Antarktische Wendepunkte: Irreversible Veränderungen bei einer Erwärmung um 2 °C

May 26, 2024

Die Verlangsamung der Zirkulation im Südpolarmeer, ein dramatischer Rückgang der Meereisfläche und beispiellose Hitzewellen geben Anlass zur Sorge, dass die Antarktis sich Kipppunkten nähern könnte.

Timothy Naish

Professor für Geowissenschaften, Te Herenga Waka – Victoria University of Wellington

Die Welt hat sich inzwischen um 1,2 °C über dem vorindustriellen Niveau erwärmt (definiert als die Durchschnittstemperatur zwischen 1805 und 1900) und der globale Meeresspiegel ist um 20 cm angestiegen.

Wenn wir das Ziel des Pariser Abkommens, die Erwärmung deutlich unter 2 °C zu halten, übertreffen, wird es zu einem deutlich stärkeren Anstieg des Meeresspiegels und häufigeren extremen Klimaereignissen kommen. Derzeit sind wir auf dem Weg, bis zum Jahr 2100 eine durchschnittliche globale Erwärmung von 3-4℃ zu erreichen.

Während die jüngsten Extreme in der Antarktis nicht unbedingt Wendepunkte darstellen, wird die anhaltende Erwärmung den Eisverlust und die Erwärmung der Ozeane beschleunigen und die Antarktis an Schwellenwerte drängen, die, wenn sie einmal überschritten werden, zu irreversiblen Veränderungen führen würden – mit globalen langfristigen, generationsübergreifenden Auswirkungen und schwerwiegenden Folgen für Mensch und Umwelt.

Das Erdsystem ist darauf ausgelegt, als Reaktion auf die Erwärmung des Klimas ein Gleichgewicht zu erreichen (ins Gleichgewicht zu kommen), aber der atmosphärische Kohlendioxidgehalt (CO₂) war vor drei Millionen Jahren das letzte Mal so hoch wie heute (423 ppm).

Es dauerte ein Jahrtausend, bis sich das Weltklima daran angepasst hatte. Als dies geschah, war die Erdoberfläche aufgrund des Schmelzens des antarktischen Eisschildes um 2 °C wärmer und der globale Meeresspiegel um 20 m höher. Damals mussten sich sogar unsere frühesten menschlichen Vorfahren noch weiterentwickeln.

Die Evolution der Menschheit konnte erst beginnen, als der CO₂-Gehalt vor etwa 2,7 Millionen Jahren unter 300 ppm sank. Seitdem schwankt die Durchschnittstemperatur der Erde zwischen 10℃ während der Eiszeiten und 14℃ während der wärmeren Zwischeneiszeit.

Während der letzten 10.000 Jahre unserer heutigen Zwischeneiszeit war der Treibhausgasthermostat der Erde auf 300 ppm CO₂ eingestellt, was eine angenehme Durchschnittstemperatur von 14℃ aufrechterhielt. Ein Goldlöckchenklima – nicht zu heiß, nicht zu kalt – aber genau richtig für das Gedeihen der menschlichen Zivilisation.

Die derzeitige globale Erwärmung bringt das Erdsystem über eine Schwelle, die die Menschheit noch nie erlebt hat, in ein Klima, in dem die Eisschelfs- und Meereseisschilde der Antarktis nicht mehr existieren können und eine Milliarde Menschen, die derzeit in Küstennähe leben, durch den steigenden Meeresspiegel ertrinken werden.

Dies wird eine Welt sein, in der Waldbrände, Hitzewellen, atmosphärische Flüsse, extreme Regenfälle und Dürren – wie wir sie letzten Sommer weltweit gesehen haben – an der Tagesordnung sein werden.

Das Erdsystem (Ozeane, Atmosphäre, Kryosphäre, Ökosysteme usw.) ist miteinander verbunden. Dies ermöglicht den Energiefluss und ermöglicht es physischen und ökologischen Systemen, im Gleichgewicht zu bleiben oder wieder ins Gleichgewicht zu kommen. Verbindungen können aber auch Abhängigkeiten bedeuten, die zu Reaktionen führen und Rückmeldungen und Konsequenzen verstärken. Änderungen haben einen Roll-on-Effekt, ähnlich wie das Umstürzen von Dominosteinen.

Rückkopplungsschleifen – zyklische Kettenreaktionen, die sich immer wieder wiederholen – können die Auswirkungen des Klimawandels stärker oder schwächer machen und manchmal das System stabilisieren, häufiger jedoch eine Reaktion mit negativen Auswirkungen verstärken.

Auch Veränderungen verlaufen nicht immer linear. Wenn eine Schwelle oder ein Wendepunkt überschritten wird, kann es auf menschlichen Zeitskalen abrupt und irreversibel sein.

Hier skizzieren wir eine Abfolge von Veränderungen und Konsequenzen, einschließlich Rückkopplungsschleifen und Schwellenwerten, am Beispiel der globalen Erwärmung, dem Abschmelzen der Eisschilde der Antarktis und dem daraus resultierenden Anstieg des Meeresspiegels.

