Klimaänderung - Europäischer Sozialfonds für Deutschland

 Klimawandel

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| KLIMA | KLIMAÄNDERUNG Wichtige Erkenntnisse aus dem 4. Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen der Vereinten Nationen…
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| KLIMA | KLIMAÄNDERUNG Wichtige Erkenntnisse aus dem 4. Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen der Vereinten Nationen (IPCC) Impressum Herausgeber: Umweltbundesamt Fachgebiet I 2.1 „Klimaschutz“ Postfach 14 06 06813 Dessau-Roßlau Telefax: (0340) 21 03 22 85 E-Mail: info@umweltbundesamt.de Internet: www.umweltbundesamt.de Autoren: Claudia Mäder Redaktion: Benno Hain, Karin Kartschall, Kai Kuhnhenn, Claudia Mäder Gestaltung und Druck: KOMAG mbH Berlin-Brandenburg Bildrechte: Titelfoto: UBA / Bernd Kreuscher Seite 3: PIXELIO / Adel (Kühe) Seite 7: PIXELIO / M. Spreier (Sonne) Seite 8: Fotolia / Gesine Wintsche (gefrorenes Oderhochwasser) Seite 9: Fotolia / Vulkanisator (Vulkanausbruch) Seite 11: Fotolia / HLPhoto (Nautilus Versteinerung) Seite 13: Rahmstorf (abrupte Klimawechsel) Seite 21: Fotolia / Angela Köhler (Rodung) Seite 23: PIXELIO / Jörg Trampert (Dünenlandschaft) Seite 26: Fotolia / kkaplin (Eisberg) Seite 28: PIXELIO / BirgitH (Gletschersee) Seite 30: PIXELIO / joakant (Korallenriff) Seite 31: PIXELIO / zopfliese (Küste) Seite 38: PIXELIO / Joujou (Boden) Seite 40: PIXELIO / Marco Barnebeck / Telemarco (Pasterzengletscher) Seite 42: Fotolia / outdoorsman (Eisbären) Seite 48: PIXELIO / Rainer Sturm (Wald) Seite 49: PIXELIO / Rainer Sturm (Solarstromerzeugung) Seite 50: PIXELIO / capturware (startendes Flugzeug) Seite 55: Fotolia / cachou34 (Sturmschaden) Stand: 2009 Gedruckt auf Recyclingpapier aus 100 % Altpapier Inhalt 1. Anthropogene Klimaänderung– Bitte seit wann haben wir Kenntnis darüber?........................................................ 3 löschen 2. 3. IPCC – der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen............. 4 Ursachen von Klimaänderungen...................................................................... 6 3.1 Änderungen der ankommenden Solarstrahlung........................................... 6 3.2 Änderungen der reflektierten Solarstrahlung................................................ 7 3.3 Änderungen der in den Weltraum abgegebenen . Wärmestrahlung................................................................................................. 8 3.4 Aerosole................................................................................................................ 9 3.5 Interne Variabilität des Klimasystems........................................................... 10 4. Historische Klimaänderungen in langen Zeiträumen.................................11 4.1 Kurzfristige, abrupte Klimaänderungen....................................................... 12 5. Entwicklung der Treibhausgase in der Atmosphäre.................................. 14 6. Beobachtete Klimaänderungen..................................................................... 15 7. Projektionen zukünftiger Klimaänderungen............................................... 17 7.1 SRES-Emissionsszenarien.................................................................................. 18 7.2 Einschub – über die Leistungsfähigkeit von Klimamodellen..................... 19 7.3 Ergebnisse der Berechnungen mit Klimamodellen..................................... 22 7.4 Kipp-Punkte........................................................................................................ 26 8. Auswirkungen der Klimaänderung................................................................ 27 8.1 Beobachtete Auswirkungen der bisherigen Erwärmung........................... 27 8.2 Mögliche zukünftige Auswirkungen der Klimaänderung.......................... 29 8.2.1 Süßwasservorräte und ihre Bewirtschaftung................................................ 29 8.2.2 Ökosysteme......................................................................................................... 