Wenn die Erde Fieber hat - Klimawandel

Klimawandel bedeutet, dass sich die Erde erwärmt oder auch abkühlt. Über lange Zeiträume gesehen hat sich das Klima auf der Erde schon mehrmals verändert. Für den aktuellen Klimawandel gilt der Mensch als größtenteils verantwortlich. In den vergangenen 100 Jahren ist es um circa 1 Grad wärmer geworden. Das klingt harmlos, hat aber sehr gravierende Folgen.

Natürliche Klimaschwankungen passieren auf unterschiedlichen Zeitskalen. Es gibt große Zeitskalen von Tausenden Jahren und kleine Zeitskalen, die Jahrzehnte oder nur Jahre umfassen.

Das Klima hat sich in der Erdgeschichte schon oft verändert. So gab es zahlreiche Kalt- und Warmzeiten. Ursachen für Klimaschwankungen in großen Zeiträumen sind unter anderem Veränderungen der Erdbahnparameter beim Umlauf um die Sonne sowie Schwankungen der Rotationsachse der Erde.

Dadurch verändert sich die Temperatur aber nur sehr langsam, so dauert ein Zyklus zwischen Warm- und Kaltzeiten mindestens 23.000 Jahre.

Neben Schwankungen in großen Zeiträumen gibt es auch Änderungen in kleineren Zeitskalen, das heißt innerhalb von Jahren oder Jahrzehnten. Hauptursachen dafür sind:

So soll ein Meteoriteneinschlag vor 66 Millionen Jahren im Bereich der heutigen mexikanischen Halbinsel Yucatán das globale Klima verändert haben. In der Folge sind nach Auffassung vieler Wissenschaftler die Dinosaurier ausgestorben.

Große Vulkanausbrüche verändern ebenfalls das globale Klima. Die vielen kleinen Partikel, die ein Vulkan bei einem Ausbruch in die Luft schleudert, führen nicht selten zu einer Abkühlung des Klimas. Aschewolken und vulkanische Gase reflektieren Sonnenstrahlen und verhindern so, dass sie die untere Atmosphäre erwärmen.

So brachte der Vulkan Pinatubo im Jahr 1991 ein Jahr lang eine weltweite Abkühlung um ein halbes Grad. Noch stärkere Abkühlungen des Erdklimas folgten in der Neuzeit den Ausbrüchen der indonesischen Vulkane Krakatau im Jahr 1883 und des Tambora im Jahr 1815.

Letzterer verursachte eine weltweit so starke Abkühlung, dass das Jahr 1816 in Nordamerika und Europa die Bezeichnung "Jahr ohne Sommer" erhielt. Missernten und Hungersnöte in der gesamten nördlichen Hemisphäre waren die Auswirkungen.

Auch Schwankungen in der Sonnenaktivität spielen eine Rolle bei Klimaveränderungen. So war die Sonne Ende der 1950er Jahre besonders aktiv, was eine höhere Einstrahlung und damit eine höhere Temperatur zur Folge hatte.

Die Lufttemperatur steigt seit einigen Jahrzehnten weltweit in einem rasanten Tempo an. Gegenüber dem sogenannten vorindustriellen Niveau von 1850 bis 1900 sind es bereits mehr als 1 Grad.

Ein solches Temperaturniveau gab es laut verfügbaren Daten noch nie während der vergangenen 2000 Jahre und wahrscheinlich auch noch nicht in der gegenwärtigen Warmzeit, die vor 12.000 Jahren begann.

Ursache der gegenwärtigen Erwärmung ist der menschengemachte Treibhauseffekt. Seit Beginn der Industrialisierung nimmt die Konzentration an Treibhausgasen wie Kohlendioxid, Methan und Lachgas in der Atmosphäre zu.

Durch die erhöhte Konzentration der Treibhausgase wird mehr Sonnenstrahlung zur Erde zurückgestreut und kann nicht ins All entweichen. Die Erde erwärmt sich immer weiter. In der WetterSchule gibt es ein einfaches Experiment, mit dem sich der Treibhauseffekt anschaulich darstellen lässt.

Maßgeblich für die Klimaerwärmung ist das Treibhausgas Kohlendioxid (Formel: CO2). Bei fast 90 Prozent der freigesetzten Treibhausgase handelt es sich um Kohlendioxid. Es entsteht bei der Verbrennung von Kohle, Erdöl oder Gas.

Das zweite bedeutsame Treibhausgas ist Methan (Formel: CH₄). Dieses entsteht zum Beispiel beim Reisanbau oder bei der Rinderhaltung. Weitere Quellen sind Klärwerke und Mülldeponien. Auch beim Auftauen von Permafrost entweicht das Gas in die Atmosphäre.

