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Klimawissen kompakt

Der natürliche Treibhauseffekt ist die Voraussetzung dafür, dass auf der Erde Leben entstehen konnte. Würde die Erde lediglich im Strahlungsaustausch mit der Sonne und dem All stehen, würde die durchschnittliche Temperatur auf der Erde im Mittel - 18 Grad Celsius betragen.

Die vielfältigen Lebensformen auf der Erde wären bei diesen Temperaturen nicht oder kaum entstanden. Spurengase wie Wasserdampf (H₂0), Kohlendioxid (CO₂) und Methan (CH₄), die nur in sehr geringen Anteilen in der Atmosphäre vorkommen, bewirken jedoch einen Treibhauseffekt und führen dazu, dass die Durchschnittstemperatur auf der Erde seit einigen Tausend Jahren bei etwa + 15 Grad Celsius liegt. Die einkommende kurzwellige Solarstrahlung wird hierbei an der Erdoberfläche und in der Troposphäre – der unteren Atmosphärenschicht – in Wärmestrahlung umgesetzt. Die genannten Treibhausgase strahlen dann einen Teil der Wärmestrahlung auf die Erdoberfläche zurück. Das verringert die Rückstrahlung der Sonnenenergie in das Weltall. Die Wärmebilanz der Erde verschiebt sich hin zu höheren Temperaturen (siehe Grafik "Der Treibhauseffekt").

Aus wissenschaftlicher Sicht besteht kein Zweifel mehr daran: Die im vergangenen Jahrhundert beobachtete Erderwärmung ist auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen.

Hauptursache für diesen anthropogenen, sprich vom Menschen gemachten Treibhauseffekt ist die Verbrennung der fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas. Diese haben bei ihrer Entstehung über Jahrmillionen große Mengen an Kohlenstoff gebunden. Durch die Verbrennung reichert sich der Kohlenstoff nun in Form von Kohlendioxid in wenigen Jahrhunderten zusätzlich in der Atmosphäre an. Der Mensch erhöht somit durch seine Art der Energienutzung kontinuierlich die Konzentration dieses Treibhausgases in der Atmosphäre. Weitere relevante Treibhausgase für die menschgemachte Erderhitzung sind Methan (CH₄), fluorierte Treibhausgase (F-Gase) und Lachgas (N₂O). Kohlendioxid trägt zu rund 60 Prozent zum anthropogenen Treibhauseffekt bei, Methan zu 20 Prozent, F-Gase zu 10 Prozent und Lachgas zu 6 bis 9 Prozent. Die Beiträge verschiedener Treibhausgase zum ⁠Klimawandel⁠ direkt zu vergleichen, ist keine einfache Angelegenheit: Einige Treibhausgase wie Kohlendioxid verweilen mitunter hunderte Jahre in der ⁠Atmosphäre⁠, während andere schon nach wenigen Jahren wieder aus der Atmosphäre verschwunden sind. Jede Substanz wirkt zudem in der Atmosphäre unterschiedlich stark, je nachdem wie viel Wärmestrahlung sie absorbiert bzw. reflektiert. Um die Kimawirksamkeit der Gase miteinander vergleichen zu können, wird die Menge der weiteren Treibhausgase üblicherweise in CO₂-Äquivalenten angegeben. Eine Tonne emittiertes Methan ist zum Beispiel, auf 100 Jahre gesehen, 25 mal klimawirksamer als Kohlendioxid und geht folglich mit 25 Tonnen CO₂-Äquivalente in die internationale Berichterstattung ein. Neben der Energieerzeugung verursachen auch die Zerstörung von Waldgebieten, insbesondere in den Tropen, die Landnutzung im Allgemeinen und der Fleischkonsum im Besonderen, der Verlust an Feuchtgebieten sowie die durch den Klimawandel geschwächten Waldbestände hohe Treibhausgasemissionen. Zu den Treibhausgasen bietet das Umweltbundesamt einen Erklärfilm und weiterführende Informationen.

