher,
- schwimmendes Meereis in Arktis und Antarktis
- Permafrostböden
- saisonale Schneedecken.
Zusammen bedecken Eisschilde, Gletscher und Permafrostböden etwa 10 % der festen Landfläche der Erde. Im vergangenen Jahrzehnt lag die globale Durchschnittstemperatur 1,26 °C über dem vorindustriellen Niveau. Heute verlieren polare Eisschilde jährlich rund sechsmal so viel Eis wie in den 1990er-Jahren. Und sie wirken zusammen mit dem Permafrostboden dreifach auf das Klima und unser Leben:
- Albedo-Effekt: Die weiße Oberfläche von Schnee und Eis reflektiert bis zu 85 % oder mehr des einfallenden Sonnenlichts direkt wieder zurück ins Weltall. Schmilzt Eis, kommt darunter dunklere Oberfläche zutage: Wasser, Grünland, Erdboden, Fels. Je nach Oberfläche liegt der Albedowert für die Strahlungsreflexion bei anderen Erdoberflächen, auch abhängig vom Einstrahlwinkel des Sonnenlichts, zwischen einstelligen Prozentbereichen und bis an die 50 %.
- Süßwasserspeicher: Gebirgsgletscher sind gigantische Süßwasserspeicher. Mehr als 2 Mrd. Menschen weltweit hängen direkt vom schmelzwassergespeisten Abfluss dieser Hochgebirgsregionen ab.
- Kohlenstoffspeicher: Was die Eismassen an Süßwasser bunkern, speichert der Permafrost an Kohlenstoff. Mindestens 1700 Mrd. t an organischem Kohlenstoff, rund doppelt so viel, wie sich derzeit in der gesamten Erdatmosphäre befindet, schlummern zum Beispiel in Tundraböden.
Kipppunkte der Kryosphäre beschleunigen den Meeresspiegelanstieg
Alles, was unter dem Begriff Kryosphäre vereint ist, reagiert nicht gleich sensibel auf den Klimawandel. Zudem sind manche der Elemente ab einem Punkt unumkehrbar geschädigt, sie erreichen einen Kipppunkt. Zumindest gilt das für zivilisatorische Zeiträume. Marzeion erläuterte hierzu, dass nicht jeder Teil der Kryosphäre im klassischen Sinne kippen könne: „Das arktische Sommermeereis zeigt nach heutigem Stand keinen Kipppunkt, bei Gebirgsgletschern ist Kippen möglich, aber die Ausnahme. Echte Kipppunkte erwarten wir vor allem bei den Eisschilden in Grönland und der Westantarktis.”
„Mögliche Kipppunkte im Meereis wurden lange diskutiert“, erklärt Alexander Haumann, Professor für Physische Geographie mit Schwerpunkt Ozeanographie an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU). „In der Arktis geht man derzeit nicht mehr von einem möglichen Meereiskipppunkt aus. In der Antarktis sehen wir seit 2015 einen massiven Rückgang von Meereis und es wird derzeit diskutiert, ob es sich bei diesem starken Rückgang um ein mögliches Kipppunktverhalten handeln könnte.“
Laut Haumann sei das Problem, dass sich grundsätzlich Kipppunkte in derzeitigen Klimamodellen nur bedingt simulieren ließen, da wichtige Prozesse nicht vollständig abgebildet werden könnten. „Deshalb bestehen gewisse Risiken für Kipppunkte, die mit großen Unsicherheiten behaftet sind, aber dennoch in der Diskussion berücksichtigt werden müssen, da die Ausmaße und Konsequenzen des Überschreitens von Kipppunkten gravierend sind.“
Die verschiedenen Elemente der Kryosphäre reagieren unterschiedlich auf einen Temperatur-Overshoot, wie, das zeigt die folgende Tabelle.