Ein weiteres für den Klimawandel verantwortliches Gas ist Lachgas (Formel: N2O). Es bildet sich zum Beispiel, wenn Felder gedüngt werden. Lachgas macht zwar nur einen Bruchteil der Emissionen in Deutschland aus, ist aber etwa 300-mal klimawirksamer als Kohlendioxid.

Andere extrem starke klimaaktive Gase sind künstlich hergestellte Molekülverbindungen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW). Diese haben die Ozonschicht in der Stratosphäre stark ausgedünnt, Stichwort Ozonloch. Ihre Ersatzstoffe, teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFKW), aber auch Bromverbindungen und Halone sind 200- bis 10.000-mal klimawirksamer als CO2. Sie kommen jedoch nur in sehr geringen Mengen in der Atmosphäre vor.

Die ursprünglichen Messdaten für die Klimastatistiken liefern Wetterstationen und Satelliten. Anschließend müssen die Daten entsprechend ausgewertet werden. Einen großen Teil dieser Arbeit erfüllen bereits die Meteorologinnen und Meteorologen selbst. So werden in den meisten Fällen nicht Rohdaten an Wetterdienste oder Nachrichtenagenturen weitergeschickt, sondern bereits von den Meteorologen ausgewertete Daten.

Dabei ziehen die Fachexperten nicht nur die Mittelwerte der Parameter heran, sondern sie listen auch die Extremwerte auf, wie beispielsweise die höchste und niedrigste Temperatur, die größte Niederschlagsmenge, den höchsten und niedrigsten Luftdruckwert oder auch die stärkste Windböe.

Klimamodelle funktionieren im Prinzip ähnlich wie Wettermodelle. Es sind aufwendige Computermodelle, die ein Gitternetz um die gesamte Erde legen. Als Input dient das aktuelle Klima. Mithilfe von physikalischen Formeln wird für Millionen Gitterpunkte das zukünftige Klima berechnet.

Anders als bei Wettermodellen hängen Klimamodelle nicht nur von physikalischen Formeln, sondern von vielen Annahmen über die zukünftige Entwicklung ab. Einflussfaktoren sind unter anderem sozioökonomische Entwicklungen, die Bevölkerungsentwicklung oder Änderungen der Landnutzung.

Um verschiedene mögliche Entwicklungen darzustellen, gibt es die sogenannten repräsentativen Konzentrationspfade (engl. representative concentration pathway, kurz RCP). Hier wird nicht die Temperaturänderung, sondern der Strahlungsantrieb gegenüber der vorindustriellen Zeit in den Blick genommen.

Im Worst-Case-Sze­na­rio wird davon ausgegangen, dass die Menschheit keinerlei Maßnahmen zur Eindämmung der globalen Erwärmung ergreift. Demnach gibt es bis 2100 eine Strahlungszunahme von 8,5 Watt pro Quadratmeter gegenüber der vorindustriellen Zeit. Dieses Szenario heißt daher RCP 8.5.

Das bestmögliche Szenario geht von einer Strahlungszunahme von 2,6 Watt pro Quadratmeter gegenüber der vorindustriellen Zeit aus (RCP 2.6). Demnach steigen die Treibhausgasemissionen nur bis 2020 und sinken bis 2100 ab. Durch den drastischen Rückgang der Emissionen soll die globale Erwärmung bis 2100 unter 2 Grad bleiben.

Mithilfe von Attributionsstudien lässt sich feststellen, ob und in welchem Ausmaß der vom Menschen verursachte Klimawandel für Wetterextreme verantwortlich ist. Dabei wird das Klima zunächst in der „tatsächlichen“ Welt und anschließend in einer fiktiven Welt ohne die zusätzlichen Treibhausgase simuliert.

Tritt ein extremes Wetterereignis in der zweiten Simulation seltener auf und ist zudem schwächer, lässt sich daraus schließen, dass der Klimawandel sowohl die Häufigkeit als auch die Intensität dieses Ereignisses beeinflusst.

Die rasante Erderwärmung durch den Klimawandel ist auch in Deutschland messbar: So war das zurückliegende Jahrzehnt rund zwei Grad wärmer als die ersten Jahrzehnte (1881–1910) der Aufzeichnungen.

Die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges hat sich in Deutschland seit den 70er-Jahren stark beschleunigt. Von 1971 bis heute liegt die Erwärmungsrate bei 0,36 Grad pro Dekade.

Besonders spürbar ist die Erwärmung im Sommer. Dies belegen auch die Messdaten für Deutschland: Die Anzahl der heißen Tage mit mehr als 30 Grad hat sich seit den 1950er Jahren über ganz Deutschland gemittelt mehr als verdoppelt.