Im Jahr 2016 wurde die Kohlendioxid-Konzentration von 400 parts per million (ppm) überschritten – sowohl im globalen Mittel als auch in regionalen Messstationen des Umweltbundesamts auf der Zugspitze und im Schauinsland (Schwarzwald).Heute werden bereits mehr als 422 ppm verzeichnet. Dies bedeutet einen Anstieg um mehr 50 Prozent gegenüber 280 ppm in vorindustrieller Zeit, also seit etwa dem Jahr 1760! Die jährliche Rate des Anstiegs hat sich hierbei seit den 1950er Jahren annähernd vervierfacht: von rund 0,55 ppm pro Jahr in den 1950er Jahren auf derzeit rund 2 ppm pro Jahr (siehe Grafik "Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre.").

Die jährlichen Schwankungen der Kohlendioxidkonzentrationen sind auf die Jahreszeiten und die damit verbundene Verbreitung der Vegetation zurückzuführen. Bei einer üppigen Vegetationsdecke im Sommer sind die Photosyntheseleistung und somit auch die Kohlendioxidbindung maximal. Dies führt zu spätsommerlichen Minima der Messreihen auf der Nordhalbkugel. Im Winter entfällt diese Senkenwirkung der Vegetation und die CO₂-Konzentrationen erreichen vor Einsetzen des Frühjahrs ein jahreszeitliches Maximum.
 

Die mittlere Temperatur schwankte in den vergangenen 10.000 Jahren um weniger als ein Grad. Allein seit vorindustrieller Zeit um 1850 ist die mittlere Temperatur der Erde jedoch nun bereits um rund 1,2 Grad angestiegen, in Deutschland von 1881 bis 2021 statistisch gesichert sogar um 1,6 Grad (siehe Grafik "Temperaturanomalie").

Was nach unserem Temperaturempfinden wenig erscheinen mag, bedeutet für einen langfristigen und großräumigen Mittelwert eine dramatische Veränderung. Vor allem die Geschwindigkeit dieser Änderung war so noch nie zu beobachten und kam vermutlich auch innerhalb der letzten 50 Millionen Jahre nie vor. Weltweit waren die 2010er Jahre das wärmste Jahrzehnt seit Beginn der instrumentellen Temperaturerfassung im Jahr 1861; praktisch jedes Jahr im 21. Jahrhundert wird eine höhere globale Durchschnittstemperatur verzeichnet als in den Jahren vor der Jahrtausendwende. Temperaturrekorde und Extremwetterereignisse folgen in immer kürzeren Abständen und bei zunehmender Intensität.

Dabei wird die Erhitzung durch einen riesigen Puffer abgefedert. Der Ozean fungiert nämlich als ein gigantischer Wärmespeicher, der 93 Prozent der zusätzlichen Wärmemenge aufnimmt. Jeweils 3 Prozent der Energie nehmen Kontinente und Eismassen auf, so dass nur 1 Prozent der zusätzlichen Wärmestrahlung zur effektiven Erwärmung der bodennahen Luftschichten beiträgt (siehe Grafik "Wohin fließt die globale Erwärmung"). Ebenfalls belegt ist, dass die Ozeane seit 1980 rund 20 bis 30 Prozent der menschgemachten CO₂-Emissionen aufgenommen haben. Im Meer löst sich das Treibhausgas in Form von Kohlensäure, wodurch das Meer "versauert". Erwärmung und Versauerung haben jedoch negative Folgen: Erstens dehnt sich der wärmer werdende Ozean aus, so dass der Meeresspiegel auch deswegen stetig ansteigt (siehe Grafik "Meeresspiegelanstieg 1993 bis heute"). Das wärmer werdende Oberflächenwasser führt zweitens dazu, dass die natürliche Durchmischung mit kälteren, tieferen Wasserschichten nachlässt und somit weniger CO₂ in die Tiefsee gelangen und dort gebunden werden kann. Drittens schränkt der zunehmende Kohlensäuregehalt das Wachstum kalkbildender Meereslebewesen wie Korallen, Muscheln und Krebsen ein. Nach deren Absterben sinken diese zu Boden, wobei der Kalk und somit auch der darin enthaltene Kohlenstoff im Ozeanboden fixiert wird. Algen binden und speichern auf ähnliche Weise Kohlenstoff im Meeresboden. Auch wenn Algen tendenziell von einem CO₂-reichen und wärmeren Klima profitieren, erscheint es aufgrund der zuvor beschriebenen Prozesse fraglich, ob der Ozean auch künftig die gleiche Menge an Kohlenstoffdioxid aufnehmen wird.

