FAQ 12.3 | Was würde mit dem zukünftigen Klima geschehen, wenn wir heute die Emissionen stoppen würden?

Emissionen heute zu stoppen, ist kein plausibles Szenario, aber es ist einer von mehreren idealisierten Fällen, die Einblicke in die Reaktionsmechanismen des Klimasystems und des Kohlenstoffkreislaufs geben. Infolge der vielen Zeitskalen im Klimasystem ist die Beziehung zwischen einer Emissionsänderung und der Reaktion des Klimasystems recht komplex, wobei manche Änderungen noch lange, nachdem die Emissionen eingestellt wurden, auftreten. Modelle und Prozessverständnis zeigen, dass infolge der großen Trägheit der Ozeane und der langen Lebensdauer vieler Treibhausgase, vor allem von Kohlenstoffdioxid, ein Großteil der Erwärmung Jahrhunderte lang anhalten würde, nachdem der Ausstoß von Treibhausgasen gestoppt wurde.

Treibhausgase, die in die Atmosphäre emittiert wurden, werden durch chemische Reaktionen mit anderen reaktiven Komponenten abgebaut oder, im Fall von Kohlendioxid (CO2), mit dem Ozean und dem Land ausgetauscht. Diese Prozesse beeinflussen die Lebensdauer des Gases in der Atmosphäre, die als die Zeit definiert wird, in der sich eine Anfangskonzentration um den Faktor e (2,71) verringert. Die Verweildauer von Treibhausgasen und Aerosolen in der Atmosphäre variiert stark von Tagen bis zu Jahrtausenden. Aerosole zum Beispiel haben eine Lebensdauer von Wochen, Methan (CH4) von ungefähr zehn Jahren, Lachgas (N2O) von ungefähr 100 Jahren und Hexafluorethan (C2F6) von circa 10 000 Jahren. Bei CO2 ist es komplizierter, da es durch vielfache physikalische und biogeochemische Prozesse im Ozean und an Land aus der Atmosphäre entfernt wird, die alle auf unterschiedlichen Zeitskalen ablaufen. Nach einer Pulsemission von etwa 1 000 PgC wird etwa die Hälfte innerhalb einiger Jahrzehnte entfernt, aber der übrige Teil verbleibt deutlich länger in der Atmosphäre. Nach 1 000 Jahren befinden sich immer noch 15 bis 40 % des in dem Puls emittierten CO2 in der Atmosphäre.

Infolge der beträchtlichen Lebensdauer wichtiger anthropogener Treibhausgase wird die erhöhte atmosphärische Konzentration aufgrund bereits erfolgter Emissionen lange, nachdem die Emissionen eingestellt wurden, bestehen bleiben. Bei einem Emissionsstopp würden die Treibhausgaskonzentrationen nicht sofort auf ihre vorindustriellen Werte zurückfallen. Die Methankonzentration würde innerhalb von etwa 50 Jahren annähernd auf ihr vorindustrielles Niveau absinken, N2O-Konzentrationen bräuchten mehrere Jahrhunderte, während die CO2-Konzentration innerhalb von für unsere Gesellschaft relevanten Zeitskalen im Wesentlichen gar nicht zum vorindustriellen Stand zurückkehren würde. Änderungen der Emissionen kurzlebiger Stoffe wie Aerosole würden hingegen nahezu unmittelbar zu Konzentrationsänderungen führen.

Die Reaktion des Klimasystems auf den Antrieb durch Treibhausgase und Aerosole ist durch eine Trägheit gekennzeichnet, die vor allem vom Ozean bestimmt wird. Der Ozean besitzt eine sehr hohe Wärmekapazität, und das Oberflächen- und das Tiefenwasser vermischen sich nur langsam. Das bedeutet, dass es mehrere Jahrhunderte dauert, bis der gesamte Ozean sich erwärmt und sich ein Gleichgewicht mit dem veränderten Strahlungsantrieb einstellt. Der obere Ozean (und folglich auch die Kontinente) wird sich so lange weiter erwärmen, bis eine Erdoberflächentemperatur erreicht ist, die im Gleichgewicht mit diesem neuen Strahlungsantrieb steht. Der AR4 zeigte, dass sich die Erdoberfläche im Lauf des 21. Jahrhunderts weiterhin um circa 0,6 °C im Vergleich zum Jahr 2000 erwärmen würde, wenn die Treibhausgaskonzentrationen auf dem heutigen Niveau konstant blieben. Dies ist der unabwendbare Klimawandel bei heutigen Konzentrationen („constant composition commitment“), in FAQ 12.3 Abbildung 1 grau dargestellt. Gleichbleibende Emissionen auf heutigem Niveau würden die atmosphärische Konzentration weiter erhöhen und zu einer viel stärkeren Erwärmung als bisher beobachtet führen (FAQ 12.3, Abbildung 1, rote Linien).