Selbst extrem heiße Tage mit über 40 Grad, welche vorher kaum verzeichnet wurden, treten besonders seit dem letzten Jahrzehnt vermehrt auf.

Durch den menschengemachten Klimawandel erwärmt sich die Luft. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte, dies ist ein physikalisches Gesetz. Pro 1 Grad Erwärmung macht dies 7 Prozent mehr Wasserdampf aus.

Zumindest ein Teil davon dürfte zu erhöhtem Niederschlag beitragen. Klimaforscher bzw. Klimamodelle gehen davon aus, dass die Winter dadurch in Deutschland feuchter werden.

Lange wurde bereits vermutet, dass vor allem im Sommer Starkniederschläge extremer werden. Neueste Studien mit hoch aufgelösten Klimamodellen bestätigen dies.

Demnach hat die Anzahl der Tage mit Starkniederschlägen bereits zugenommen und wird in der Zukunft weiter zunehmen.

Auch die Attributionsforschung gibt Hinweise. So hat sich die Wahrscheinlichkeit für eine Flutkatastrophe wie 2021 durch den menschengemachten Klimawandel um den Faktor 1,2 bis 9 erhöht.

Pflanzen fangen früher an zu blühen. Der sogenannte phänologische Frühling beginnt heute im Mittel schon rund zwei Wochen früher als vor einigen Jahrzehnten.

Somit beeinflusst der Klimawandel auch den Pollenflug. Forscher haben festgestellt, dass durch den Klimawandel die Hasel hierzulande heutzutage etwa 13 Tage früher blüht als 1951. Dagegen hat sich der phänologische Winter von durchschnittlich 120 Tagen pro Jahr auf nur noch 102 Tage verkürzt.

Sowohl die Binnengewässer als auch Nord- und Ostsee erwärmen sich. In der Deutschen Bucht hat sich die Temperatur zwischen 1969 und 2017 im Durchschnitt um etwa 1,3 Grad erhöht, an der Ostseeküste sind es seit 1982 bis heute 1,6 Grad.

Quelle: Deutsches Klima-Konsortium

In der Diskussion um den Klimawandel ist häufig von sogenannten Kipppunkten die Rede. Dabei handelt es sich um Prozesse auf der Erde, die bei einem bestimmten Temperaturanstieg "kippen" und unumkehrbar von selbst weiterlaufen.

Ein analoges Beispiel aus dem Alltag beschreibt diesen Prozess sehr gut: Schiebt man eine Kaffeetasse immer weiter an den Rand des Tisches, geht das eine Weile gut, bis die Tasse einen kritischen Punkt erreicht und vom Tisch fällt.

Ähnlich verhalten sich die Kipppunkte oder auch Kippelemente im Erdsystem: Lange Zeit reagieren sie nur wenig auf klimatische Veränderungen, bis sie sich ab einem kritischen Punkt verselbständigen und langfristig in einen neuen Zustand übergehen. Selbst bei einer Abkühlung des Klimas bleiben die Prozesse dann unumkehrbar oder der Zustand erhalten.

Welche Elemente im Erdsystem wann kippen könnten, wird von der Wissenschaft heiß diskutiert. Da sich die verschiedenen Elemente aber auch gegenseitig beeinflussen können, ist eine genaue Prognose sehr schwierig.

Dennoch deuten Studien darauf hin, dass bereits bei einer Erderwärmung zwischen 1,5 und 2 Grad mit möglicherweise erste Kipppunkte erreicht werden.

Zu den wichtigsten Kippelementen mit globalen Folgen zählt der Verlust des Grönländischen sowie des Westantarktischen Eisschilds. Bereits ab einer Erwärmung um 1,5 Grad könnte sich der Schmelzprozess selbst verstärken und somit ein Kipppunkt erreicht werden.

Auf Grönland liegt das unter anderem daran, dass der aktuell noch bis zu 3 Kilometer starke Eisschild immer mehr an Höhe verliert und somit immer höheren Temperaturen ausgesetzt ist. In tieferen Schichten der Atmosphäre ist die Dichte der Luft größer und die Luft erwärmt sich dadurch stärker. Das verstärkt die Eisschmelze zusätzlich und wird auch als positive Rückkopplung bezeichnet.

Der Westantarktische Eisschild kann bei zu warmem Ozeanwasser instabil werden. Dann setzt ebenfalls ein selbstverstärkender Prozess ein, der dazu führt, dass der Eisverlust sich immer weiter beschleunigt.

