Klimawandel: Wie warm wird es?

Die Debatten zum Klimawandel kommen ohne die 1,5°C und 2°C-Ziele und den RCP-Szenarien nicht aus. Was diese Szenarien konkret bedeuten und warum es keine Alternative zum 1,5°C-Ziel geben darf, wollen wir eine lebenswerte Zukunft ermöglichen, zeigt dieser Überblick.

„Weltklimarat“ als Akteur

Hauptfeindbild der LeugnerInnen des menschengemachten Klimawandels ist der im Deutschen oft so bezeichnete „Weltklimarat“, der „Intergovernmental Panel on Climate Change“ oder kurz „IPCC“. Von den LeugnerInnen wird er oft als verschworene Gemeinschaft einer Handvoll ForscherInnen dargestellt, die lediglich eine unter vielen Meinungen zum Klimawandel vertreten.

Tatsächlich ist der IPCC eine internationale Organisation unter der Schirmherrschaft des „United Nations Environment Programme“ (UNEP) und der „World Meteorological Organization“ (WMO) der UNO. 195 Regierungen sind Mitglieder des IPCC. Darüber hinaus sind mehr als 120 Organisationen als BeobachterInnen des IPCC registriert. Im Auftrag der UNO trägt der IPCC „naturwissenschaftliches, technisches und sozioökonomisches Wissen zusammen und bewertet es aus wissenschaftlicher Sicht. Er stellt die naturwissenschaftlichen Grundlagen, die Auswirkungen sowie Risiken des Klimawandels dar. Er zeigt zudem Möglichkeiten auf, wie die Menschheit den Klimawandel mindern und sich an eine globale Erwärmung der Erde anpassen kann.“ (deutsche Koordinationsstelle des IPCC) Die Berichte der IPCC gelten in der Wissenschaft als glaubwürdigste und fundierteste Darstellung des naturwissenschaftlichen, technischen und sozioökonomischen Forschungsstandes über das Klima und seine Veränderungen.

Logik hinter den RCP-Szenarien

Für den 5. Sachstandsbericht des IPCC (2013) wurden sogenannte „Representative Concentration Pathways“ (RCPs) entwickelt (IPCC).  Die RCP-Szenarien legen bestimmte Modelle von Treibhausgaskonzentrationen fest und berechnen einerseits die dadurch verursachte Klimaänderung und andererseits wieviel Treibhausgasemissionennoch ausgestoßen werden können, um die jeweilige „Obergrenze“ zu erreichen.

Diese RCP-Szenarien sind: RCP 2.6, RCP 4.5 und RCP 8.5. Die Zahl steht für den sogenannten „Strahlungsantrieb“ (englisch: „Stratospheric adjusted Radiative Forcing“ – RF), der in Watt pro Quadratmeter (W/m^2) angegeben wird. „Strahlungsantrieb“ meint die Strahlungsenergie, die pro Sekunde und pro Quadratmeter den Erdboden erreicht. Treibhausgase können den eigentlich nur von der Sonne direkt bestimmten Strahlungshaushalt insofern beeinflussen, als die Gasmoleküle von der Erde wieder abgestrahlte Sonnenenergie zuerst speichern und dann wieder abgeben. Dadurch erhöhen die Treibhausgase de facto die Strahlung, die den Erdboden erreicht.

Erläuterung zur Abbildung: Die Sonnenstrahlung wird von der Erdoberfläche zu einem großen Teil aufgenommen, in Wärme umgewandelt und als Wärmestrahlung ins All abgestrahlt. Treibhausgase, wie CO2, FCKW oder auch H2O in Form von Wasserdampf, können diese Wärmestrahlung absorbieren und wieder in die Atmosphäre abgeben, sodass sich effektiv der Strahlungshaushalt der Erde ändert. Das ist an sich gut, denn ohne Treibhauseffekt wäre die globale Durchschnittstemperatur der Erde -18°C. Aber durch den menschenverursachten Klimawandel ist die CO2-Konzentration so hoch wie seit 3 Millionen Jahren nicht mehr.

Die RCP-Szenarien im Überblick

RCP 2.6 – das sogenannte “Peak-Szenario“ oder auch das 2°C-Ziel. Die Treibhausgasemissionen steigen bis zum Jahr 2020 an. Der Strahlungsantrieb erreicht 2,6  Watt pro Quadratmeter (W/m^2). Die Temperaturen übersteigen 2°C bis zum Jahr 2100 und auch darüber hinaus nicht und die CO2-Konzentration der Atmosphäre erreicht 400 ppm. Trotz einer Reduktion der Treibhausgasemissionen wird für die Subtropen eine Abnahme des Niederschlags von bis zu 25 Prozent erwartet. In den höheren Breiten nehmen die Niederschläge um maximal 25 % zu, in den Tropen sogar bis über 100 % (Deutsches Klimarecherchezentrum). Um das 2°C-Ziel zu erreichen, müssen die Kohlenstoffdioxidemissionen bis 2030 um 20 Prozent fallen und gegen 2075 netto Null erreichen. Dieses Szenario entspricht einer Leitlinie der bisherigen Klimapolitik der Staaten, wurde aber kritisiert, weil die Maßnahmen als unzureichend gelten. In Paris einigte man sich daher auf das 1,5°C-Ziel (s.u.).

