Kippunkte im Klimasystem
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Methanfreisetzung aus aufgetautem Permafrostboden
Schmelzen des Grönlandeises
Ozonloch über Nordeuropa
Rückgang der borealen Wälder
Unterdrückung der atlantischen Tiefenwasserbildung
Störung der marinen Kohlenstoffpumpe
Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
Verlagerung des westafrikanischen Monsuns
Destabilisierung des indischen Monsuns
Änderung von El Niño
Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Antarktisches Ozonloch
Kippunkte im Klimasystem - eine interaktive Karte
© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2014 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten.
Bildnachweis: Astrofoto (NASA), Sörth
Fundamente Geographie Oberstufe ISBN: 978-3-12-104530-3 Online-Code: n4zj36
1
Methanfreisetzung aus aufgetautem Permafrostboden
Schmelzen des Grönlandeises
Ozonloch über Nordeuropa
Rückgang der borealen Wälder
Unterdrückung der atlantischen Tiefenwasserbildung
Störung der marinen Kohlenstoffpumpe
Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
Verlagerung des westafrikanischen Monsuns
Destabilisierung des indischen Monsuns
Änderung von El Niño
Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Antarktisches Ozonloch
1 - Methanfreisetzung aus aufgetautem Permafrostboden In den Permafrostböden der borealen Zone lagern riesige Mengen des hochwirksamen Treibhausgases Methan. Die globale Erwärmung würde Permafrost-Gebiete zum Schmelzen bringen und damit Teile der dortigen Methanvorkommen freisetzen. Dies würde wiederum den Treibhauseffekt verstärken, was eine weitere globale Erwärmung mit all ihren Folgen nach sich ziehen würde. Unbekannt ist bislang allerdings noch, wie stabil die Methanvorkommen sind und wie stark sie auf eine Erwärmung reagieren. Letzteres gilt vor allem für die riesigen Vorkommen der unter dem Meeresboden der Kontinentalabhänge lagernden Methanhydrate.
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Methanfreisetzung aus aufgetautem Permafrostboden
Schmelzen des Grönlandeises
Ozonloch über Nordeuropa
Rückgang der borealen Wälder
Unterdrückung der atlantischen Tiefenwasserbildung
Störung der marinen Kohlenstoffpumpe
Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
Verlagerung des westafrikanischen Monsuns
Destabilisierung des indischen Monsuns
Änderung von El Niño
Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Antarktisches Ozonloch
2 - Rückgang der borealen Wälder Die borealen Nadelwälder umfassen ca. ein Drittel der weltweiten Waldfläche und sind ein besonders wichtiger Kohlenstoff-Speicher. Mit der Klimaerwärmung erhöht sich der auf sie wirkende Stress: Die Bäume werden anfälliger gegenüber Krankheiten und Schädlingen und können so zusätzlichen Belastrungen wie Stürmen und extremen Temperaturen nicht mehr standhalten. Trockenperioden führen zu Wassermangel und erhöhter Verdunstung sowie zum leichteren Ausbruch von Feuern und Krankheiten. In der Summe ist mit einem erheblichen Rückgang der borealen Waldflächen zu rechnen, der durch menschliche Nutzung noch vergrößert wird. Mit dem Rückgang der Waldflächen kann es zur Ausbildung von Grasland kommen, wodurch die Bodenfeuchte noch weiter abnimmt. Mögliche globale Folgen: eine Zunahme der atmosphärischen Kohlendioxid-Konzentration und damit eine erhebliche Verstärkung der globalen Erwärmung. Als Kipppunkt, der zum Kollaps der borealen Wälder führt, nehmen Wissenschaftler eine globale Erwärmung um 30°C an.