Das komplette Abschmelzen der Grönländischen und Westanarktischen Eisschilde hätte einen weltweiten Meeresspiegelanstieg von 10 Metern zur Folge. Wie schnell das Eis schmilzt, hängt dennoch von der weiteren Temperaturentwicklung ab. Der komplette Verlust des Eises wird erst in mehreren Tausend Jahren erwartet.

Besonders relevant für Europa ist ein Kipppunkt, den die Wissenschaft im Nordatlantik ausfindig machen konnte. Die Zirkulation im Labrador- und Irminger-Meer südlich von Grönland könnte demnach bereits in den nächsten Jahrzehnten zusammenbrechen.

Normalerweise sinkt dort das salzhaltige und kalte Wasser aufgrund seiner hohen Dichte in die Tiefe ab. Der zusätzliche Eintrag von Süßwasser durch die Gletscherschmelze auf Grönland verdünnt das Wasser allerdings und die Zirkulation gerät ins Stocken.

Diese Zirkulation wird auch subpolarer Wirbel genannt und gilt als Motor der atlantischen Umwälzzirkulation, zu der auch der Golfstrom und der Nordatlantikstrom gehören. Durch ein Versiegen der Zirkulation südlich von Grönland würde es sich im Nordatlantik regional um zwei bis drei Grad und global um circa anderthalb Grad abkühlen.

Eine mögliche Folge ist die Verschiebung des Jetstreams in Richtung Norden, wodurch sich die Wetterlagen in Europa ändern und mehr Extreme auftreten können.

Zu den positiven Kippelementen zählt unter anderem das Ausdehnen der nördlichen Nadelwälder und ein mögliches Ergrünen von Teilen der Sahara, wie es zuletzt vor etwa 12.000 Jahren der Fall war. Hierbei handelt es sich um regionale Kippelemente, die für das globale Klima eher von geringer Bedeutung sind.

Im übertragenen Sinne können auch Kipppunkte in der menschlichen Gesellschaft erreicht werden. Bei der Energiewende zum Beispiel könnte im Falle sinkender Kosten der erneuerbaren Energien ein positiver Kipppunkt erreicht werden.

Weltweit werden mittlerweile mehr als 80 Prozent der Investitionen in "die Erneuerbaren" gesteckt und deren Anteil an der Gesamtstromerzeugung wächst gegenüber Kohle rasant. Bereits zu Beginn des Jahres 2025 könnte laut einem Bericht der internationalen Energieagentur der Strom mehrheitlich aus erneuerbaren Energiequellen generiert werden.

Eine Minderheit von Skeptikern unter den Klimawissenschaftlern ist davon überzeugt, dass der Mensch kaum oder sogar keinen Einfluss auf den Klimawandel habe. Der Klimawandel sei erfunden oder diene nur der Panikmache zur Durchsetzung unpopulärer politischer Ziele. Mit zahlreichen, von Laien kaum überprüfbaren Argumenten versuchen sie die Fakten zum Klimawandel herunterzuspielen.

Demgegenüber wird der wissenschaftliche Konsens über den menschengemachten Klimawandel inzwischen jedoch von weit über 90 Prozent aller Klimawissenschaftler unterstützt.

Die Erde nimmt Energie von der Sonne hauptsächlich im Bereich des kurzwelligen und sichtbaren Lichts auf und gibt Energie in Form von langwelliger Infrarotstrahlung an den Weltraum zurück. Diese gibt sie in einem ganzen Kontinuum von Wärmestrahlen aller Wellenlängen ab.

Trägt man die Leistung der Abstrahlung abhängig von der jeweils dazugehörigen Wellenlänge auf, so ergibt sich eine sogenannte "Glockenkurve" mit einem Strahlungsmaximum bei 10 Mikrometern. Der Spektralbereich, in dem die Erde Strahlung abgibt, reicht von etwa 5 bis 80 Mikrometern.

Etwa 0,1 % der Gase in der Erdatmosphäre sind infrarotaktiv. Diese Spurengase können infrarotes Licht, also Wärme, absorbieren. Kohlendioxid gehört dazu.

Klimaskeptikerinnen und Klimaskeptiker behaupten oftmals, dass der Einfluss von Kohlendioxid gering sei, weil dieses Gas nur in ganz bestimmten Wellenlängen Infrarotstrahlung zu absorbieren vermag.

In der Tat haben Gase die Eigenschaft, dass sie nur elektromagnetische Wellen spezieller Wellenlängen verschlucken. Jedes Gas absorbiert nur ganz bestimmte Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche, die charakteristisch für dieses Gas sind. Diese sind unabhängig von der Temperatur des Gases. Atome absorbieren Strahlung in nur eng begrenzten Absorptionslinien.