Eines der sichtbarsten Zeichen dafür, dass es in unseren Breiten wärmer wird, ist der starke Rückgang der Gletscher in den Alpen. Seit Beginn der Industrialisierung haben die Alpengletscher knapp die Hälfte ihrer Fläche und rund 60 Prozent ihrer Masse eingebüßt. Gletscherforscher rechnen heute damit, dass die Alpengletscher noch in diesem Jahrhundert fast vollständig abschmelzen werden. Weltweit betragen die jährlichen Verluste an Landeismasse nach Angaben der NASA rund 428 Milliarden Tonnen, fast zwei Drittel hiervon auf Grönland. Die Folge: Der Meeresspiegel steigt weiter an. Laut Weltklimabericht müsse ohne wirksamen Klimaschutz durch das Abtauen auch des gesamten Antarktischen Eisschildes mit einem weltweiten Meeresspiegelanstieg von bis zu 60 Metern gerechnet werden.

So genannte Kippelemente des Klimawandels sind Bestandteile des Erdsystems von überregionaler Größe, die in Bezug auf Klimaveränderungen ein Schwellenverhalten aufweisen: Wird der jeweilige Schwellenwert überschritten, setzt das unumkehrbare, oft selbstverstärkende Prozesse in Gang. Auf diese Weise wird in geologisch kürzester Zeit ein grundlegend neuer Klimazustand herbeigeführt. Die weitreichenden Umweltauswirkungen dieser Prozesse gefährden Ökosysteme ebenso wie die menschliche Zivilisation als Ganzes. Die Wissenschaft hat solche Kippelemente in Bezug auf bestimmte Eiskörper, Ökosysteme sowie marine und atmosphärische Strömungssysteme identifiziert (siehe Potsdam-Institut und untenstehende Grafik "Räumliche Verteilung der globalen und regionalen Kippelemente").

Das Ziel der internationalen Staatengemeinschaft, die Erderwärmung auf maximal 1,5 bis 2 Grad zu begrenzen, wird als Schwelle gesehen, ab deren Überschreiten eine Reihe von Kippelementen wahrscheinlich wirksam wird.

Die Polarregionen sind am stärksten vom Klimawandel betroffen. Augenscheinlichstes Zeichen ist der Rückgang der sommerlichen Meereisbedeckung in der Arktis. Das Ausmaß der Abnahme seit 1979 zeigt eine von der NASA veröffentlichte animierte Zeitserie der sommerlichen Meereisbedeckung. Das Verschwinden des Meereises hat für den Strahlungshaushalt der Erde erhebliche Folgen. Indem weiße Eisflächen der dunklen Meeresoberfläche weichen, kann weit weniger Sonnenstrahlung reflektiert und ins Weltall abgegeben werden. Die Erwärmung der Polregionen verstärkt sich – einmal in Gang gesetzt – somit selbst.

Dieses als Eis-Albedo-Rückkopplung bezeichnete Phänomen tritt auch in Hochgebirgen wie den Alpen zu Tage: Dort setzen die verschwindenden Gletscher zunehmend dunkle Gesteinsoberflächen frei. Auf Festland aufliegende, abtauende große Eismassen in der Antarktis oder auf Grönland lassen zudem den globalen Meeresspiegel ansteigen. Dies bedroht vor allem Küstenregionen und Inseln existenziell. Allein das vollständige Abtauen des Grönlandeisschilds als ein Kippelement des Klimasystems würde den Meeresspiegel um rund sieben Meter ansteigen lassen. Die Zunahme von Süßwassereinträgen in der Arktis verändert dort zudem die Salzkonzentration nahe der Meeresoberfläche. Dadurch können sich Meeresströmungen verändern. Ein Abschwächen des Golfstroms und somit der „Wärmepumpe“ für Europa beschreiben Wissenschaftler daher als weiteres Kippelement des Klimasystems.