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Ozonloch über Nordeuropa
Rückgang der borealen Wälder
Unterdrückung der atlantischen Tiefenwasserbildung
Störung der marinen Kohlenstoffpumpe
Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
Verlagerung des westafrikanischen Monsuns
Destabilisierung des indischen Monsuns
Änderung von El Niño
Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Antarktisches Ozonloch
3 - Störung der marinen Kohlenstoffpumpe Die Weltmehre sind der größte Speicher von Kohlenstoff und – indem sie natürliches und anthropogenen Kohlendioxid aus der Luft aufnehmen - die wichtigste Kohlendioxid-Senke. Steigt die Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre, erhöht sich auch dessen Eintrag ins Meer. Dort bildet das Kohlendioxid mit Wasser Kohlensäure, was wiederum zu einer Versauerung des Meerwassers führt. Bei einem langsamen Eintrag von Kohlendioxid ins Meer wird dieses bis in die Tiefe hinunter gemischt (Kohlenstoffpumpe). Mit der steigenden Versauerung wird das chemische Gleichgewicht jedoch gestört, d.h. die Kohlenstoffpumpe wird geschwächt oder funktioniert nicht mehr korrekt. Dies hat wiederum Auswirkungen auf viele Meereslebewesen wie Muscheln, Schnecken, Korallen und bestimmte Planktongruppen, die für den Knochen- und Schalenaufbau Kalk benötigen, das sie dem Meer entnehmen. Mit der Versauerung des Wassers wird jedoch der Knochen- und Schalenaufbau behindert, was zum Absterben dieser Populationen führen kann – mit fatalen Folgen für die gesamte Nahrungskette in den Ozeanen.
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Schmelzen des Grönlandeises
Ozonloch über Nordeuropa
Rückgang der borealen Wälder
Unterdrückung der atlantischen Tiefenwasserbildung
Störung der marinen Kohlenstoffpumpe
Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
Verlagerung des westafrikanischen Monsuns
Destabilisierung des indischen Monsuns
Änderung von El Niño
Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Antarktisches Ozonloch
4 - Austrocknung des amazonischen Regenwaldes Die tropischen Regenwälder, auch als grüne Lunge des Planeten bezeichnet, nehmen gewaltige Mengen an Kohlendioxid aus der Luft auf und geben in gleichem Maße Sauerstoff ab. Unter den tropischen Regenwaldgebieten der Erde ist der Amazonas-Regenwald das mit Abstand größte. Eine Besonderheit des tropischen Regenwaldes ist, dass er den lebenswichtigen Niederschlag in gewissem Sinne selbst produziert. Ein Großteil der Niederschläge wird von den Pflanzen aufgenommen, zwischengespeichert und dann wieder an die Atmosphäre abgegeben (Evapotranspiration). Somit kann das verdunstete Wasser wieder als Niederschlag fallen. Ohne Wald würden die Niederschläge sofort versickern oder über die Flüsse ins Meer abfließen. Eine globale Klimaerwärmung könnte eine Austrocknung des Regenwaldgebietes bewirken, sodass das selbsterhaltende System zusammenbricht. Der Vorgang würde noch verstärkt durch die rücksichtlose Waldvernichtung: Holzeinschläge, Brandrodung, Ausbau der Infrastruktur, Umwandlung der Wälder in Weideland und landwirtschaftlich genutzte Flächen, z.B. für den Sojaanbau. Mit der Austrocknung und dem Rückgang der Waldgebiete wird nicht nur das wohl artenreichste Land-Ökosystem der Erde zerstört. Gleichzeitig ginge auch dessen Kapazität zur Bindung von Kohlendioxid aus der Luft verloren. Andererseits wird durch die Brandrodung zusätzliches Kohlendioxid freigesetzt, wodurch die globale Klimaerwärmung einen weiteren Anschub erhielte. © Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2014 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten.
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Ozonloch über Nordeuropa
Rückgang der borealen Wälder
Unterdrückung der atlantischen Tiefenwasserbildung
Störung der marinen Kohlenstoffpumpe
Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
Verlagerung des westafrikanischen Monsuns
Destabilisierung des indischen Monsuns
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Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Antarktisches Ozonloch
5 - Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung In Abhängigkeit von Temperatur und Salzgehalt ist die Dichte des Meerwassers unterschiedlich. Wird Wasser abgekühlt oder erhöht sich der Salzgehalt, nimmt die Dichte zu. Dadurch wird eine Konvektion ausgelöst: Abgekühltes bzw. stark salzhaltiges Wasser sinkt ab und wärmeres Wasser steigt aus der Tiefe nach oben (thermohaline Konvektion). Das aufsteigende Tiefenwasser bringt lebenswichtige Nährstoffe nach oben. Durch den Eintrag von größeren Süßwassermengen, z.B. infolge der Eisschmelze, kann die Konvektion der Wassermassen unterdrückt werden. Infolge des verringerten Tiefenwasseraufstiegs gelangen auch weniger Nährstoffe an die Meeresoberfläche, die Pflanzen und Tierwelt gerät in Gefahr.