29 8.2.3 Landwirtschaftliche Erträge............................................................................ 30 8.2.4 Küsten und tief liegende Gebiete................................................................... 31 1 8.2.5 Gesundheit......................................................................................................... 32 1. Anthropogene Klimaänderung — 8.3 Auswirkungen der Klimaänderung in einzelnen . seit wann haben wir Kenntnis darüber? Regionen der Erde............................................................................................ 38 Anthropogene Klimaänderung bedeutet – durch den Menschen verursach- 8.3.1 Afrika................................................................................................................... 38 ter Klimawandel. Seit der Industrialisierung steigt allmählich die globale 8.3.2 Asien.................................................................................................................... 39 Mitteltemperatur der Luft in Bodennähe1. Mittlerweile hat sich die wissen- 8.3.3 Australien und Neuseeland............................................................................. 39 schaftliche Erkenntnis durchgesetzt, dass für einen bedeutenden Teil dieses Anstiegs wir Menschen verantwortlich sind. 8.3.4 Europa................................................................................................................. 40 Durch das Verbrennen fossiler Energieträger und durch großflächige Ent- 8.3.5 Lateinamerika.................................................................................................... 41 waldung wird Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre angereichert. Land- 8.3.6 Nordamerika...................................................................................................... 41 und Viehwirtschaft verursachen Gase wie Methan (CH4) und Distickstoffmo- noxid (Lachgas, N2O). Kohlendioxid, Methan und Lachgas gehören zu den 8.3.7 Polarregionen.................................................................................................... 41 treibhauswirksamen Gasen2. Sie lassen Sonnenstrahlung relativ ungehindert 8.3.8 Kleine Inseln...................................................................................................... 42 passieren, halten jedoch die von der Erdoberfläche abgestrahlte langwellige Wärmestrahlung zurück. Eine Ansammlung dieser Gase in der Atmosphäre 9. Maßnahmen zur Minderung der Klimaänderung und deren – über das bestehende Maß hinaus – führt zu einem zusätzlichen Treibhaus- Auswirkungen. .................................................................................................. 43 effekt und in der Tendenz zu einer Erwärmung der unteren Luftschichten. 9.1 Kurz- und mittelfristige Emissionsminderungen (bis 2030) . in verschiedenen Bereichen/Sektoren........................................................... 43 9.2 Langfristige Emissionsminderungen............................................................. 51 10. Politiken, Maßnahmen und Instrumente für den Klimaschutz................ 52 11. Anpassungsmaßnahmen................................................................................. 55 12. Ausblick.............................................................................................................. 57 Literatur........................................................................................................................... 59 1 Das heißt nicht unbedingt, dass es überall auf der Erde wärmer wird, sondern wenn aus allen Temperaturbeobachtungen in Bodennähe der Mittelwert gebildet wird, steigt dieser Wert mit der Zeit an. 2 Zu den durch den Menschen verursachten Treibhausgasen in der Atmosphäre zählen neben CO2, CH4 und N2O auch Halogenkohlenwasserstoffe. 