Wir werfen einen 50-Jahres-Blick in die Zukunft, da dies für die heutigen politischen Entscheidungsträger relevant ist, aber auch viel längere Folgen für mehrere Generationen mit sich bringt. Während wir uns auf dieses Beispiel konzentrieren, gibt es viele andere Wendepunkte in der Antarktis, darunter die Auswirkungen von Süßwasser aus der Eisschmelze auf Meeresökosysteme und die Auswirkungen antarktischer Veränderungen auf die Temperatur- und Niederschlagsmuster von Aotearoa.

Sofern wir unseren aktuellen Emissionsverlauf nicht ändern, ist Folgendes zu erwarten.

Bis 2070 wird sich das Klima über der Antarktis (Te Tiri o te Moana) um mehr als 3℃ über die vorindustriellen Temperaturen erwärmen. Das Südpolarmeer wird 2℃ wärmer sein.

Als Folge gehen mehr als 45 % des sommerlichen Meereises verloren, was dazu führt, dass sich der Oberflächenozean und die Atmosphäre über der Antarktis noch schneller erwärmen, da der dunkle Ozean das weiße Meereis ersetzt, mehr Sonnenstrahlung absorbiert und als Wärme wieder abgibt. Dadurch kann warme, feuchte Luft in atmosphärischen Flüssen aus den Tropen weiter nach Süden vordringen.

Diese beschleunigte Erwärmung des antarktischen Klimas ist ein Phänomen, das als polare Verstärkung bekannt ist. Dies geschieht bereits in der Arktis, die sich zwei- bis dreimal schneller erwärmt als der globale Durchschnitt von 1,2℃, mit dramatischen Folgen für den dauerhaften Verlust von Meereis und das Abschmelzen der Eisdecke Grönlands.

Das erwärmte Wasser schmilzt die Eisschelfs, das sind schwimmende Eiszungen, die den antarktischen Eisschild stabilisieren und den Eisfluss in den Ozean verlangsamen.

Schelfeise können einen Kipppunkt überschreiten, wenn die lokalen Meerestemperaturschwellen überschritten werden, was dazu führt, dass sie dünner werden und an Stellen schwimmen, an denen sie einst durch Kontakt mit dem Meeresboden an Ort und Stelle gehalten wurden. Auch das Schmelzen an der Oberfläche schwächt das Schelfeis. In einigen Fällen füllt Wasser an der Oberfläche Risse im Eis und kann dann dazu führen, dass große Gebiete katastrophal zerfallen.

Bis 2070 wird die Hitze im Ozean und in der Atmosphäre dazu geführt haben, dass viele Schelfeise in Eisberge zerfallen, die schmelzen und ein Viertel ihres Volumens als Süßwasser in den Ozean abgeben. Bis zum Jahr 2100 werden 50 % des Schelfeises verschwunden sein. Bis 2150 wird alles geschmolzen sein.

Ohne Schelfeise, die die Eisdecke zurückhalten, werden Gletscher aufgrund der Schwerkraft noch schneller in den Ozean abfließen. Große Teile des ostantarktischen Eisschildes und fast der gesamte westantarktische Eisschild liegen auf Felsen in tiefen Senken unter dem Meeresspiegel.

Sie sind anfällig für einen irreversiblen Prozess namens Marine Ice Sheet Instability (MISI). Während sich die Ränder des Eises in die tiefen Becken zurückziehen, angetrieben durch das anhaltende Vordringen des warmen Meerwassers, wird der Eisverlust immer schneller, bis er vollständig verschwunden ist.

Eine weitere positive Rückmeldung, die so genannte Marine Ice Cliff Instability (MICI), bedeutet, dass Klippen an den Rändern des sich zurückziehenden Eisschildes instabil werden und umkippen, wodurch noch höhere Klippen freigelegt werden, die unter ihrem eigenen Gewicht kontinuierlich wie Dominosteine ​​zusammenbrechen.

Wenn die globale Erwärmung nicht unter 2 °C gehalten wird, wird der globale Meeresspiegel laut Eisschildmodellen immer schneller um bis zu 3 m pro Jahrhundert ansteigen. Zukünftige Generationen werden sich dem unaufhaltsamen Rückzug der Grönland- und Meeresabschnitte der antarktischen Eisdecke verschrieben haben, was zu einem Anstieg des globalen Meeresspiegels um bis zu 24 m führen wird.

Diese Änderungen unterstreichen die Dringlichkeit sofortiger und tiefgreifender Emissionssenkungen. Die Antarktis muss ein stabiler, eisbedeckter Kontinent bleiben, um die schlimmsten Auswirkungen des steigenden Meeresspiegels zu vermeiden.

Programme auf der ganzen Welt, darunter die Antarctic Science Platform, legen Priorität auf die Erforschung zukünftiger Veränderungen des antarktischen Eisschildes. Auch wenn die Nachrichten nicht großartig sind, bleibt noch Zeit zum Handeln.

Timothy Naish erhält Fördermittel von MBIE. Er ist Mitglied des Joint Scientific Committee des World Climate Research Programme (WCRP) und Co-Leiter eines internationalen Forschungsprogramms zur Untersuchung von Instabilitäten und Schwellenwerten in der Antarktis (INSTANT) für das Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR). Er war außerdem Hauptautor von IPCC-Bewertungsberichten.