Klimawandel: was wir wirklich wissen

Dirk Notz leitet seit 2008 die Forschungsgruppe „Meereis im Erdsystem“ am Hamburger Max-Planck-Institut für Meteorologie. Seine Arbeit führt ihn immer wieder in die Polargebiete, wo er das voranschreitende Abschmelzen des Polareises hautnah miterlebt. Seit 2013 ist Notz (*1975) Gastprofessor am University Centre in Svalbard, Spitzbergen. Seine Fähigkeit, öffenlichkeitsnah zu kommunizieren, stellte er schon kurz nach seiner Doktorarbeit unter Beweis. 2007 wurde er im Fachgebiet Physik mit dem Klaus Tschiera Preis für verständliche Wissenschaft ausgezeichnet.

Den Bericht im Lauffener Boten finden Sie hier.

Dämpfer für die Wetterküche

Der Hamburger Klimaforscher Dirk Notz erklärt die Folgen, die eine rasche Erwärmung der Arktis und das Abschmelzen großer Eismassen haben werden.

Das Gespräch führte Nils Ehrenberg.

Die Meereisbedeckung der Arktis erreicht jährlich im Herbst die geringste Ausdehnung. Das „September-Minimum“ gilt als Gradmesser für den Zustand der Arktis bei der globalen Erwärmung. In den letzten Jahren jagte ein Rekordminimum das andere. Wie sieht es 2016 aus, Herr Notz?

Wir haben zum Ende dieses Sommers wieder extrem wenig Meereis in der Arktis. Wissenschaftlich ist aber unerheblich, ob wir unter dem bisher geringsten Wert von 2012 landen werden. Als Klimaforscher interessiert uns in erster Linie die längerfristige Entwicklung, bei der wir seit mehreren Jahrzehnten eine klare Abnahme des Arktischen Meereises beobachten. Noch gravierender als die Abnahme der Eisausdehnung ist die Abnahme des Eisvolumens: In den letzten Jahrzehnten hat sich im Sommer nicht nur die Ausdehnung des Meereises in der Arktis etwa halbiert, sondern auch seine Dicke. Das Volumen des Meereises ist also im Sommer auf ein Viertel zusammengeschmolzen. Ein so starker Schwund des Eises ist ein klares Zeichen für eine langfristige Klimaerwärmung. Im Rahmen einer solchen längerfristigen Abnahme sind Einzelereignisse von untergeordneter Bedeutung. Das gilt sowohl für einen Sommer mit extrem wenig Eis als auch für einen, in dem wir eine Zunahme der Eisbedeckung im Vergleich zum Vorjahr beobachten: Für diese kurzfristigen Schwankungen ist das Wetter im Sommer ausschlaggebend, während der deutliche langfristige Trend die Veränderung des Klimas widerspiegelt.

Wie müssen wir uns die Arktis künftig vorstellen?

 Als ich ein kleiner Junge war, hielt ich die Arktis immer für einen mystischen Ort: unwirtlich, menschenfeindlich, faszinierend. Um zum Nordpol zu gelangen, musste man allerhand Entbehrungen auf sich nehmen. Die Entdeckergeschichten der Arktis stecken voller heroischer Taten und totalem Scheitern. Wenn sich die derzeitige Klimaerwärmung fortsetzt, werden unsere Kinder schon bald ein ganz anderes Bild haben. In wenigen Jahrzehnten würde dann das arktische Meereis im Sommer komplett abschmelzen. Der Nordpol wäre ein Punkt mitten in einem weiten Ozean, den man leicht mit dem Schiff erreichen kann. Im Lauf des nächsten Jahrhunderts könnte es dann auf der Erde so warm werden, dass sich auch im Winter kein Meereis mehr bildet. Der Arktische Ozean wäre das ganze Jahr über eisfrei. Parallel zu dieser Entwicklung würde der Eispanzer Grönlands weiter abschmelzen. Als Folge dürfte sich die Arktis in fast allen Aspekten gravierend verändern. Der Schiffsverkehr entlang der nördlichen Seewege würde wohl stark zunehmen. Schließlich sind die Routen von Europa nach Ostasien oder zur Westküste Amerikas über den Nordpol deutlich kürzer als die durch den Suez- oder den Panamakanal. Auch der Abbau von Bodenschätzen im Arktischen Ozean dürfte stark zunehmen, weil unter den riesigen Schelfgebieten in der Nähe der Küsten gewaltige Öl- und Gasvorkommen liegen. Viele Tierarten werden vermutlich aussterben, andere werden vom wärmeren Wasser im Nordmeer profitieren. Die Lebensweise der indigenen Völker wird sich gravierend verändern müssen. So werden die Eskimos ihre traditionellen Hundeschlitten in Zukunft kaum noch als Transportmittel nutzen können. Laut unseren Modellsimulationen könnte es aber auch in Zukunft noch das ganze Jahr über Meereis in der Arktis geben. Doch dazu dürften wir nur noch etwa ein Drittel der bekannten Öl-, Kohle- und Gasvorräte verbrennen. Die Entscheidung über die Zukunft des Klimas liegt tatsächlich zu großen Teilen bei uns Menschen.

