A2 Aktivierung von Wendepunkten

Thema

Ein Klimakipppunkt ist ein kritischer Schwellenwert, ab dem sich eine Komponente des Klimasystems in einen anderen Zustand umstrukturieren kann, dessen Umkehrung auf relevanten Zeitskalen sehr schwierig oder gar unmöglich ist. Anders als bei einer allmählichen und proportionalen Reaktion auf äußere Einflüsse tritt der Übergang ein, wenn positive Rückkopplungen, die eine Störung verstärken, die stabilisierenden Mechanismen überwiegen, die das System zuvor in seinem ursprünglichen Zustand gehalten haben. Bevor der Schwellenwert erreicht ist, kann eine Störung kompensiert werden; ist er jedoch überschritten, kann sie durch die interne Dynamik des Systems verstärkt werden und es in einen neuen stabilen Zustand treiben. Zu den am besten untersuchten Klimakipppunkten zählen die grönländischen und westantarktischen Eisschilde, der Amazonas-Regenwald, Permafrost und Korallenriffe. Jedes dieser Systeme weist charakteristische Zustandsvariablen auf, wie beispielsweise Eisvolumen, Pflanzenbiomasse oder Permafrosttemperatur. Unter bestimmten Bedingungen können diese Variablen mehrere mögliche Zustände annehmen. Solange die äußeren Einflüsse innerhalb bestimmter Grenzen bleiben, behält das System annähernd seine ursprüngliche Konfiguration bei. Wird ein kritischer Schwellenwert überschritten, können interne Rückkopplungen einen Übergang zu einer anderen Konfiguration bewirken, die selbst bei nachlassender Sonneneinstrahlung bestehen bleiben kann.

In Grönland beispielsweise führt die Erwärmung zu Eisverlust und verringert die helle Oberfläche, die Sonnenstrahlung reflektieren kann. Mit zunehmender Freilegung dunkler Oberflächen steigt die Energieabsorption, was die Erwärmung weiter verstärkt und somit das Abschmelzen beschleunigt. Diese Eis-Albedo-Rückkopplung kann den anfänglichen Eisverlust verstärken und ihn unter bestimmten Bedingungen sogar ohne eine entsprechende Zunahme der Sonneneinstrahlung fortsetzen lassen.

Ein anderer, aber konzeptionell ähnlicher Mechanismus wirkt im Amazonas-Regenwald. Die Vegetation trägt durch Evapotranspiration zur Aufrechterhaltung des Niederschlags bei. Eine signifikante Reduzierung der Biomasse verringert die in die Atmosphäre abgegebene Wassermenge und kann den regionalen Niederschlag verringern. Die geringere Wasserverfügbarkeit setzt die Vegetation zusätzlich unter Druck, was zu weiterem Biomasseverlust führt und den Rückgang des Niederschlags verstärkt. Überwiegt diese Rückkopplung die Erholungsmechanismen, kann sich das System in Richtung deutlich trockenerer Bedingungen und geringerer Waldbedeckung entwickeln. Auch Permafrost und Korallenriffe zeigen nichtlineare Reaktionen auf die Erwärmung. Das Auftauen des Permafrosts setzt zuvor im gefrorenen Boden gespeicherten Kohlenstoff, darunter Kohlendioxid und Methan, frei und trägt so zur weiteren Erwärmung bei. Korallenriffe wiederum können stark geschädigt werden, wenn Erwärmung und andere Stressfaktoren ihre Regenerationsfähigkeit übersteigen. Dies beeinträchtigt sowohl ihre Struktur als auch die damit verbundenen Ökosysteme.

Diese Elemente bilden keine völlig unabhängigen Systeme. Veränderungen in einem System können durch Änderungen der Temperatur, der Ozean- und Atmosphärenzirkulation, des Kohlenstoffkreislaufs oder der Energiebilanz Bedingungen beeinflussen, die für andere Systeme relevant sind. Daher sind Wechselwirkungen zwischen Kipppunkten möglich: Der Übergang einer Komponente kann eine andere ihrem eigenen Schwellenwert näher bringen und eine Kaskade von Veränderungen auslösen.

Das Risiko steigt, wenn mehrere Übergänge innerhalb relativ kurzer Zeiträume auftreten. In diesem Fall können sich ihre Folgen überschneiden: Eisverlust, Veränderungen der Ökosysteme, zusätzliche Treibhausgasemissionen und die Schädigung mariner Systeme können den Klimawandel gemeinsam verstärken. Kipppunkte sind daher besonders relevant für die Risikobewertung, da sie zeigen, dass sich der Klimawandel nicht zwangsläufig allmählich entwickeln muss: Bestimmte Schwellenwerte können interne Prozesse auslösen, die in der Lage sind, durch externe Erwärmung initiierte Veränderungen zu verstärken und zu verlängern.

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