RCP 4.5 -moderate Entwicklung. Die CO2-Konzentration steigt  bis zum Jahr 2100 auf 650 ppm.  Die Erwärmung erreicht 2,6 °C gegenüber dem vorindustriellen Wert. Also etwa 1,8°C gegenüber der Durchschnittstemperatur des Jahres 2000. In diesem Szenario verstärkt sich noch die tendenzielle Abnahme bzw. Zunahme des Niederschlages im Vergleich zum RCP 2.6 Szenario (Deutsches Klimarecherchezentrum). Für Südeuropa wird im Sommer eine starke Abnahme des Niederschlags erwartet.

RCP 8.5. – oder auch der „business-as-usual“-Weg. In diesem Szenario wird davon ausgegangen, dass die Treibhausgase bis zum Jahr 2100 und darüber hinaus ungebremst steigen. Die CO2-Konzentration erreicht in etwa achtzig Jahren 1.370 ppm, die Temperatur steigt um 4°C gegenüber dem Jahr 2000 an (4,8°C gegenüber dem vorindustriellen Wert). Die Kohlendioxidemissionen werden von etwa 10 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr derzeit auf fast 30 Milliarden Tonnen Kohlenstoff am Ende des Jahrhunderts steigen. Gegenüber heute wird der Niederschlag von Südwesteuropa über den Balkan bis nach Mittelasien um  50 bis 75 Prozent abnehmen. Mitteleuropa muss mit bis zu 25  Prozent geringerem Sommer-Niederschlag rechnen (Deutsches Klimarecherchezentrum).

Erläuterung zur Abbildung: Veränderung des Niederschlags 2071 bis 2100 gegenüber 1986 bis 2005 in den unterschiedlichen Szenarien

In den Modellrechnungen gibt es auch noch das sogenannte RCP 6.0 Szenario. Für die Projektionen bis zum Jahr 2100 und darüber hinaus, wurden vom IPCC aber nur die oben dargestellten Szenarien genauer betrachtet.

Temperaturanstiege überall aber unterschiedlich

Bei den Annahmen handelt es sich um globale Durchschnittstemperaturen. Allerdings sagen diese Mittelwertsrechnungen relativ wenig über die geographische Verteilung der Temperaturerhöhung aus. Im 2°C-Ziel-Szenario (RCP 2.6) erwärmt sich die Lufttemperatur um etwa 2°C über den Ozeanen und auch die Kontinente zeigen eine ähnliche Erwärmung – einzige Ausnahme sind die Temperaturen über den Nordpolarmeeren, die stärker erwärmt werden. Im „business-as-usual“-Szenario (RCP 8.5) steigt die Temperatur über den Ozeanen um 4°C  gegenüber dem Zeitraum 1986-2005 an, die Kontinente erwärmen sich um etwa 6°C und die Nordpolarmeere werden in diesem Szenario um 11°C wärmer sein. Zum Vergleich: Die Oberflächentemperatur der Nordpolarmeere ist heute nahe dem Gefrierpunkt.

Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum als Faktor

Auch andere Faktoren müssen für eine realistische Vorhersage berücksichtigt werden. So wird eine Zunahme der Weltbevölkerung auf 12 Milliarden Menschen bis zum Jahr 2100, das “business-as-usual“-Szenario (RCP 8.5) wahrscheinlich machen. Neun Milliarden Menschen am Ende des Jahrhunderts würden – neben zwingend anderen notwendigen Maßnahmen – möglicherweise zum 2°C-Ziel-Szenario (RCP 2.6) führen. Ein hoher Anteil an fossilen Brennstoffen von fast 50 Prozent würde ebenfalls das “business-as-usual“-Szenario (RCP 8.5) wahrscheinlich machen. Auch das Wirtschaftswachstum hat einen maßgeblichen Einfluss auf die CO2-Emissionen. Zeigt die Zukunft ein ähnliches Wirtschaftswachstum wie heute, so ist das im wahrsten Sinne des Wortes “business-as-usual“.

Hinweis zur Grafik: in der x-Achse hat sich in der übernommenen Grafik offensichtlich ein Fehler eingeschlichen: statt 5,5 müsste es 7,5 heißen.