2 3 Der anthropogene (durch den Menschen verursachte) Treibhauseffekt ist  Maßnahmen zur Minderung der Emissionen treibhauswirksamer Gase, seit ungefähr drei Jahrzehnten zunehmend Gegenstand wissenschaftlicher  Maßnahmen zur Anpassung an projizierte Klimaänderungen. Untersuchungen und öffentlicher Diskussionen. Im Zusammenhang mit neueren wissenschaftlichen Belegen ist er seit wenigen Jahren zu einem der Das IPCC – oft auch als Weltklimarat bezeichnet – ist ein von den Regierun- zentralen Themen in Wissenschaft und Öffentlichkeit geworden. Aber seit gen unabhängiges wissenschaftliches Gremium, in dem Hunderte Wissen- wann hat die Wissenschaft eigentlich Kenntnis über den anthropogenen schaftler aus der ganzen Welt mitwirken. Diese Wissenschaftler erarbeiten Treibhauseffekt? und bewerten anhand der aktuellen und anerkannten wissenschaftlichen Veröffentlichungen den jeweils neuesten Kenntnisstand zu den oben Schon erstaunlich lange – die Erkenntnis, dass Spurengase in der Atmosphä- genannten Themen und fassen ihn in regelmäßigen Sachstandsberichten re das Klima erwärmen, ist fast 200 Jahre alt, und erste Hinweise auf die sowie in Sonderberichten zu ausgewählten Themen zusammen. Seit dem erwärmende Wirkung anthropogener Treibhausgase liegen bereits über ersten Sachstandsbericht im Jahre 1990, der den Weg zur Klimarahmenkon- 100 Jahre zurück. Der schwedische Nobelpreisträger Svante Arrhenius be- vention in Rio de Janeiro 1992 bahnte, erschienen drei weitere umfassende rechnete im Jahre 1896 erstmals, dass eine Verdopplung des Kohlendioxid- Sachstandsberichte. Diese Berichte sind eine äußerst wichtige Arbeitsgrund- Gehaltes der Atmosphäre zu einer Temperaturerhöhung um vier bis sechs lage und Standardreferenz für Politiker und Fachexperten aus Regierungen, Grad Celsius führen würde. Im Jahre 1933 beschrieb der amerikanische Industrien und Universitäten sowie alle diejenigen, die sich detaillierter Meteorologe Kincer in der Zeitschrift Monthly Weather Review (Kincer mit dem Problem der anthropogenen Klimaänderung auseinandersetzen. 1933) ungewöhnliche Erwärmungstrends und der britische Ingenieur Cal- lendar vermutete, dass diese Trends mit einer erhöhten Kohlendioxidkon- zentration der Atmosphäre in Verbindung stünden (Callendar 1938). Auch der berühmte deutsche Klimatologe Hermann Flohn diskutierte schon 1941 WMO UNEP die globale Klimawirkung von anthropogen erhöhten CO2-Konzentrationen (Flohn 1941). IPCC In besonderem Maße weiterentwickelt und untermauert wurden die wis- senschaftlichen Erkenntnisse seit den 1980er Jahren, in denen auch der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen seine Arbeit aufnahm. Arbeitsgruppe 1 Arbeitsgruppe 2 Arbeitsgruppe 3 Task Force Wissenschaftliche Auswirkungen, Verminderung des On National Grundlagen Anpassung und Klimawandels Greenhouse Gas 2. IPCC – der Zwischenstaatliche Ausschuss für Verwundbarkeiten Inventories Klimaänderungen Abbildung 2.1: Arbeitsgruppen des IPCC Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen – IPCC (Inter- Die Sachstandsberichte des IPCC unterliegen einem umfangreichen Begut- governmental Panel on Climate Change) wurde 1988 von der Weltorga- achtungsprozess. Sie bestehen aus zahlreichen Teilen, deren Erarbeitung nisation für Meteorologie (WMO) und dem Umweltprogramm der Verein- von Autorenteams geleitet wird. Die Entwürfe für diese Teilberichte können ten Nationen (UNEP) ins Leben gerufen. Folgende Themen stehen im von allen interessierten Wissenschaftern kommentiert werden. Ein von den Mittelpunkt der Arbeiten dieses Gremiums: Autorenteams unabhängiges Gutachter-Gremium sichtet die Kommentare und beaufsichtigt die Überarbeitung der Entwürfe. Im Anschluss folgt eine  Wissenschaftliche Grundlagen der anthropogenen weitere Begutachtungsrunde. Das Verfahren ist ähnlich wie die Begutach- (durch den Menschen verursachten) Klimaänderung, tung von Artikeln in Fachzeitschriften, jedoch viel breiter angelegt und  Beobachtete Klimaänderungen, unter Beteiligung einer viel größeren Zahl von Wissenschaftlern.  Projektionen künftiger Klimaänderungen, 4 5 Die Fachleute erarbeiten zusätzlich aus den Sachstandsberichten kurze 3,5 Milliarden Jahren, als sich das Leben auf der Erde entwickelte, war der Zusammenfassungen für politische Entscheidungsträger. Diese Dokumente solare Energiefluss etwa 35 % schwächer als in der heutigen Zeit (Claussen unterliegen als einzige einer politischen Abstimmung. 