Die Veränderungen in den Polregionen bewirken auch, dass Permafrost abtaut: An Land sind dann die Stabilität von Gebäuden und Verkehrslinien bedroht; zudem setzt dies das Treibhausgas Methan aus dem Boden in großen Mengen frei, was den Klimawandel in Form einer positiven Rückkopplung und somit als weiteres Kippelement zusätzlich verstärkt.

Generell betrifft die Klimaerwärmung Landmassen stärker als Ozeane, die thermisch träger als Landoberflächen reagieren. Ebenso erwärmen sich die Polregionen stärker als Gebiete nahe dem Äquator. Europa als Landmasse der mittleren Breiten trifft der Klimawandel somit tendenziell härter. Wie der Klimawandeldienst des EU-Erdbeobachtungsprogramms Copernicus mitteilte, war der Sommer 2022 der bisher heißeste in Europa seit Messungsbeginn. Die Gemeinsame Forschungsstelle (JRC) der Europäischen Kommission teilte mit, dass die zeitgleich verzeichnete Dürre die Schlimmste in Europa seit mindestens 500 Jahren gewesen sei. Im Folgejahr 2023 - welches laut Copernicus-Daten vorerst als das weltweit wärmste Kalenderjahr in den globalen Temperaturaufzeichnungen seit 1850 in die Statistiken eingehen wird - waren es erneut Hitze im gesamten Mittelmeerraum, dann verheerende Waldbrände in Griechenland und ebenso folgenreiche Regenereignisse im Anschluss, die das Ausmaß der Klimakrise offenbar gemacht haben. Kaum ein Jahr mehr, indem nicht neue Klimakatastrophen den Kontenent zeichnen?

Interaktive Karten und Diagramme mit Informationen zu Extremwetterereignissen wie Überschwemmungen, Dürren oder Waldbrände sowie zu klimasensitiven Krankheiten wie dem Dengue-Fieber bietet das Webprodukt „Extreme Sommerwetterlagen im Klimawandel: Ist Europa vorbereitet?“ der Europäischen Umweltagentur (EUA). Auf Grundlage neuer Daten werden die wichtigsten Wetterextreme im Sommer sowie deren zunehmende Auswirkungen auf die europäische Bevölkerung, Wirtschaft und Natur untersucht. Wie sich das Klima in Europa bis 2050 verändern könnte, haben Wissenschaftler aus 16 Forschungseinrichtungen untersucht und in einem anschaulichen Clip aufbereitet.

Laut dem vom Umweltbundesamt Ende November 2023 veröffentlichten Monitoringbericht zur Deutschen Klimaanpassungsstrategie (DAS) hat sich die Lufttemperatur in Deutschland im Jahresdurchschnitt bereits um 1,7 Grad erhöht - verglichen mit der vorindustriellen Zeit. Dieser Wert liegt um 0,6 Grad Celsius höher als der globale Temperaturanstieg im selben Zeitraum. In Baden-Württemberg liegen die wärmsten Regionen Deutschlands, so dass gerade entlang des Oberrheins und in Städten mit neuen Hitzerekorden zu rechnen ist. In Baden-Württemberg war das Jahr 2023 dem klimatischen Jahresrückblick der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg zu Folge mit einer Jahresmitteltemperatur von 10,7 Grad Celsius das wärmste Jahr seit Beginn der Wetteraufzeichnungen im Jahr 1881. Wie viel wärmer es in Ihrer Stadt bereits ist, können Sie in einer Animation der BBC nachsehen. Extremereignisse wie Überschwemmungen, Hitze- und Trockenperioden, Herbst- und Winterstürme oder Hagel nehmen zu – eine bedrohliche Auswirkung des Temperaturanstiegs. Auch die Niederschlagsmenge und deren saisonale Verteilung werden sich verändern. Dem eingangs zitierten Monitoringbericht zufolge zählt Deutschland zu den Regionen mit dem höchsten Wasserverlust weltweit: Seit 2000 verliert das Land laut dem Bericht 2,5 Kubikkilometer Wasser pro Jahr - und damit seit der Jahrtausendwende rechnerisch in etwa die Menge des Bodensees. Weitreichende Folgen sind für Mensch und Natur auch in Baden-Württemberg zu erwarten, so für Grundwasser, Land- und Forstwirtschaft.