| (Kipp-)Element der Kryosphäre | Temperaturschwelle, bei der das Element kippt | Reaktion des Elements auf einen CO2-Overshoot | Umkehrbarkeit der Reaktion des Elements auf den CO2-Overshoot und Zeitskala |
| Polare Eisschilde, wie das Inlandeis Grönlands oder der westantarktische Inland-Eisschild | ca. 1,0 °C bis 2,0 °C | Massenverlust wird bis zu 6-mal schneller als in den 1990ern. Risiko unaufhaltsamen Kollapses (MISI/MICI)* mit Anstiegsraten des Meeresspiegels von bis zu 5 cm/Jahr** bis 2150. | Irreversibel auf menschlichen Zeitskalen. Erholung in Jahrhunderten bis Jahrtausenden. |
| Gebirgsgletscher | ca. 1,5 °C bis 3,0 °C | Verlieren langfristig 40 % Masse selbst bei Temperaturstopp. Massives Abschmelzen. | Bedingt reversibel über Jahrzehnte bis Jahrhunderte, sofern Eisreste überleben. |
| Arktisches & antarktisches Meereis | Bedingungen vor Ort entscheidend. Es gibt keinen globalen Kipppunkt | Reagiert extrem schnell auf Temperaturspitzen. Arktis eisfrei im Sommer. | Physikalisch schnell umkehrbar (Jahre/Dekaden). Ökologische Verluste unumkehrbar. |
| Terrestrischer Permafrost | Bedingungen vor Ort entscheidend. Es gibt keinen globalen Kipppunkt | Erwärmung treibt das Auftauen an. Setzt CO₂ und Methan aus dem Boden frei (bis 230 Gt C). | Boden gefriert wieder, Bodeneis und freigesetzter Kohlenstoff langfristig verloren. Wiedereinlagerung des Kohlenstoffs nur über sehr lange Zeiträume denkbar. |
| Polare Ozeane & AMOC***-Zirkulation | ca. 2,0 °C bis 8,0 °C | Massive Erwärmung in tiefen Ozeanschichten, Versauerung, Abschwächung der Atlantikzirkulation (AMOC). | AMOC-Kollaps weitgehend irreversibel. Ozeanerwärmung verharrt aufgrund der Temperaturschichtung Jahrhunderte. |
*: MISI: Marine Ice Shield Instability; MICI: Marine Ice Cliff Instability
**: 5 cm/Jahr würden dann erreicht, wenn sich die bisher eingeschlagene Politik nicht ändert. Dann würde die Klimaerwärmung (bei einem Overshoot) zumindest vorübergehend bei +3 °C oder mehr liegen.
***: AMOC: Atlantic Meridional Overturning Circulation, deutsch: atlantische Umwälzzirkulation. Verlängert den Golfstrom nach Norden und sorgt in Europa für milderes Klima
So langsam erholt sich die Kryosphäre nach einem Overshoot
„Teile der Kryosphäre ohne Kipppunkt, etwa Gebirgsgletscher, lassen sich im Prinzip wieder umkehren: Wird es kälter, können sie wieder wachsen“, so Marzeion. Doch seien Gletscher heute so weit aus dem Gleichgewicht, dass es nicht reiche, die Erwärmung zu stoppen. „Selbst um die Gletscher nur zu stabilisieren, müssten wir das Klima deutlich abkühlen, bis in die Nähe des vorindustriellen Niveaus“. Zudem würden die Gletscher dann „viel langsamer“ wachsen, als sie heute abschmelzen.
Meereis hingegen formt sich im Winter und schmilzt im Sommer. „Die Zeitskala ist deswegen ein Jahr, vielleicht ein paar Jahre“, erklärt Gerhard Krinner, leitender Wissenschaftler am Institut des Géosciences de l’Environnement der Université Grenoble Alpes in Frankreich.
