Auswirkungen von klimatischen Veränderungen in der Arktis auf das globale Klimasystem durch Rückkopplungen

Text: Patrick Pieper, Meteorologe 

Die Arktis hat sich in den vergangen Jahren stärker erwärmt als die restliche Erde. Der Klimawandel destabilisiert daher bereits heute wichtige arktische Klimasysteme und wird diese in den kommenden Jahren noch weitaus stärker beeinflussen. Zusätzlich zu den regionalen Veränderungen in der Arktis führt diese Destabilisierung zu weitreichenden globalen Auswirkungen, weil die Arktis bisher als „Kühlschrank“ der nördlichen Hemisphäre in Erscheinung tritt. Durch zahlreiche Rückkopplungen reguliert die Arktis weltweit unser Klima. Aufgrund des Klimawandels verändern diese Rückkopplungen jedoch ihre Wirksamkeit, wodurch viele ihre kühlende Funktion in Zukunft verlieren könnten oder bereits jetzt den Klimawandel zusätzlich verstärken. Der Grund hierfür liegt in der Natur von arktischen Rückkopplungen, die im Gegensatz zu beispielsweise den meisten biologischen Rückkopplungen die Erderwärmung verstärken anstatt diese abzuschwächen. Obwohl dieser Mechanismus bereits seit geraumer Zeit bekannt ist, zeigt sich das tatsächliche Ausmaß dieser Rückkopplungen erst seit einigen Jahren und überrascht viele Wissenschaftler, die mit spürbaren Auswirkungen erst ab der Mitte des Jahrhunderts gerechnet haben.

Obendrein zeichnen sich die meisten der arktischen Rückkopplungen durch Kipp-Punkte in der zugrunde liegenden Klima-Komponente aus. Sobald der Klimawandel zu einer ausreichend starken Veränderung geführt hat, werden Prozesse angestoßen, die zu einer fundamentalen Änderung dieser Komponente des Klimasystems führen. Die Rückkopplung bewirkt nach überschreiten des Kipp-Punkts, dass die veränderte Klima-Komponente die ursprüngliche Veränderung zusätzlich verstärkt wodurch der Klimawandel einen weitere Schub erfährt. Im Endeffekt bleibt der Komponente des Klimasystems nichts anderes übrig als in einen neuen Gleichgewichtszustand überzugehen und dabei den Klimawandel weiter anzutreiben.

Die wichtigsten dieser arktischen Rückkopplungen werden im folgenden kurz vorgestellt. Die wahrscheinlich bekannteste ist die Rückkopplung zwischen Meereis und seiner Fähigkeiten, Sonnenstrahlen zu reflektieren. Wie auf dem ersten Bild der obigen Grafik zu erkennen ist, werden 90% der einfallenden Sonnenstrahlen durch schneebedecktes Meereis zurück in den Weltraum reflektiert. Sobald der Schnee auf dem Eis geschmolzen ist, wird nur noch die Hälfte der Sonnenstrahlen reflektiert und wenn das Eis ebenfalls geschmolzen ist, wird über 90% der Sonneneinstrahlung vom Wasser absorbiert und erwärmt den Ozean. Sobald die Erderwärmung einen bestimmten Schwellenwert überschritten hat, verringert sich das arktische Meereis derart stark, dass dadurch die Erderwärmung weiter beschleunigt wird, weshalb noch mehr arktisches Meereis schmilzt.

Analog zum vorherigen Beispiel kann dieselbe Rückkopplung auch beim grönländischen Eisschild eintreten. Durch dessen Wegschmelzen wird der darunter liegende Boden frei. Dieser Boden hat eine dunklere Farbe als das Eis, das ihn zuvor bedeckt hat. Deshalb wird fortan mehr Sonnenstrahlung absorbiert und weniger reflektiert. Der verbleibende Eisschild wird anschließend an der Seite auch von unten geheizt und schmilzt noch schneller als zuvor. Dies ist ein Beispiel eines Kipp-Punkts im Klimasystem. Die Überschreitung eines bestimmten Schwellenwerts wird nach einer gewissen Zeit zum Verlust des gesamten grönländischen Eisschilds führen. Da das Eisschild etwa drei Kilometer dick ist, wird sich die Veränderung über einen Zeitraum von mehreren hundert Jahren vollziehen. Langfristig wird sich jedoch ein neues Gleichgewicht einstellen, in dem das grönländischen Eisschild nicht mehr vorhanden ist.

Eine weitere einflussreiche Rückkopplung ist der Permafrost-Boden. In der Polarregion sind viele Böden dauerhaft gefroren. In dem gefrorenen Boden sind große Mengen an Methan, einem etwa 30 mal potenterem Treibhausgas als Kohlenstoffdioxid, gespeichert. Wenn die Temperatur einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, dann tauen diese Böden im Sommer für eine kurze Zeit auf. Diese kurze Zeit im Sommer reicht aus, um dieses hochwirksame Treibhausgas unwiderruflich in die Atmosphäre entweichen zu lassen, weil der Boden beim anschließenden Gefrieren Methan nicht erneut bindet. Das Methan in der Atmosphäre bewirkt ein weiteres Ansteigen der Temperatur, wodurch im nächsten Sommer mehr Permafrost taut und weiteres Methan entweicht. Im Endeffekt reicht die Überschreitung eines Kipp-Punkts aus, um den Permafrost-Boden zu saisonal gefrorenem Boden zu machen und große Mengen an Methan der Atmosphäre zuzuführen, was den Klimawandel erneut befeuert. Der Temperaturanstieg, der nur durch den Verlust des Permafrosts ausgelöst werden kann, beträgt etwa 0,5°C.

Diese Beispiele illustrieren einige Rückkopplungen die in der Arktis anzutreffen sind und einen großen Einfluss auf unser globales Klima auswirken können.

Dieses und weitere Themen vertiefen wir im Rahmen der Führungen EisZeiten: Folgen der Klimaveränderungen für Mensch und Tier in der Arktis durch die Ausstellung „EisZeiten – Die Menschen des Nordlichts“ im Museum für Völkerkunde am 26. Februar und 19. März 2017.

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