Es wird somit offenkundig, dass die Abmilderung des Klimawandels durch konsequenten Klimaschutz aller unerlässlich ist. Informationen zu den vielfältigen Möglichkeiten, unser Klima zu schützen, sowie passende Angebote und Förderungen, finden Sie auf unserer Webseite. Vor Ort sind beispielsweise die regionalen Energieagenturen und die zahlreichen kommunalen Klimaschutzmanagerinnen und -manager "klimaschutzaktiv". Aber auch die Anpassung an den bereits in Gang gesetzten Klimawandel im Südwesten muss aktiv gestaltet werden.

Neben einer Reduktion der Treibhausgasemissionen (als Ursache für den Klimawandel) ist es wichtig, dass wir uns auf die Folgen des nicht mehr vermeidbaren Klimawandels einstellen. Das Land Baden-Württemberg hat sich daher im Klimaschutz- und Klimawandelanpassungsgesetz dazu verpflichtet, die erstmals im Jahr 2015 beschlossene Klima-Anpassungsstrategie im Jahr 2023 fortzuschreiben. Die Anpassungsstrategie 2023 umfasst insgesamt elf Handlungsfelder: Boden, Gesundheit, Landwirtschaft, Naturschutz und Biodiversität, Stadt- und Raumplanung, Tourismus, Verkehr und Infrastruktur, Wald und Forstwirtschaft, Wasser, Wirtschaft und Energiewirtschaft sowie Bevölkerungsschutz. Die insgesamt 102 Maßnahmen adressieren somit verschiedene Bereiche, unter anderem den Umgang mit Hitze in urbanen Gebieten. Hier spielt neben einer klimaangepassten Stadtplanung die Aufstellung von Hitzeaktionsplänen eine große Rolle. Ein weiterer Schwerpunkt der Anpassungsstrategie liegt auf der Ressource Wasser. Die aktuellen Prognosen bis 2050 zeigen, dass in manchen Teilen des Landes in Folge des Klimawandels bis zu 20 Prozent weniger Grundwasser neu gebildet werden wird. Das Land hat daher im Jahr 2023 ein Niedrigwasser-Informations-Zentrum bei der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW) eingerichtet. Bis 2025 unterzieht das Land zudem die öffentliche Wasserversorgung einem Klimacheck. Eine Abschätzung der Trinkwasserressourcen bis zum Jahr 2050 gibt den Kommunen fundierte Entscheidungsgrundlagen für Maßnahmen heute gegen drohenden Wassermangel in den kommenden Jahrzehnten.

Hitze, Dürre, Starkregen – Der Klimawandel ist real. Wir brauchen deshalb Lösungen, um uns im Alltag an den Klimawandel anzupassen. Wie wir das in Baden-Württemberg umsetzen wollen, erklärt Ministerin Thekla Walker im Video!:

Aber klar ist auch: Die wirksamste Maßnahme mit Blick auf den Klimawandel ist konsequenter Klimaschutz!

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI)
Climate Central
Climate Interactive
Climate Service Center
Deutscher Wetterdienst
Deutsches Klima-Konsortium
Deutsches Klimarechenzentrum
Gesellschaft für ökologische Forschung e. V.
IPCC - Deutsche Koordinierungsstelle
klimafakten.de
Klimanavigator
Landeszentrale für politische Bildung Baden-Württemberg (LpB)
Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI)
NASA
Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK)
Süddeutsches Klimabüro am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Umweltbundesamt (UBA)