Selbst wenn anthropogene Treibhausgasemissionen jetzt gestoppt würden, nähme der Strahlungsantrieb auf Grund dieser langlebigen Treibhausgaskonzentrationen in der Zukunft nur langsam in Abhängigkeit von der Lebensdauer der jeweiligen Gase (siehe oben) ab. Zudem wäre die Reaktion des Klimasystems der Erde auf diesen Strahlungsantrieb sogar noch langsamer. Die Globaltemperatur würde nicht schnell auf Änderungen der Treibhausgaskonzentrationen reagieren. CO2-Emissionen zu beseitigen würde nur zu einer nahezu konstanten Temperatur über viele Jahrhunderte führen. Würden gleichzeitig die kurzlebigen, negativen Antriebe von Sulfat-Aerosolen beseitigt (z. B. durch Luftreinhaltungsmaßnahmen), würde dies zu einer zeitweiligen Erwärmung von einigen Zehnteln Grad führen, wie in FAQ 12.3, Abbildung 1 blau dargestellt. Alle Emissionen auf null zu setzen, würde daher nach einer kurzen Erwärmungsphase zu einer annähernden Stabilisierung des Klimas über viele Jahrhunderte führen. Dies bezeichnet man auch als unabwendbaren Klimawandel aufgrund bisheriger Emissionen (“zero future emission commitment“). Die Treibhausgaskonzentration würde abnehmen und damit auch der Strahlungsantrieb, aber die Trägheit des Klimasystems würde die Reaktion der Temperatur verzögern.

Als Konsequenz der großen Trägheit des Klimas und des Kohlenstoffkreislaufs wird die globale Langzeittemperatur überwiegend von den über die Zeit insgesamt angesammelten CO2-Emissionen bestimmt, unabhängig davon, wann sie emittiert wurden. Die globale Erwärmung unterhalb eines gegebenen Niveaus zu begrenzen (z. B. 2 °C über dem vorindustriellen Niveau), bringt daher ein vorgegebenes CO2-Budget mit sich, d. h. höhere Emissionen früher erfordern stärkere Einsparungen später. Ein höheres Klimaziel erlaubt einen höheren Maximalwert der CO2-Konzentrationen und dadurch höhere kumulative CO2-Emissionen (und lässt damit z. B. eine Verzögerung der notwendigen Emissionsreduktionen zu).

Die globale Temperatur ist eine nützliche aggregierte Zahl, um das Ausmaß des Klimawandels zu beschreiben. Allerdings werden sich nicht alle Änderungen linear in der globalen Temperatur abbilden. Änderungen im Wasserkreislauf hängen zum Beispiel auch von der Art des Antriebs ab (z. B. Treibhausgase, Aerosole, Landnutzungsänderungen), langsamere Komponenten des Erdsystems wie Meeresspiegelanstieg und Eisschilde bräuchten viel länger um zu reagieren, und es könnte kritische Schwellenwerte oder abrupte oder unumkehrbare Änderungen im Klimasystem geben.

FAQ 12.3, Abbildung 1 | Auf dem Energiebilanz-Kohlenstoffkreislaufmodell MAGICC (Model for the Assessment of Greenhouse Gas-Induced Climate Change) basierende Projektionen für konstante atmosphärische Zusammensetzung (konstanter Antrieb, grau), gleichbleibende Emissionen (rot) und ein Null-Emissionen-Szenario ab 2010 (blau), jeweils mit Unsicherheitsschätzungen. Abbildung angepasst nach Hare und Meinshausen (2006) basierend auf der Kalibrierung eines einfachen Kohlenstoffkreislauf-Klimamodells mit allen CMIP3 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 3) und C4MIP (Coupled Climate Carbon Cycle Model Intercomparison Project) Modellen (Meinshausen et al., 2011a; Meinshausen et al., 2011b). Die Ergebnisse beruhen auf einer vollständigen transienten Simulation, die auf vorindustriellem Stand beginnt und alle Strahlungsantriebskomponenten beinhaltet. Die dünne schwarze Linie und die Schattierung geben die beobachtete Erwärmung und die Unsicherheit an.

 

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Diese deutsche Übersetzung sollte zitiert werden als:

IPCC 2014: Klimaänderung 2013: Naturwissenschaftliche Grundlagen. Häufig gestellte Fragen und Antworten – Teil des Beitrags der Arbeitsgruppe I zum Fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) [T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex und P.M. Midgley (Hrsg.)]. Deutsche Übersetzung durch die deutsche IPCC-Koordinierungsstelle und Klimabüro für Polargebiete und Meeresspiegelanstieg, Bonn, 2017.