Kohlendioxid liegt jedoch in molekularer Form vor und hat deshalb keine Absorptionslinien, sondern etwas breitere Absorptionsbanden, genau genommen mehrere. Eine von ihnen ist relativ breit und umfasst den Wellenlängenbereich von 13 bis 17 Mikrometern, also im Infrarotbereich. Dieser Bereich liegt folglich innerhalb des Wellenlängenbereichs, in dem die Erde Wärme abstrahlt.

Richtig ist, dass diese Absorptionsbande im Zentralbereich mit Kohlendioxid gesättigt ist. Dies gilt jedoch nicht für die Flanken- oder Randbereiche. In diesen Bereichen absorbiert zusätzlich in die ⁠Atmosphäre emittiertes Kohlendioxid langwellige Strahlung und bewirkt damit eine weitere Erwärmung.

Außerdem liegen zwischen 5 und 80 Mikrometern zahlreiche Absorptionsbanden der Treibhausgase. Hinzu kommt, dass in anderen Banden die Absorption zwar wesentlich schwächer ist, sie aber durch zusätzlich in die Atmosphäre gelangendes CO2 noch erhöht werden kann. Das ist zum Beispiel im Wellenlängenbereich von 5 oder 10 Mikrometern der Fall.

Für die Strahlungsbilanz bedeutet das:

Wenn sich der CO2-Anteil in der Luft erhöht, muss die mittlere Temperatur auf der Erde steigen.

Fest steht jedoch, dass dem Wasserdampf beim natürlichen Treibhauseffekt das mit Abstand größte Gewicht zukommt. Wasserdampf hat noch mehr Absorptionsbanden in zahlreichen Wellenlängenbereichen. Etwa 66 Prozent des natürlichen Treibhauseffektes sind auf den Wasserdampf zurückzuführen.

Durch die globale Temperaturerhöhung nimmt die Verdunstung zu. Damit ist das potenzielle Aufnahmevermögen für Wasserdampf der Atmosphäre erhöht. Dies wiederum kann den Treibhauseffekt verstärken. In den Klimamodellen wird die Wirkung von Wasserdampf längst berücksichtigt.

Weil die Ballungsräume gewachsen sind, ist auch der Wärmeinseleffekt größer geworden. Sowohl Veränderungen in der Art und Weise, wie die Temperatur gemessen wurde, als auch Änderungen in der Umgebung der Wetterstationen können zu falschen Trends führen.

Üblicherweise befanden sich in der Vergangenheit viele Wetterämter samt Messstationen in den Städten. Kritiker der Klimawissenschaft behaupten häufig, die Wärme von Städten treibe die Messdaten künstlich nach oben, was die Temperaturdaten zur Erderwärmung verfälsche.

Doch die Auswirkungen des Wärmeinseleffekts auf die Messdaten ist den Klimaforscherinnen und Klimaforschern sehr bewusst. Der Effekt wird bei der Analyse von Temperaturaufzeichnungen angemessen berücksichtigt.

Beispielsweise werden langfristige Trends in Städten mit jenen der ländlichen Umgebung verglichen und anschließend die städtischen an die ländlichen Entwicklungen angepasst.

Übrigens ist der Beitrag der zunehmenden Verstädterung zum globalen Temperaturanstieg nicht besonders stark. Mehrere Klimaforscher haben herausgefunden, dass für den Zeitraum der letzten 100 Jahre der Einfluss dieses Effektes auf die globale mittlere Lufttemperatur geringer als 0,05 Grad Celsius ist.

Nachdem Messstationen aus den innerstädtischen Räumen an den Stadtrand oder an neu gebaute Flughäfen verlegt worden waren, stellten Klimatologinnen und Klimatologen Sprünge in den Beobachtungsdaten fest. Eigentlich schränkt dies die Vergleichbarkeit von Messdaten beim Erstellen von langjährigen Trends ein. Zudem liegen für einen Messstandort nicht immer lückenlose Messreihen vor.

Um diese Diskrepanzen in den Messreihen zu verringern, messen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für einige Zeit gleichzeitig am neuen und am alten Standort die relevanten Wetterparameter. Dann lässt sich feststellen, wo Unterschiede liegen. Sie können sich meteorologisch jedoch auch ähneln.

Sobald eine ausreichende Menge an Daten vorliegt, vergleichen die Forscherinnen und Forscher diese mit umliegenden Stationen in ähnlicher Höhenlage und ähnlichem Klima. Damit lassen sich in den bestehenden Daten einzelne Lücken oder Fehler finden. Allerdings werden diese Messlücken oftmals mit aufwendigen Verfahren abgeschätzt. Bei der Berechnung der vieljährigen Mittelwerte wird nach Möglichkeit der gesamte Zeitraum verwendet.