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Ozonloch über Nordeuropa
Rückgang der borealen Wälder
Unterdrückung der atlantischen Tiefenwasserbildung
Störung der marinen Kohlenstoffpumpe
Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
Verlagerung des westafrikanischen Monsuns
Destabilisierung des indischen Monsuns
Änderung von El Niño
Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Antarktisches Ozonloch
6 - Kollaps des westantarktischen Eisschildes Da die Antarktis eine sehr große zusammenhängende Eismasse mit einer hohen Albedo darstellt, ist ein Schmelzen trotz der zu erwartenden globalen Erwärmung ausgeschlossen. Niederschläge fallen hier als Schnee und vergrößern noch den Eisschild. Anders ist die Situation in den Randzonen, und hier insbesondere in der weit in die See herausragenden Westantarktis. Hier herrschen höhere Temperaturen. Aufgrund einer weiteren Erwärmung des Wassers und des Klimas könnten größere Teile des westantarktischen Eisschildes abbrechen, ins Meer fließen und dort schmelzen. Damit würden auch die dahinter liegenden Kontinentaleismassen ins Fließen geraten. Berechnungen mit Klimamodellen besagen, dass durch den vollständigen Kollaps des Eisschildes der globale Meeresspiegel um bis zu 5 Meter steigen würde.
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Ozonloch über Nordeuropa
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Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
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Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Antarktisches Ozonloch
7 - Antarktisches Ozonloch Die Ozonschicht über der Antarktis wurde in der Vergangenheit durch die FCKW-Emissionen stark geschädigt. Seitdem diese Chemikalien weltweit verboten sind, ist eine Regeneration der Ozonschicht zu beobachten. Eine Entwarnung ist dennoch nicht angesagt. Das Wechselspiel zwischen atmosphärischem Ozonabbau und der Erwärmung der Erdatmosphäre könnte das Ozonloch in der Arktis wieder vergrößern. Dies lässt sich wie folgt erklären: Die meisten Treibhausgase erwärmen zwar die Troposphäre, kühlen aber im Gegenzug die Stratosphäre deutlich ab. Stratosphärische Wolken mit ihren tiefen Temperaturen würden aber den Ozonabbau begünstigen.
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Ozonloch über Nordeuropa
Rückgang der borealen Wälder
Unterdrückung der atlantischen Tiefenwasserbildung
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Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
Verlagerung des westafrikanischen Monsuns
Destabilisierung des indischen Monsuns
Änderung von El Niño
Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Antarktisches Ozonloch
8 - Schmelzen des Grönlandeises Grönland, die größte Insel der Erde, ist zu rund 80 % von einem bis zu 3000 Meter mächtigen Eispanzer bedeckt. Infolge der überdurchschnittlichen Erwärmung der Arktis, beginnt das Eis an der Oberfläche zu schmelzen. Dadurch entstehen Seen, deren Wasser das Sonnenlicht besser aufnehmen als das helle Eis und sich dadurch noch mehr erwärmen (Eis-Albedo-Rückkoppelung). In den letzten 30 Jahren ist die Meereisbedeckung so rasant zurückgegangen, dass Wissenschaftler vermuten, dass der Kipppunkt hier bereits überschritten wurde. Ein wahrscheinliches vollständiges Abschmelzen des grönländischen Eisschildes würde den Meeresspiegel um bis zu 7 Meter ansteigen lassen.