2003). 3. Ursachen von Klimaänderungen Motor des Klimas der Erde ist die Strahlung der Sonne. Von der auf der Erde ankommenden Sonnenstrahlung wird ein Teil durch Wolken, Bestand- teile der Luft und die Erdoberfläche reflektiert. Ein weiterer Teil wird an der Erdoberfläche und in der Atmosphäre in Wärmestrahlung umgesetzt, die das System Erdoberfläche / Atmosphäre erwärmt. Ein Teil dieser Wärme- strahlung wird wieder an den Weltraum abgegeben. Laut Energieerhaltung ist das Verhältnis zwischen ankommender und abgehender Strahlung ausgeglichen: Die ankommende Sonnenstrahlung abzüglich des reflektier- ten Anteils der Sonnenstrahlung ist gleich der von der Erde in den Welt- raum abgegebenen Wärmestrahlung. Ist diese Energiebilanz nicht ausgeglichen, ändert sich das Klima. Wenn etwa der Anteil von Treibhausgasen in der Atmosphäre wächst, verringert sich die in den Weltraum abgegebene Wärmestrahlung und das System Erdoberfläche/Atmosphäre erwärmt sich (siehe auch Abschnitt 3.3). Darüber hinaus schwankt die Sonnenstrahlung auch in kürzeren Zeiträu- Dadurch nimmt aber auch die in den Weltraum abgehende Wärmestrah- men. Die Wissenschaftler haben Zyklen gefunden, die von Dekaden bis hin lung wieder zu. Das System erwärmt sich nun so lange, bis die abgehende zu einigen Jahrtausenden dauern (Clausen 2003). Wärmestrahlung wieder die ankommende Sonnenstrahlung ausgleicht und sich ein neuer Gleichgewichtszustand einstellt. Die auf der Erde ankommende Sonnenstrahlung unterliegt zudem Schwan- kungen, wenn sich Parameter der Erdbahn um die Sonne ändern. Derartige Das grundlegende Prinzip lautet also: ändert sich die beschriebene Änderungen vollziehen sich in Perioden von einigen 10.000 bis zu einigen Energiebilanz, ändert sich auch das globale Klima der Erde. 100.000 Jahren.3 Die Energiebilanz kann über folgende hauptsächliche Pfade beeinflusst werden: 3.2 Änderungen der reflektierten Solarstrahlung a) Änderungen der ankommenden Solarstrahlung Ein Teil der auf der Erde ankommenden Sonnenstrahlung wird in der b) Änderungen der reflektierten Solarstrahlung Atmosphäre und an der Erdoberfläche reflektiert und in den Weltraum zurückgestrahlt. Das Verhältnis von Rückstrahlung zu ankommender Strah- c) Änderungen der in den Weltraum abgegebenen Wärmestrahlung lung wird als Albedo bezeichnet. Die Albedo der Erde beträgt gegenwärtig im globalen Mittel etwa 30 %. Das heißt, etwas weniger als ein Drittel der 3.1 Änderungen der ankommenden Solarstrahlung eintreffenden Sonnenstrahlung wird reflektiert. Die Leuchtkraft der Sonne ändert sich in langfristigem, mittelfristigem und in kurzfristigem Maßstab. Im Laufe ihres Lebens dehnt sich die Sonne allmählich aus und wird immer heißer. Deshalb nimmt die Leuchtkraft der Der von 1750 bis 2005 durch Änderung der Sonneneinstrahlung verursachte Einfluss auf das Klima ist gering im Vergleich 3 Sonne und somit der solare Energiefluss langfristig stetig zu. Vor ungefähr zum Klimaeinfluss, den anthropogene Treibhausgase in diesem Zeitraum hervorriefen (IPCC, 2007, S. 4–5). 6 7 Die Albedo hängt von der Bewölkung sowie von der Helligkeit und der Be- an Kohlendioxid, erhöht. Modellrechnungen ergeben, dass eine Ver- schaffenheit der Erdoberfläche ab. Eine besonders hohe Albedo haben hoch dopplung der vorindustriellen Kohlendioxidkonzentrationen zu einer reichende, aus großen Wassertropfen bestehende Wolken (Gewitterwolken), Temperaturzunahme von 2 bis 4,5 oC, mit einem besten Schätzwert von Eisflächen und frischer Schnee. Dünne, aus Eiskristallen bestehende Zir- etwa 3 oC (IPCC 2007, S. 12) führen würde. Gemessen an der Tatsache, ruswolken, Wasserflächen und Wald haben dagegen eine geringe Albedo. dass der Unterschied im globalen Temperaturmittel zwischen dem Eine nur mit Wasser oder Wald bedeckte Erde wäre um einiges wärmer Höhepunkt der letzten Vereisung vor circa 21.000 Jahren und dem heu- und eine nur mit Eis bedeckte Erde erheblich kälter, als es gegenwärtig auf tigen Klima etwa 4 bis 5 oC beträgt (Clausen 2003), ist