Welchen Effekt hat das auf unser Klima?

 Wir sehen sowohl in den Messdaten als auch in allen unseren Modellsimulationen, dass sich die Arktis deutlich schneller erwärmt als der Rest der Erde. Die Arktis ist das wichtigste Frühwarnsystem des Erdklimas. Möglicherweise spüren wir schon heute hier in Mitteleuropa erste Auswirkungen der Veränderung in der Arktis. Denn durch die starke Erwärmung dort nimmt der Temperaturunterschied zu unseren Breiten ab, was Auswirkungen auf die Stärke des Jetstreams hat. Dieses Windsystem, das in großer Höhe Luft von Nordamerika nach Europa weht, wird vor allem vom Temperaturunterschied zwischen der Arktis und den mittleren Breiten angetrieben. Wenn er abnimmt, schwächt sich auch der Jetstream ab. Das bedeutet, dass Flugzeuge auf ihrem Weg nach Europa weniger Rückenwind haben. Aber auch aus klimatischer Sicht hätte eine Abnahme des Jetstreams spürbare Folgen. Es gibt Hinweise darauf, dass ein schwächerer Jetstream stärker mäandrieren würde – das heißt: Ausbuchtungen nach Norden oder Süden entwickeln würde. Durch eine Ausbuchtung nach Süden kann etwa im Winter Luft aus der Arktis leichter in unsere Breiten gelangen, sodass wir plötzlich inmitten der Klimaerwärmung bei uns einen eisig kalten Winter bekommen. Im Umkehrschluss gelangt auf der Rückseite der Ausbuchtung warme Luft in die Arktis, wo es dann einen extrem warmen Winter gibt. Die Schwächung des Jetstreams könnte auch dazu führen, dass einzelne Wettersysteme längere Zeit über einer bestimmten Region verharren. Sie werden sozusagen nicht mehr so effektiv vom Jetstream weitergepustet. Laut einigen jüngeren Studien könnte das im Mittel zu konstanteren Wetterlagen bei uns führen. Eine heiße Wetterlage könnte damit ebenso stabiler sein wie eine regenreiche Wetterlage – mit entsprechenden Folgen für die Landwirtschaft und den Wasserspiegel der Flüsse: Dürren würden länger anhalten und schlimmere Folgen haben, und auch das Ausmaß von Überschwemmungen würde zunehmen.

In den letzten Jahren wurde vor enormen Mengen an Methan-Gas gewarnt, das tauende arktische Permafrostböden freisetzen. Das könnte den Klimawandel massiv antreiben. Hat sich das bestätigt?

Tatsächlich können aus tauenden Permafrostböden große Mengen des Treibhausgases Methan in die Atmosphäre gelangen. Dieses Gas kann Wärme etwa 30 Mal so effektiv aufnehmen und zur Erdoberfläche zurückstrahlen wie Kohlendioxid, ein Kilogramm Methan in der Atmosphäre erwärmt also die Erde genauso stark wie 30 Kilogramm Kohlendioxid. Wie sehr das Methan aus Permafrostböden die künftige Entwicklung des Erdklimas beeinflussen kann, hängt aber stark davon ab, wie schnell es freigesetzt wird. Denn Methan verbleibt nur wenige Jahrzehnte in der Atmosphäre und zerfällt schließlich in das weniger effektive Treibhausgas Kohlendioxid. Falls der Methan-Ausstoß aus Permafrostböden also sehr schnell vonstatten ginge, könnte das Methan seine volle Wirkung aufs Erdklima entfalten. Bei einer langsamen Freisetzung würde die Konzentration von Methan in der Atmosphäre deutlich weniger steigen, weil ständig auch Methan zerfiele. Die meisten mit diesem Thema befassten Wissenschaftler gehen im Moment davon aus, dass die Freisetzung von Methan aus Permafrostböden relativ langsam verlaufen wird, sodass zumindest in näherer Zukunft durch Methan keine schlimmen Folgen für das Klimasystem der Erde zu erwarten sind.

Der globale Meeresspiegelanstieg würde sich massiv beschleunigen, wenn der heute relativ langsam schmelzende Eispanzer auf Grönland instabil wird. Ein komplettes Abschmelzen könnte den Pegel um sieben Meter anschwellen lassen. Bisher galt: Es würde mehrere Jahrtausende dauern, bis der grönländische Eisschild vollständig abtaut. Ist das noch haltbar?