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Ozonloch über Nordeuropa
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Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Antarktisches Ozonloch
9 - Unterdrückung der atlantischen Tiefenwasserbildung Dies ist wohl das am intensivsten erforschte und bekannteste Kippelement. Der warme Nordatlantikstrom (nicht identisch mit dem Golfstrom, der von Winden angetrieben wird) wird von Dichteunterschieden der Wassermassen angetrieben (vgl. thermohaline Konvektion, Kipppunkt 5). Das relativ warme Wasser des Nordatlantikstroms fließt an der Oberfläche nach Norden und kühlt sich dabei langsam ab. Infolge von Verdunstung steigt der Salzgehalt des Oberflächenwassers, das wegen seiner höheren Dichte in die Tiefe sinkt und dort nach Süden fließt. Zum Ausgleich strömt aus den Tropen warmes Oberflächenwasser in nördliche Richtung, sodass eine großräumige Zirkulation entsteht. Dieser Wärmetransport sorgt für das vergleichsweise milde Klima in West- und Nordeuropa. Durch die Klimaerwärmung sind folgende Prozesse möglich: Die großräumige Zirkulation könnte erlahmen, wenn das Oberflächenwasser im Nordatlantik sich nicht mehr so stark abkühlen würde. Die Niederschläge würden zunehmen und zusätzliches Süßwasser (durch Schmelzen des grönländischen Eispanzers) würde die Dichte des Wassers und die Tiefenwasserbildung beeinträchtigen bzw. verhindern. Versiegt der Nordatlantikstrom, so kommt es in Nordeuropa zu einer Abkühlung – mit schwerwiegenden Folgen: Erwärmung der Wassermassen in der Tiefsee und zusätzlicher Meeresspiegelanstieg um bis zu 1 Meter. Verbunden sind damit u.a. Auswirkungen auf die marinen Ökosysteme und die Fischereiwirtschaft. © Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2014 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten.
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Ozonloch über Nordeuropa
Rückgang der borealen Wälder
Unterdrückung der atlantischen Tiefenwasserbildung
Störung der marinen Kohlenstoffpumpe
Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
Verlagerung des westafrikanischen Monsuns
Destabilisierung des indischen Monsuns
Änderung von El Niño
Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Antarktisches Ozonloch
10 - Ozonloch über Nordeuropa Hier greifen die gleichen Prozesse, die beim antarktischen Ozonloch beschriebenen wurden (Kipppunkt 7). Auch in Nordeuropa bzw. der Arktis könnte sich das Ozonloch aufgrund klimatischer Effekte in Zukunft vergrößern. Denn die Erwärmung der Atmosphäre wurde eine Abkühlung der Stratosphäre bedingen. Dadurch käme es zur Ausbildung von Eiswolken, die wiederum den Katalysator für den Ozonabbau liefern.
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Ozonloch über Nordeuropa
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Austrocknung des amazonischen Regenwaldes
Kollaps des westantarktischen Eisschildes
Schmelzen des arktischen Meereises
Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus
Ergrünung der Sahara
Verlagerung des westafrikanischen Monsuns
Destabilisierung des indischen Monsuns
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Unterdrückung der antarktischen Tiefenwasserbildung
Antarktisches Ozonloch
11 - Schmelzen des arktischen Meereises In der Arktis sind die durchschnittlichen Temperaturen in den letzten 100 Jahren fast doppelt so schnell gestiegen wie im globalen Mittel. Als Folge nahm die Ausdehnung des Meereises rasant ab. Zu erklären ist dieser Effekt im Wesentlichen mit der Eis-Albedo Rückkoppelung (vgl. Kipppunkt 8 – Schmelzen des Grönlandeises). Klimamodelle kommen zu dem Resultat, dass das Meereis in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts im Spätsommer fast vollständig verschwindet. Wie bei der Grönlandeisschmelze könnte der Kipppunkt auch hier bereits erreicht, wenn nicht sogar überschritten sein.
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Ozonloch über Nordeuropa
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12 - Verlagerung des westafrikanischen Monsuns Wie in Indien existiert auch in Westafrika ein Monsunsystem, das durch den lokalen Temperaturunterschied zwischen Nord- und Südhemisphäre gesteuert wird. Durch die Rodung der Küstenwälder und steigende Temperaturen des Oberflächenwassers des Atlantischen Ozeans könnte sich auch der Monsun ändern. Je nach Art der Änderung (Verstärkung oder Abschwächung) könnte die Trockenheit im Sahel zunehmen. Die Niederschläge könnten aber auch zunehmen, sodass sich eine üppigere Vegetation ausbreiten und der Sahel bzw. die Sahara ergrünen würde. Auf einen nahen Kipppunkt weist die Tatsache hin, dass auch die Austrocknung der Sahara vor ca. 6000 Jahren viel schneller erfolgte, als sich die Randbedingungen änderten.