Eins-Komma-Fünf Grad Celsius als ambitioniertes Ziel

Das 1,5°C-Ziel (IPCC-Spezialreport) unterscheidet sich vom  2°C-Ziel-Szenario (RCP 2.6) insofern, als dass die Klimaschutzmaßnahmen schon früher greifen sollen. Um die Erderwärmung auf 1,5°C zu beschränken, müssen die Kohlenstoffdioxidemissionen bereits zwischen 2010 und 2030 um ca. 45 % gesenkt werden und gegen 2050 auf netto Null fallen. Die Klimamodelle sagen robuste Unterschiede des regionalen Klimas zwischen dem 2°C-Modell und dem 1,5°C-Modell voraus. Betroffen sind hierbei z. B. das Auftreten von Hitzeextremen, Starkniederschlägen und die Wahrscheinlichkeit von Dürren und Niederschlagsdefiziten. Die Pariser Klimakonferenz 2015 gilt auch deswegen als Erfolg, weil der politische Druck auf die Staaten so hoch war, dass sich die Weltgemeinschaft auf das sehr ambitionierte 1,5°C-Ziel eingeschworen hat.

Business as usual?!

Das Pariser Klimaschutzabkommen strebt zwar eine Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5 °C an, die Verpflichtungen, die die einzelnen Staaten auf freiwilliger Basis bisher eingegangen sind, laufen jedoch auf eine Erwärmung von mindestens 3,0 °C bis zum Ende der 21. Jahrhunderts hinaus. Geht man davon aus, dass nicht alle Staaten ihre eingegangenen Verpflichtungen auch einhalten und die USA aus dem Abkommen bereits ausgestiegen sind, dürfte der Wert noch höher liegen.

Realistisch betrachtet liegen wir auf dem Pfad des Extremszenario RCP 8.5 bzw. knapp darunter.

Erläuterung zur Abbildung: The CAT Thermometer veranschaulicht, wo wir stehen müssten.

Wie weiter?

Unsicherer als die Prognosen bis zum Jahr 2100 sind naturgemäß Prognosen darüber hinaus. Können die Klimawissenschaften über die nächsten Jahrzehnte die Folgen des Klimawandels selbst auf regionaler Ebene simulieren, sinkt die Prognosekraft, umso weiter wir in die Zukunft gehen. Trotzdem ist die Auswirkung von CO2 in der Atmosphäre so gut verstanden, dass zumindest eine Temperaturprognose sehr sicher extrapoliert werden kann.

Grundlage für die Langzeitprognosen (die sogenannten Extended Concentration Pathways – EPCs) bis zum Jahr 2300 sind die oben beschriebenen RCP-Szenarien.  Ausgehend vom moderaten Szenario RCP 4.5 steigt die CO2-Konzentration auf etwas über 500 ppm an, die globale Durchschnittstemperatur steigt nur wenig über 2,6°C an. Ausgehend vom Extremszenario RCP 8.5 steigt die CO2-Konzentration bis zum Jahr 2300 auf 2.000 ppm an und die Temperatur um 7°C gegenüber dem Wert des Jahres 2000. Nur beim 2°C-Ziel-Szenario (Ausgehend von RCP 2.6) und daher auch dem darunter ligendenden 1,5°C-Ziel sinkt die globale Durchschnittstemperatur ab Mitte des 21. Jahrhunderts und liegt im Jahr 2300 bei 0,6°C über der Temperatur des Jahres 2000 (ICPP-Bericht 2013).

Unter welchen Bedingungen erholt sich das Klima wieder?

In den Langzeitprognosen bis zum Jahr 3000 wird aufgrund der immer größer werden Unsicherheiten von einem abrupten Ende der CO2-Emissionen („Null-Emissions-Szenario“) ab dem Jahr 2300 ausgegangen, wodurch sich auch die Temperaturen auf den Wert um 2300 stabilisieren bzw. leicht bis zum Jahr 3000 abnehmen. Das ist natürlich keine realistische Prognose. Solche Modellrechnungen dienen der Forschung dazu, um die Langzeitreaktion des Kohlenstoffkreislaufs und des Klimasystems besser zu verstehen.

Schlimmer ging`s immer!

Wenn vor einer „business-as-usual“-Zukunft gewarnt wird, wird gerne das sogenannte ‚Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum‘ (PETM) vor 55,5 Millionen Jahren als Vergleich herangezogen (z.B. Heise-Beitrag, Februar 2019). Das PETM ist eine Phase einer geologisch sehr kurzen aber extremen Erwärmungsphase der Erde. Die Temperatur stieg vor langer langer Zeit in nur wenigen Jahrtausenden – maximal 25.000 Jahren, von 18°C auf 24°C an. Die Dauer dieses Extremklimas wird meist zwischen 170.000 und 200.000 Jahren angegeben.

