Während sich der Planet erwärmt, unterliegen viele Teile des Erdsystems großen Veränderungen. Die Eisschilde schrumpfen, der Meeresspiegel steigt und Korallenriffe sterben ab.
Während Klimarekorde kontinuierlich gebrochen werden, könnten die kumulativen Auswirkungen dieser Veränderungen auch dazu führen, dass sich grundlegende Teile des Erdsystems dramatisch verändern. Bei diesen „Kipppunkten“ des Klimawandels handelt es sich um kritische Schwellenwerte, deren Überschreitung zu irreversiblen Folgen führen kann.
Was sind Klima-Kipppunkte?
Nach Angaben des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimaänderungen (IPCC) sind Kipppunkte „kritische Schwellenwerte in einem System, deren Überschreitung zu einer erheblichen Änderung des Systemzustands führen kann, oft mit dem Verständnis, dass die Änderung irreversibel ist.“
Im Wesentlichen sind Klimakipppunkte Elemente des Erdsystems, in denen kleine Veränderungen verstärkende Schleifen in Gang setzen können, die ein System von einem stabilen Zustand in einen völlig anderen Zustand „kippen“.
Beispielsweise löst ein Anstieg der globalen Temperaturen aufgrund der Verbrennung fossiler Brennstoffe im weiteren Verlauf eine Veränderung aus, wie ein Regenwald zu einer Trockensavanne wird. Diese Veränderung wird durch sich selbst aufrechterhaltende Rückkopplungsschleifen vorangetrieben, selbst wenn das, was die Veränderung im System vorangetrieben hat, aufhört. Das System – in diesem Fall der Wald – kann auch dann „gekippt“ bleiben, wenn die Temperatur wieder unter den Schwellenwert fällt.
Dieser Übergang von einem Staat zum anderen kann Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte dauern, bis ein neuer, stabiler Staat entsteht. Wenn jedoch jetzt oder innerhalb des nächsten Jahrzehnts Wendepunkte überschritten werden, werden ihre vollen Auswirkungen möglicherweise erst in Hunderten oder Tausenden von Jahren sichtbar.
Darüber hinaus könnte das Überschreiten eines Kipppunkts dazu führen, dass weitere Kippelemente ausgelöst werden – was eine Domino-Kettenreaktion auslöst und dazu führen könnte, dass einige Orte für die Erhaltung menschlicher und natürlicher Systeme weniger geeignet sind.
Zum Beispiel: Die Arktis erwärmt sich fast viermal schneller als irgendwo sonst auf der Welt und beschleunigt die Eisschmelze des grönländischen Eisschildes (und das Schmelzen des arktischen Meereises).
Dies wiederum könnte die Wärmezirkulation des Ozeans, die Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), verlangsamen und sich wiederum auf das Monsunsystem über Südamerika auswirken. Monsunveränderungen tragen möglicherweise zur zunehmenden Häufigkeit von Dürren im Amazonas-Regenwald bei, verringern dessen Kohlenstoffspeicherkapazität und verstärken die Klimaerwärmung.
Die Auswirkungen einer solchen „Tipping-Kaskade“, die mehrere Klima-Kipppunkte überquert, könnten schwerwiegender und weitreichender sein.
Bildnachweis: Europäische Weltraumorganisation
Klimakippelemente
Anfang der 2000er Jahre wurden erstmals eine Reihe von Kippelementen identifiziert, von denen man annahm, dass sie bei einem Anstieg der globalen Temperaturen um 4 °C erreicht würden. Seitdem hat die Wissenschaft enorme Fortschritte gemacht und es wurden zahlreiche Studien zum Kipppunktverhalten und zu Wechselwirkungen zwischen Kippelementsystemen durchgeführt.
Diese Elemente lassen sich grob in drei Kategorien einteilen – Kryosphäre, Meeresatmosphäre und Biosphäre – und reichen vom Abschmelzen des grönländischen Eisschildes bis zum Absterben von Korallenriffen.
Laut der neu veröffentlichten Globaler Tipping-Points-BerichtBei der gegenwärtigen globalen Erwärmung besteht bereits die Gefahr, dass fünf große Kippsysteme Kipppunkte überschreiten: die Eisschilde Grönlands und der Westantarktis, Permafrostgebiete, das Absterben von Korallenriffen sowie die Labradorsee und die subpolare Wirbelzirkulation.
Was können Satelliten über Klima-Kipppunkte verraten?
Unser Planet hat sich seit der industriellen Revolution bereits um etwa 1,2 °C erwärmt, und die aktuellen Zusagen im Rahmen des Pariser Abkommens bringen uns auf den richtigen Weg, den Temperaturanstieg in diesem Jahrhundert auf 2,5 bis 2,9 °C zu steigern. Jüngste Untersuchungen ergaben, dass bereits bei einer globalen Erwärmung über 1,5 °C die Gefahr besteht, dass mehrere dieser Schwellenwerte für Kipppunkte überschritten werden.
Die Erdbeobachtung spielt eine entscheidende Rolle bei der Überwachung und dem Verständnis von Klimakipppunkten, indem sie einen umfassenden Überblick über die Systeme der Erde bietet. Satelliten, die unseren Planeten umkreisen, ermöglichen es Wissenschaftlern, Veränderungen in den polaren Eisschichten und ihren Gletschern und Eisschelfs, Abholzungsraten, Meerestemperaturen und anderen Schlüsselindikatoren zu verfolgen.
Beispielsweise können Satelliten wie CryoSat und Copernicus Sentinel-1 der ESA Änderungen im Eisvolumen und -fluss messen. Satelliten, die Informationen zur Schwerkraft liefern, können ermitteln, wie viel Eis in den Polarregionen verloren geht, und dabei helfen, potenzielle Kipppunkte in der Stabilität der Eisdecke und die Geschwindigkeit ihrer Reaktion auf den Klimawandel zu identifizieren.
Optische Satelliten wie Sentinel-2 tragen zur Überwachung von Veränderungen der Landbedeckung oder Vegetation bei, etwa der Ausbreitung oder dem Rückgang kritischer Ökosysteme wie dem Amazonas-Regenwald.
Der ESA-Satellit „Soil Moisture and Ocean Salinity“ (SMOS) und die bevorstehende Fluoreszenz-Explorer-Mission (FLEX) tragen zur Überwachung der Bodenfeuchtigkeit und der Vegetationsgesundheit bei. Diese Missionen können dazu beitragen, Veränderungen in terrestrischen Ökosystemen und ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Klimaauswirkungen zu verstehen.
Im Kontext der Ozeanzirkulationsmuster tragen Satelliten wie Sentinel-3 und SMOS zur Überwachung der Meeresoberflächentemperaturen, Strömungen, Meeresfarbe und des Salzgehalts der Meeresoberfläche bei und liefern Einblicke in die Stärke und Dynamik der atlantischen meridionalen Umwälzzirkulation.
Durch die Erfassung eines breiten Datenspektrums liefern Satelliten wichtige Informationen zur Früherkennung von Umweltveränderungen, verbessern unser Verständnis dieser komplexen Phänomene und helfen bei der Entwicklung wirksamer Strategien zur Eindämmung und Anpassung an den Klimawandel.