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Ergrünung der Sahara
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Destabilisierung des indischen Monsuns
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Antarktisches Ozonloch
13 - Ergrünung der Sahara Das Ergrünen der Sahara bzw. der Sahelzone (vgl. Kipppunkt 12) ist ein Beispiel für einen Kipppunkt mit positiven Folgen. Die Hoffnung auf eine Ergrünung der Sahara ist jedoch wenig realistisch, da aufgrund des starken Bevölkerungsdrucks und unzureichender Ernährungsgrundlage die Pflanzen erfahrungsgemäß schon während ihres frühen Wachstums von Menschen und Nutztieren geschädigt werden. Bei einer großflächigen Ergrünung könnten allerdings der Bodenabtrag durch Staubstürme verhindert werden, womit die Bodenfruchtbarkeit und die Ernteerträge deutlich zunehmen würden.
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Antarktisches Ozonloch
14 - Oberflächenverdunklung des Tibet-Plateaus Wenn aufgrund der globalen Erwärmung die Schneebedeckung des Tibet-Hochlands zurückgeht bzw. verschwindet (vgl. Eis-Albedo-Rückkopplung, Kippunkte 8 und 11), werden auch die regionalen Temperaturen zunehmen. Dies hätte nicht nur Auswirkungen auf Tibet selbst, sondern auch auf die umliegenden Länder, die auf das stetige Schmelzwasser aus dem Himalaya angewiesen sind. Diskutiert wird auch ein möglicher Einfluss auf den indischen Monsun (vgl. Kipppunkt 15).
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Antarktisches Ozonloch
15 - Destabilisierung des indischen Monsuns Der Monsun mit seinen jahreszeitlich wechselnden Winden und Niederschlägen ist ein z.T. selbsterhaltendes System. Er ist das Ergebnis der unterschiedlich starken Aufheizung von großen Land- und Meeresflächen (Winter- bzw. Nordostmonsun) bzw. des sich im Laufe des Jahres verschiebenden planetarischen Windsystems (Sommer- bzw. Südwestmonsun). Ungeklärt ist bislang, wie sich die globale Erwärmung auf das indische Monsunsystem auswirkt. Zwei Annahmen werden diskutiert. Infolge der höheren Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre steigt die Temperatur besonders über den Landflächen stark an und das Hitzetief verstärkt sich. Dies würde zu einer Verstärkung der sommerlichen Monsunströmung mit mehr Niederschlägen führen. Andererseits könnten durch eine stärkere Anreicherung von Aerosolen („Luftverschmutzung“) über Indien und China die Sonnenstrahlen stärker reflektiert (ins Weltall zurückgestrahlt) werden, sodass die am Boden eingestrahlte Energie abnimmt. Dadurch würde sich die Luft über dem Kontinent weniger stark erwärmen. Folge: Der Sommermonsun wäre weniger stark ausgeprägt oder fiele im Extremfall sogar ganz aus.
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16 - Änderung von El Nino Das in unregelmäßigen Abständen alle paar Jahre wiederkehrende El Nino-Phänomen könnte sich durch den Einfluss des Menschen in Häufigkeit und Stärke ändern. Bei El Nino tritt eine großräumige Erwärmung der oberen Wasserschichten im gesamten Pazifik auf (im Durchschnitt alle vier Jahre). Ursache ist eine Abschwächung der Passatwinde, die in der Regel ganzjährig im Gebiet des tropischen Pazifiks wehen. Ändern sich die pazifischen Oberflächentemperaturen infolge der globalen Klimaerwärmung, hat das Auswirkungen auf die atmosphärische Zirkulation. In den trockenen Gebieten Südamerikas kann es dann zu starken Niederschlägen mit Überschwemmungen kommen, während in Indonesien und Australien Dürren auftreten. Berechnungen mit Klimamodellen weisen ferner darauf hin, dass die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre eine starke Erwärmung des Ostpazifiks mit sich bringen könnte, und umgekehrt eine erheblich geringere Erwärmung des Westpazifiks. Das würde u.U. ein häufigeres Auftreten von El-Nino-Situationen bewirken. Klimaforscher befürchten zudem eine Verstärkung der Schwankungen von Jahr zu Jahr.
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