das eine erhebli- der Erde der Fall ist. che Temperaturzunahme. Deshalb ist es für das Klima von Bedeutung, wie die Erdoberfläche 3.4 Aerosole beschaffen ist. In langen Zeiträumen Eine Komponente im Klimasystem, die sowohl mit der kurzwelligen Son- spielen dafür geologische Prozesse nenstrahlung als auch mit der langwelligen Wärmestrahlung in Wechsel- wie Kontinentaldrift und Faltung von wirkung steht, sind die Aerosole. Es handelt sich dabei um kleine, in der Gebirgen eine Rolle. Im kürzeren Atmosphäre schwebende Teilchen oder Tröpfchen oder ein Gemisch aus Zeitmaßstab ist es die Änderung der beidem. Aerosole entstehen auf natürliche Weise – Beispiele sind Pollen, Landnutzung. Der Mensch verändert Mineralstäube, Meersalz – und sie sind Produkte menschlicher Tätigkeiten– durch seine Tätigkeit – zum Beispiel wie Ruß, Stäube, Sulfatpartikel. Bebauung, Landwirtschaft, Rodung von Wäldern – die Landoberfläche. Aus Untersuchungen geht hervor, dass beispielsweise landwirtschaftlich genutzte Flächen in vielen Fällen eine höhere Albedo als Wälder aufweisen. Wissenschaftler schätzen, dass etwa ein Drittel bis die Hälfte der gesamten Landoberfläche von Landnutzungsänderungen betroffen ist (Clausen 2003). 3.3 Änderungen der in den Weltraum abgegebenen Wärmestrahlung Die Erdatmosphäre enthält einen natürlichen Anteil an Gasen, die Wär- mestrahlung absorbieren und meist als Treibhausgase bezeichnet werden. Diese Gase lassen die Sonnenstrahlung passieren, absorbieren aber Teile der von der Erdoberfläche kommenden Wärmestrahlung und verringern deshalb den Anteil der in den Weltraum abgegebenen Wärmestrahlung. Die natürlich in der Atmosphäre enthaltenen Treibhausgase haben eine große Bedeutung für unser Klima: Der natürliche Treibhauseffekt bewirkt, dass das globale Temperaturmittel in Bodennähe 15 oC beträgt. Ohne Treib- Eine natürliche Quelle für Aerosole sind Vulkanausbrüche, bei denen Teil- hausgase in der Atmosphäre läge die Mitteltemperatur bei –18 oC und die chen oft in Höhen von 10 bis 20 Kilometern (untere Stratosphäre) geschleu- Erde wäre vereist. dert werden. Dort bewirken die Schwefelsäure- und Ascheteilchen, dass weniger Sonnenlicht bis zur Erdoberfläche durchdringt. Deshalb führen Seit der Industrialisierung hat der Mensch die Zusammensetzung der Vulkanausbrüche in der Tendenz zu einer Abkühlung, die jedoch beim Atmosphäre verändert und den Anteil an Treibhausgasen, besonders Ausbruch einzelner Vulkane nur wenige Jahre andauert. 8 9 3.5 Interne Variabilität des Klimasystems 4. Historische Klimaänderungen in langen Zeiträumen In den vorangegangenen Abschnitten wurden Klimaänderungen betrachtet, die auf äußere Ursachen – wie Änderungen der Sonnenstrahlung oder der Das Klima der Erde hat sich in der Vergangenheit immer wieder erheblich Konzentrationen von Treibhausgasen – zurückzuführen sind. Diese Prozesse geändert. „In der Kreidezeit (vor 140 bis 65 Millionen Jahren) lebten selbst werden als externe Klimaschwankungen bezeichnet. Es gibt jedoch auch in arktischen Breiten riesige Saurier unter subtropischen Bedingungen, und interne Klimaschwankungen, die keine äußeren Antriebe benötigen. Die der CO2-Gehalt der Atmosphäre war ein Vielfaches höher als heute. Dann interne Klimavariabilität entsteht durch Wechselwirkungen in und zwischen kühlte sich die Erde langsam ab und pendelt nun – seit zwei bis drei Millio- den einzelnen Subsystemen des Klimasystems – zwischen Atmosphäre, Hy- nen Jahren – regelmäßig zwischen Eiszeiten und Warmzeiten hin und her. drosphäre (Ozeane, Seen, Flüsse), Kryosphäre (Eis und Schnee), Lithosphäre Wissenschaftler können die Klima- (Boden und Gesteinsschichten) und Biosphäre (Pflanzen und Tiere). geschichte der vergangenen 500 Bei den internen Klimaschwankungen spielt besonders die Wechselwirkung Millionen Jahre aus Sedimenten grob zwischen Atmosphäre und Ozean eine wichtige Rolle. Ein Beispiel dafür ist rekonstruieren. Und auch über den das El Niño-Phänomen im tropischen Pazifik, eine starke, kurzfristige, inter- Verlauf der a
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