Ferner wurde der Betrieb zahlreicher Wetterstationen eingestellt. Dies führte dazu, dass es weniger Messstandorte gibt. Für stillgelegte Stationen wurden ebenfalls keine vieljährigen Mittelwerte berechnet. Damit kommt es zu deutlich weniger Stationen in den jüngeren Vergleichsperioden.

Meteorologinnen und Meteorologen haben Methoden entwickelt, die Fehltrends in den Zeitreihen mittels Korrekturverfahren eliminieren können. Entsprechende Computerprogramme mit der sogenannten Homogenisierungsmethode vergleichen nahegelegene Stationen miteinander und suchen nach Veränderungen, die nur in einer dieser Stationen auftreten.

Bei dem Testverfahren ist es außerdem viel leichter, Fehler aus einzelnen Stationszeitreihen zu entfernen als aus Zeitreihen von Gebietsmittelwerten. Wie stark diese Korrekturverfahren inzwischen in die Klimaauswertungen einfließen, ist nicht abschätzbar.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verwenden demnach plausible Methoden für die nachträgliche Harmonisierung ihrer Datenreihen. Diese Methoden sind nicht willkürlich, sondern sie gelten als genau festgelegte und nachvollziehbare Verfahren, die übrigens in öffentlich zugänglichen Publikationen erläutert werden.

Kritiker bemängeln oft die großen Unterschiede zwischen den Beobachtungsdaten und Ergebnissen der Modellsimulation. Doch weil die Klimamodelle immer weitere Faktoren, wie ozeanische Strömungen und Wärmeinseleffekte berücksichtigen, stimmen die Modellergebnisse mit der beobachteten Temperaturverteilung immer besser überein. Inzwischen werden die charakteristischen Muster von Temperatur und Niederschlag nicht nur global und im Jahresmittel, sondern auch jahreszeitlich, räumlich und vertikal gut wiedergegeben.

Kritik wird auch an den Unterschieden zwischen Boden- und Satellitenmessungen geübt. So ergaben die bodennahen Werte eine Zunahme von etwa 0,5 bis 0,7 Grad Celsius über die letzten 100 bis 130 Jahre, während die allerdings nur über 17 Jahre verfügbaren Satellitendaten eine Abnahme von 0,06 Grad Celsius zeigen. Hierbei hat man es jedoch mit zwei verschiedenen Messmethoden zu tun.

Bei Bodenmessungen, deren Messtechnik immer weiter optimiert worden ist, handelt es sich um direkte Messungen. Die Satelliten messen die Temperatur dagegen indirekt über die Strahlung in bestimmten Wellenlängen. Zudem werden hier verschiedene Geräte und -verfahren eingesetzt. Deshalb ist die Kritik berechtigt, dass Satellitendatenreihen weniger aussagekräftig sind als die der Bodendatenreihe.

Ebenfalls markant sind die Unterschiede des Messgutes: Die bodennahen Messungen sind Punktmessungen in einer Höhe von 2 Metern über dem Boden, bei den Satelliten dagegen wird quasi die ganze Temperaturentwicklung über die untersten 6 Kilometer der Troposphäre erfasst.

Die Temperaturen können in diesem Höhenbereich eine Bandbreite von mehr als 30 Grad überstreichen. Für Aussagen über einen langjährigen Temperaturtrend sind aus all diesen Gründen die Bodendaten deutlich besser geeignet.

Satelliten gelangen wegen der Reibung an Luftmolekülen der Hochatmosphäre über die Jahre in eine tiefere Umlaufbahn, eine ungenügende Korrektur dieses Effektes hat lange für überschätzte Trends in der oberen Troposphäre geführt.

Wälder spielen im Kampf gegen die Erderwärmung eine bedeutende Rolle. Rund ein Drittel der pro Jahr weltweit ausgestoßenen Treibhausgase werden von Wäldern aufgenommen. Deshalb werden Wälder auch als die Lunge des Planeten bezeichnet.

Der Baumbestand schrumpft immer mehr. Jede Minute verschwinden Wälder im Umfang von 27 Fußballfeldern. Seit dem Ende der jüngsten Eiszeit hat die Erde ein Drittel ihres gesamten Baumbestands verloren. Zwischen 2015 und 2020 lag der weltweite Verlust an Naturwaldfläche gemäß Erhebungen der FAO (United Nations Food and Agriculture Organisation) bei rund zehn Millionen Hektar pro Jahr, ein knappes Drittel von Deutschland.