Es ist nach wie vor schwierig, die Geschwindigkeit, mit der das mehrere Kilometer dicke Eis auf Grönland schmilzt, genau vorherzusagen. Sicher ist, dass es auch bei einer deutlichen Erwärmung viele Jahrhunderte dauern wird, bis das gesamte Eis verschwunden ist. Für dieses Jahrhundert erwarten wir, dass schmelzendes Eis aus Grönland bis zu etwa 10 Zentimeter zum Meeresspiegelanstieg beiträgt. Einen ähnlichen Beitrag erwarten wir durch ein beginnendes Abschmelzen des antarktischen Eisschildes. Hierbei gibt es aber eine Besonderheit: Eine Reihe von Studien deuten darauf hin, dass es in der Antarktis Teile des Eisschildes gibt, bei denen sich ein einmal begonnenes Abschmelzen – genauer gesagt, ein Abfließen in den Ozean – ab einem bestimmten Schwellenwert nicht mehr stoppen lässt. Das hängt damit zusammen, dass aufgrund der geografischen Verhältnisse in Teilen der westlichen Antarktis das Eis umso schneller vom Landesinneren in den Ozean fließt, je weiter sich die Eiskante zurückzieht. Ab einem bestimmten Rückgang der Eiskante ließe sich das komplette Abrutschen der Eismasse dahinter nicht mehr aufhalten, sodass ein Meeresspiegelanstieg um einige Meter im Verlauf der nächsten Jahrhunderte unausweichlich wäre. Zurzeit versuchen wir herauszufinden, ab welchem Grad der globalen Erwärmung das Eis anfängt, unaufhaltsam abzurutschen.

Wie unterscheidet sich sonst die Entwicklung der Antarktis von der im hohen Norden? Und was sind die Gründe dafür?

Wir sehen vor allem beim Meereis einen deutlichen Unterschied zwischen Arktis und Antarktis: In der Arktis geht es rapide zurück, in der Antarktis dehnt es sich sogar leicht aus. Dies liegt daran, dass in der Arktis das Eis ringsum fast vollständig von Land eingeschlossen ist. Seine Ausdehnung hängt daher primär davon ab, wie sehr es im Sommer schmilzt. In der Antarktis treibt das Eis hingegen frei auf dem Ozean. Seine Ausdehnung wird stark von den ablandigen Winden bestimmt. Die haben in einigen Regionen des südlichen Ozeans in den letzten Jahren zugenommen und verteilen entsprechend dort das Eis im Winter über eine größere Fläche. Auch Veränderungen der Ozeanzirkulation könnten eine Rolle bei der Zunahme des Meereises in der Antarktis spielen: Im Südlichen Ozean gibt es laut Modellsimulationen natürliche Schwankungen in den Strömungen, die sich auf Zeitskalen von mehreren Jahrzehnten abspielen. Die Zunahme der ablandigen Winde in manchen Regionen der Antarktis ist eindeutig, und gerade in diesen Regionen sehen wir auch eine Zunahme des Meereises. Zurzeit versuchen wir zu verstehen, was die Veränderungen in den Windsystemen verursacht hat. Ein Antrieb scheint das Ozonloch über der Antarktis zu sein, das in höheren Schichten der Atmosphäre in den letzten Jahrzehnten zu einer Abkühlung geführt hat. Das beeinflusst indirekt auch die bodennahe Zirkulation, was – wie Simulationen ergaben – die Zunahme der Winde erklären konnte. Noch ist aber unklar, wie robust dieses Ergebnis ist.

Wie wird es mit dem Eis in der Antarktis wohl weitergehen?

Unsere Simulationen sagen bei zunehmender Erwärmung in der Antarktis eine Abnahme des Meereises voraus. Schon heute schmilzt regelmäßig im Sommer fast das gesamte Meereis dort ab: Es driftet, vom Wind getrieben, langsam nordwärts, gerät in wärmeres Wasser und schmilzt. Wenn in Zukunft die Eismenge abnimmt, die sich im Südlichen Ozean im Winter bildet, wird das vor allem Auswirkungen auf die globale Ozeanzirkulation haben. Man muss dazu wissen, dass sich nur im Südlichen Ozean und vor der Küste Grönlands Meerwasser bildet, das schwer genug ist, um auf den Grund zu sinken. Denn nur dort ist das Wasser dazu kalt und salzig genug. Im Südlichen Ozean hängt die Tiefenwasserbildung direkt vom Meereis ab, das nur einen Salzgehalt von wenigen Promille hat. Bei seiner Bildung wird das Meersalz zu einem Großteil ins Wasser abgegeben, das dadurch salziger wird und absinkt. Wenn sich weniger Meereis bildet, wird auch weniger Salz frei, und die Bildung von Tiefenwasser nimmt ab. Zurzeit ist die räumliche Auflösung unserer Modelle noch zu ungenau, um detailliert vorhersagen zu können, welche Folgen das für die globale Ozeanzirkulation haben wird.