Erläuterung zur Abbildung: Dargestellt ist die Veränderung der Temperaturen des Polarmeeres und das Temperaturmaximum vor 55 Millionen Jahren kurz aber heftig

Welche dramatischen Auswirkungen die Erwärmung vor 55 Millionen Jahre hatte, zeigt ein Blick auf die damaligen Wassertemperaturen. Demnach wurden für die südpolaren Gewässer Temperaturen von 27°C ermittelt (Link zum Fachartikel) – also Bade(wannen)temperaturen!

Das Oberflächenwasser des nördlichsten arktischen Ozeans erwärmte sich so stark, dass tropische Lebensformen (wie das Leitfossil Dinoflagellaten) gedeihen konnten, die eine Wassertemperatur von etwa 22 ° C zum Überleben benötigen (Link zum Fachartikel). Für die Küstengewässer vor Tansania wurden durch Sedimentbohrkerne Wassertemperaturen von über 40°C belegt. (Link zum Fachartikel) Die Folge waren ausgedehnte ozeanische anoxische Ereignisse, also sauerstoffarme Bereiche der Weltmeere. Belegt ist ein Massenaussterben von 35 bis 50 Prozent der auf dem Meeresboden lebenden Organismen (benthischen Foraminiferen) (Link zum Fachartikel). Die Säugetiere erlebten dagegen eine erste Blüte, viele neue Säugetierarten entstanden. Hier muss aber berücksichtigt werden, dass sich die Erde vor dem Extremklima schon in einer Warmzeit befand und die Arten an höhere Temperaturen angepasst waren. Ebenso förderte der Klimawandel vor 55 Millionen Jahren feuchte Bedingungen – im Gegensatz zu heute.

Wie wahrscheinlich ist ein zukünftiges Extremklima?

Das PETM ist für die Forschung vor allem deswegen von Interesse, weil sie einen massiven Kohlenstoffeintrag in das Klimasystem innerhalb einer geologisch nur sehr kurzen Zeit rekonstruieren und analysieren kann. Die Studien die sich mit der Vergleichbarkeit des PETM mit dem menschengemachten Klimawandel auseinandersetzen, erlauben den Schluss, dass in absehbarer Zeit bei moderater Ressourcennutzung nicht das Extremklima des PETM erreicht wird.

Denn zu unterschiedlich sind die Bedingungen: So lag die globale Durchschnittstemperatur vor Beginn des Extremklimas schon bei 18°C und die CO2-Konzentration bei 840 ppm bis 1.680 ppm (Link zum Fachartikel). Im Laufe der PETM-Erwärmung stieg die Temperatur auf 24°C und die CO2-Konzentration auf etwa 2.500 ppm an. Die globale Durchschnittstemperatur im 20. Jahrhundert lag dagegen zwischen 14 und 15°C, die CO2-Konzentration bei anfangs 280 ppm und heute bei 415 ppm. Bei moderat ansteigenden CO2-Emissionen (Szenario RCP 4.5) wird die CO2-Konzentration in den Langzeitprognosen bis zum Jahr 2300 den Wert von 520 ppm nicht überschreiten. Diese Prognosen sind also weit entfernt von einem Extremklima wie vor 55 Millionen Jahren.

Wir müssen handeln! Die Schlussfolgerung ist aber auch die: Wenn die Menschheit es nicht einmal schafft, die Treibhausgasemissionen „nur“ moderat ansteigen zu lassen (Szenario RCP 4.5) und weiter uneingeschränkt CO2 ausstößt (Szenario RCP 8.5) dann droht uns sehr wohl ein Extremklima. Nicht berücksichtig in diesen Überlegungen sind selbstverstärkende Mechanismen (Link zum Fachartikel) des Klimasystems. Also Prozesse, die sich noch verstärkend auf die Erderwärmung auswirken. Solche Selbstverstärkungseffekte (Link zum Fachartikel) werden schon bei einer CO2-Konzentration von über 500 ppm erwartet (moderates Szenario RCP 4.5!). Auch übertrifft der vom  Menschen verursachte Klimawandel deutlich die Geschwindigkeit des Extremklimas des PETM vor 55 Millionen Jahren. Lag der Kohlenstoffeintrag in die urzeitliche Atmosphäre bei etwa einer Milliarde Tonne pro Jahr, so beträgt der heutige Ausstoß mehr als 10 Milliarden Tonnen pro Jahr. Im “business-as-usual“-Szenario (RCP 8.5) erhöht sich der Kohlenstoffeintrag in die Atmosphäre sogar noch auf 30 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr. Der heutige Klimawandel ist in der jüngeren Erdgeschichte beispiellos (Bericht des Secretariat of the Convention on Biological Diversity, 2014).

Selbst die Beschränkung der Erderwärmung auf 1,5°C, wird die Menschheit vor nie dagewesenen Problemen stellen, die wir nur gemeinsam lösen können. Die 1,5°C müssen unser Ziel sein, wollen wir eine lebenswerte Zukunft ermöglichen.

Es liegt an uns.