Der Regenwald speichert rund ein Viertel des gesamten terrestrischen Kohlenstoffs und damit auch das gebundene CO2. Daher besitzt er eine Schlüsselrolle für das Weltklima und die Artenvielfalt. Tropische Wälder kühlen zudem die Erdoberfläche, indem sie der Luft Kohlendioxid entziehen. Dadurch wirken sie als sogenannte Kohlenstoffsenke, also als ein natürliches Reservoir, das vorübergehend mehr Kohlenstoff aufnimmt, als es abgibt.

Der kühlende Effekt wird außerdem dadurch erzeugt, dass die Wälder viel Feuchtigkeit speichern, die verdunstet und zu Wolken kondensiert. Bäume gelten daher als hocheffiziente Luftbefeuchter, indem sie Wasser aus dem Boden ziehen und über ihre Blätter abgeben. Man bezeichnet diese Art der Verdunstung als Evapotranspiration. Vergleichbar ist dies mit Menschen, die durch Schwitzen den Körper abkühlen. Wer an einem warmen Tag in einen Wald geht, stellt fest, dass die Umgebung dort sofort deutlich kühler ist.

Die durch die Regenwälder erzeugten Wolken haben ebenfalls einen kühlenden Effekt, weil sie das Sonnenlicht in den höheren atmosphärischen Schichten reflektieren. Dadurch kühlen sie die Umgebung weiter ab. Je größer das Waldgebiet ist, desto mehr Wolken werden produziert.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden heraus, dass tropische Wälder die Erde um ein ganzes Grad Celsius abkühlen können. Hierbei leisten die Verdunstung und andere Effekte einen wesentlichen Beitrag.

Bäume setzen zudem organische Verbindungen frei, wie beispielsweise duftende Terpene, die mit anderen Chemikalien in der Atmosphäre reagieren. Dies wiederum trägt auch zum kühlenden Effekt bei oder kann die Wolkenbildung verstärkt anregen.

Der tropische Regenwald gilt daher als eines der sogenannten Kippelemente, die das Klima auf der Welt aus dem Gleichgewicht bringen können. Forscher warnen davor, dass sich beim Überschreiten eines Kipppunktes einen Großteil des Amazonasgebiets in eine Savanne verwandeln kann.

Schätzungen zufolge könnte für das Erreichen des Kipppunktes ein Verlust von 20 bis 25 Prozent der Walddecke im Amazonasbecken ausreichen. Eine Folge wäre die Entstehung riesiger Wüsten. Vorangegangene Studien zeigten, dass bereits 17 Prozent der ursprünglichen Waldfläche verschwunden sind.

Wertvolle Regenwälder befinden sich auch in Zentralafrika und in Südostasien. Auch hier nimmt die Abholzung immense Ausmaße an. Laut Informationen der Weltbank waren im Jahr 2020 nur noch rund 55 Prozent der ursprünglichen Regenwaldfläche im Kongobecken vorhanden. Das Problem ist jedoch nicht nur die Abholzung selbst, sondern auch der Abbau von Bodenschätzen, die Landwirtschaft und der Holzbedarf der lokalen Bevölkerung.

Der kühlende Effekt der Wälder ist auch bei uns stark ausgeprägt. Das erscheint erst einmal paradox, denn aus der Vogelperspektive ist ein Acker deutlich heller als ein Wald. Er reflektiert demnach wegen seiner höheren Albedo mehr Solarstrahlung und erwärmt sich weniger als ein dunkler Wald. Allerdings verdunstet ein dichter Wald mehr Wasser als ein flachwurzelnder Acker.

Diese Selbstkühlung durch die Transpiration wirkt dem erwärmenden Effekt eines dunklen Waldes entgegen. Über bewaldeten Gebieten bilden sich tendenziell häufiger Wolken, was ebenfalls zur Abkühlung des Klimas beiträgt.

Lange Trockenheit mit Dürrephasen wie in den Jahren 2018 und 2019 auch bei uns machen den Wäldern immer noch schwer zu schaffen. Der Dürremonitor des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) zeigt, dass die Böden in den vergangenen Jahren stark an Feuchtigkeit verloren haben. Schädlinge wie Pilze und Borkenkäfer haben bei Trockenheit leichtes Spiel und können die geschwächten Bäume stärker befallen.

Eine mehrjährige Dürre trocknet auch die tiefen Bodenschichten so weit aus, dass ein regenreicheres Jahr nicht ausreicht, um die fehlenden Niederschläge wieder auszugleichen. Vor allem tiefwurzelnde Laubbäume leiden unter diesem Trockenstress.

Von Januar 2018 bis April 2021 betrug der Verlust an Baumbestand in Deutschland über 500.000 Hektar, schätzt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) aufgrund von Satellitendaten. Das entspricht fast 5 Prozent der gesamten Waldfläche in Deutschland. Vor allem betroffen sind Nadelwälder in der Mitte des Landes.