„Bei Gebirgsgletschern ist die typische Zeitskala 20 Jahre – es kommt auf die Größe an“, so Krinner. Die Alpengletscher würden heute typischerweise dem Klima mit einigen Jahren bis Jahrzehnten hinterherhinken. „Wenn wir das Klima heute auf dem jetzigen Niveau stabilisieren würden, würden die kleinen bis mittleren Alpengletscher vielleicht noch zehn bis 20 Jahre lang schmelzen und was dann übrig bleibt, würde sich eben auf sehr niedrigem Niveau stabilisieren.“
Für das Landeis zählen Höhe und Dauer der Temperaturüberschreitung, aber auch das Temperaturniveau, auf dem sich das Klima danach einpendelt. „Aus meiner Sicht bergen besonders die Spitzentemperaturen ein Risiko, weil sie tiefgreifende strukturelle Veränderungen auslösen oder verstärken können. Solche Veränderungen beobachten wir bereits unter der heutigen Erwärmung“, sagt Ingo Sasgen, Senior Scientist in der Sektion Glaziologie am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven. Zu diesen Veränderungen zählt er zum Beispiel die Ausbreitung von Schmelzwasserseen in Grönland, Veränderungen der Schmelzwasserspeicherung in der Firnschicht oder die Stabilität antarktischer Schelfeisgebiete.
Der Meeresspiegel folgt dem Eisverlust über Jahrtausende
Wir Menschen suchen gerne nach ersichtlichen Zusammenhängen – naturwissenschaftlich Geschulte haben da die bekannte Kurzform des dritten Newtonschen Gesetzes im Kopf: actio gleich reactio. Das hilft beim Verständnis des Klimawandels und den Wirkungsmöglichkeiten des Klimaschutzes allerdings nur bedingt weiter. Und damit auch bei der Umkehrbarkeit von Effekten in der Kryosphäre: Abtauen und Aufschmelzen vollziehen sich um Größenordnungen schneller als ein späterer Eisaufbau und die Regeneration. Ein einmal abgeschmolzenes Eisschild baut sich erst in Jahrtausenden wieder auf. Selbst wenn die Temperaturen nach einem Overshoot wieder sinken, schneit es im Jahr nur wenige Zentimeter bis Meter. Es dauert daher sehr lange, verloren gegangene Eismassen neu aufzubauen.
Der Unterschied zwischen einzelnen Komponenten der Kryosphäre bestehe hauptsächlich darin, dass einige sich wieder regenerieren können, so Krinner. „Meereis würde schnell wieder kommen“, so der Forscher, aber: „Bei Permafrost ist das Problem nicht der Bodenfrost an sich, sondern der Kohlenstoffgehalt im Boden, der sich über Jahrtausende angesammelt hat. Wird die organische Materie zersetzt, dauert es sehr lange, bis das Kohlenstoff-Reservoir im wieder kalten Boden seine ursprüngliche Größe erreicht.“
Simone Maria Stünzi Ernst, Leiterin der Nachwuchsgruppe Ecological Novelty der Abteilung Naturschutzbiologie der Georg-August-Universität Göttingen, erklärte, dass der Boden in kalten Regionen nach einem Overshoot zwar wieder gefrieren könne, das über Jahrtausende gebildete Bodeneis und der freigesetzte Kohlenstoff auf menschlichen Zeitskalen jedoch nicht zurückkehrten. Es gebe in dem Sinne keinen „Kipppunkt“ für den Permafrostboden, aber: „Mit jedem Zehntelgrad taut mehr Permafrost und es gibt keine Schwelle, unterhalb derer Permafrostverlust unbedenklich wäre.“ Wegen der thermischen Trägheit des Bodens setzten sich Tauen und Gasfreisetzung selbst dann fort, wenn die Lufttemperaturen bereits wieder sänken.
Umso wichtiger wird aus Sicht der Wissenschaft, dass die Politik auf mehr Klimaschutz verpflichtet. Alljährlich im Herbst treffen sich die Staaten der Welt in einem anderen Land zur Weltklimakonferenz. Diesmal im türkischen Antalya. Es ist die 31. Konferenz der Vertragsstaaten des Kyotoprotokolls, daher die Abkürzung COP: Conference of the Parties.
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