Die entstandenen freien Flächen verändern das Mikroklima des Waldes enorm. Der nicht beschattete Waldboden wird von der Sonne aufgeheizt. Dadurch verbrennt der nährstoffreiche Humus und es wird viel Kohlendioxid freigesetzt. Auf diesen Flächen wächst dann zunächst erst einmal nur Dauergrün wie die Brombeere.

Für die angrenzenden Laub- und Nadelbäume bedeutet das veränderte Klima, dass sie der Sonne noch mehr ausgesetzt sind und daher verbrennen können.  

Außerdem speichert Waldboden wie ein Schwamm das Wasser und lebenswichtige Nährstoffe für alle Bäume, Pflanzen und Pilze.

Sind viele Freiflächen vorhanden, geht die Bodenfeuchtigkeit zurück und der Wasserhaushalt verändert sich insgesamt. Die angrenzenden oder noch auf den Freiflächen stehenden Bäume vertrocknen in der Sonne. Dies schwächt dann auch noch gesunde Bäume immens und beim nächsten Sturm können sie leichter umstürzen.

Waldökologen plädieren dafür, geschädigte und tote Bäume so weit wie möglich im Wald zu lassen. Dafür gibt es viele Gründe: Sie spenden Schatten, bieten Lebensraum für verschiedene Gegenspieler von Schädlingen und helfen dabei, neuen Boden zu bilden und Wasser auf der Fläche zu halten.

Ferner sollten Nadelwälder sukzessiv zu Mischwäldern umgebaut werden. Denn diese sind resistenter gegen Sturm, Trockenheit und Insektenbefall. Besonders an Südhängen und auf sehr trockenen Böden empfiehlt es sich, Nadelbäume zu pflanzen, die besser gewappnet sind als die Fichte.

Hinzu kommt, dass das Ausräumen des Totholzes mit schwerem Gerät den Waldboden stark verdichtet und zerstört. Die Wasserspeicherkapazität nimmt hierbei stark ab, lebensnotwendige Luftkanäle werden komprimiert und die mit den Bäumen in Symbiose lebenden Pilze werden zerstört. Auf dem verdichteten Boden läuft das Wasser oberirdisch ab oder es verdunstet. Der Grundwasserspiegel geht dadurch deutlich zurück.

Allerdings sind frisch aufgeforstete Flächen noch keine großen Kohlenstoffsenken. Junge Baumbestände können den ursprünglichen Kohlenstoffverlust nicht komplett ausgleichen, wie neuere Studien belegen. Zwar bindet das Holzwachstum Kohlenstoff, aber es wird in der Summe mehr davon freigesetzt, weil für längere Zeit organisches Material und Totholz zersetzt werden. Kohlendioxid gast dann verstärkt aus dem Boden aus. Daher tragen junge Wälder zur CO2-Aufnahme aus der Atmosphäre nur wenig bei.

Wald- und Forstwirtschaft sind sehr wichtig im Kampf gegen die globale Erwärmung. Um die weltweite Abholzung der Baumbestände zu stoppen, sind vor allem diese drei Maßnahmen bedeutsam:

Klimamodelle zeigten die derzeitige Erwärmung bereits in den 70er und 80er Jahren und gehen von einem weiteren Temperaturanstieg bis 2100 aus. Bisher sind wir global bei einer Erwärmung von mehr als 1 Grad gegenüber dem vorindustriellen Niveau angekommen. Laut Pariser Klimaabkommen sollen es bis 2100 weniger als 1,5 Grad sein.

Setzt sich der derzeitige Erwärmungstrend fort, so könnte diese Marke bereits in einem Jahrzehnt überschritten sein. Die bisherigen Handlungen der Politik laufen eher auf eine Erwärmung von 2 bis etwa 3,5 Grad hinaus. Die Folgen sind schon jetzt mit abschmelzenden Eisflächen, einem Anstieg des Meeresspiegels und einer Zunahme von Wetterextremen deutlich.

Geoengineering, auch Klimaengineering genannt, wird als eine umfassende Zusammenstellung von Methoden und Technologien definiert, die darauf abzielen, das Klimasystem bewusst zu verändern, um Folgen des Klimawandels abzumildern.

Sie greifen teilweise massiv in die Natur ein. Die Auswirkungen und Folgen solcher Eingriffe für unseren Planeten sind aber bisher wenig erforscht. Unklar ist auch, ob einzelne Maßnahmen realisierbar sind. Außerdem sind die Methoden sehr kostspielig und bergen hohe Risiken. Sie können auch unvorhergesehene Nebeneffekte mit sich bringen.

Es gibt zwei große Ansätze des Geoengineerings:

Weitere Ideen des Geoengineerings: