Die Welt fährt Achterbahn

In den letzen Jahren hat sich eine stille Revolution in unserem Verständnis des Klimas der Erde abgespielt. Das alte Bild ging von langsamen Klimazyklen aus, durch die über viele Jahrtausende Eiszeiten entstehen und wieder vorübergehen, angetrieben von den langsamen zyklischen Veränderungen der Erdbahn um die Sonne. Dieses Bild ergab sich vor allem aus den Schlammschichten am Grund der Ozeane, die sich im Laufe der Jahrmillionen abgelagert haben und aus denen man durch Bohrungen Klimadaten gewinnen kann.

Weil sich in tausend Jahren an den meisten Orten nur einige Zentimeter Schlamm ablagern, konnte man in den Sedimenten zunächst nur die langsamen Klimazyklen erkennen. Man sah zum Beispiel, daß die letzte Eiszeit vor rund 120,000 Jahren begann und vor 10,000 Jahren endete; die seither herrschende stabile Warmperiode, das Holozän, war die Voraussetzung für die Entwicklung der Landwirtschaft und der modernen menschlichen Zivilisation. Während der Eiszeit mußten sich unsere europäischen Vorfahren mit der Jagd auf pelzige Mammute in den eisigen Steppen durchschlagen.

Sprünge im Klima

Die Ursachen für die Klimasprünge sind noch nicht völlig verstanden. Alles deutet jedoch darauf hin, daß sie nicht durch plötzliche Änderungen in äußeren Faktoren wie der Sonneneinstrahlung ausgelöst werden, sondern im sprunghaften Charakter des Klimasystems selbst begründet sind. Anders gesagt: Beim Klima handelt es sich um ein stark nicht-lineares System.

Lineare Systeme sind sehr einfach: Wenn man sie "reizt", reagieren sie um so stärker, je stärker der Reiz ist. Der Zusammenhang zwischen Reiz und Reaktion ist eine Gerade, er ist eben "linear". Dreht man den Wasserhahn zwei Umdrehungen auf, fließt doppelt so viel Wasser wie bei einer Umdrehung. (Im Idealfall - über die lästige Nichtlinearität von Hotelduschen möchte ich hier nicht sprechen.) Komplexe Systeme sind fast immer stark nicht-linear. Charakteristisch ist eine Tendenz zur Selbstregulierung und zum plötzlichen Übergang in einen qualitativ anderen Zustand, wenn ein kritischer Punktuuml;berschritten wird. Ein Beispiel ist der menschliche Körper. In einem weiten Bereich von Außentemperaturen, von tropischer Hitze bis zu eisiger Kälte, kann er seine Temperatur regulieren und nahe an 37 C halten. Setzt man ihn jedoch zu lange zu großer Kälte aus, fällt die Körpertemperatur auf einmal dramatisch (und dauerhaft) ab, und der Tod tritt ein.

Auch das Klimasystem hat offenbar im Rahmen bestimmter Grenzen eine Fähigkeit zur Selbstregulierung. Ein interessantes Beispiel dafür ist die Sahara. Schon Alexander von Humboldt folgerte nach seiner Reise ins Amazonasgebiet, daß der Regenwald selbst Wolken und Regen erzeugt, und spekulierte, daß auch in der Sahara genug Regen für üppiges Wachstum fallen würde, wenn die Bäume erst einmal da wären. Meine Kollegen am Potsdam-Institut haben mit Hilfe von Computersimulationen gezeigt, daß eine grüne Sahara in der Tat die Tendenz hätte, feuchte Atlantikluft und Monsunregen anzuziehen.

Schwimmer in der Sahara

Ein anderes, inzwischen recht gut erforschtes Beispiel für Nichtlinearität im Klimasystem sind die Strömungen im Atlantik. Quer durch den ganzen Atlantik, vom Kap der Guten Hoffnung im Süden bis nach Spitzbergen im Norden, findet eine gigantische Umwälzbewegung des Wassers statt, bei der das Meerwasser an der Oberfläche nordwärts strömt, dann absinkt und in zwei- bis dreitausend Metern Tiefe wieder nach Süden zurückkehrt. Der Golfstrom vor der nordamerikanischen Küste und seine Verlängerung nach Europa, der Nordatlantikstrom, sind nur Etappen in diesem Stromsystem, das durch Dichteunterschiede im Meerwasser angetrieben wird. Dort wo die größten Dichten erreicht werden, in der Grönlandsee und der Labradorsee, sinkt das Wasser in die Tiefe und zieht damit, dem Abfluß einer Badewanne nicht unähnlich, immer neues Wasser nach Norden. Die dabei umgewälzte Wassermenge ist zwanzig mal so groß wie die Strömung aller Flüsse der Erde zusammengenommen.

Wenn der Golfstrom kippt

So weit, so gut für uns Europäer. Doch leider hat das atlantische Stromsystem einen Haken: Es ist nicht ganz stabil. Zwar hat unsere Heizung während der letzten zehntausend Jahre offenbar tadellos funktioniert, wenn auch vielleicht mit kleineren Schwankungen. Davor hat sie jedoch erheblich gestottert und ist wiederholt sogar völlig zusammengebrochen, während der oben erwähnten Klimastürze innerhalb der Eiszeit. Das verraten die Tiefseesedimente.

Der Grund für das eigenartige Verhalten der Strömung konnte durch Computersimulationen entschlüsselt werden und läßt sich einfach verstehen. Um schwer genug zum Absinken zu sein, muß das Wasser im Nordatlantik genug Salz enthalten, denn Salz erhöht die Dichte. Dem entgegen wirken jedoch die Niederschläge, die das Wasser verdünnen. Dieser Verdünnungseffekt greift jedoch nicht, solange immer neues, salziges Wasser von Süden her nachströmt. Kurz gesagt: Die Strömung fließt, weil das Wasser salzig ist, und das Wasser ist salzig, weil die Strömung fließt. Ein klarer Fall eines sich selbst aufrecht erhaltenden Systems. Erhöht man die Niederschläge über dem Nordatlantik immer mehr (solche Versuche kann man im Computer machen), schwächt sich die Strömung zunächst nur wenig ab. Irgendwann kommt jedoch ein Punkt, wo der Nachstrom von salzigem Wasser zu schwach wird, die Niederschläge verdünnen das Wasser, der Strom wird noch schwächer - ein Teufelskreis, der zum völligen Zusammenbruch der Strömung führt. Ein klassisches nichtlineares System, das sich innerhalb gewisser Grenzen selbst reguliert, bei Überschreiten dieser Grenzen aber regelrecht umkippt.

Die Brisanz dieser Erkenntnis liegt darin, daß durch den vom Menschen verursachten Treibhauseffekt die Niederschläge im Nordatlantik aller Voraussicht nach zunehmen werden. Schon 1987 warnte der amerikanische Klimaforscher Wallace Broecker in einem aufsehenerregenden Artikel mit dem Titel "Unpleasant Surprises in the Greenhouse" (Unangenehme Überraschungen im Treibhaus) vor der Möglichkeit, daß der Mensch durch den Treibhauseffekt die Atlantikströmung zum Kippen bringen könnte. Seither arbeiten Forschergruppen weltweit daran, die Stabilität dieser Strömung genauer zu untersuchen.

Im Treibhaus könnte es kalt werden

Was auf längere Sicht geschieht, ist weit weniger sicher. Wenn der Mensch weiter ungebremst die dünne Lufthülle unseres Planeten mit Treibhausgasen wie Kohlendioxid anreichert, könnte das Klima in die Nähe des Abrißpunktes des Nordatlantikstroms kommen. Wo genau dieser Punkt liegt, und ob und wann er überschritten werden könnte, läßt sich wegen der Ungenauigkeit heutiger Klimamodelle nicht eindeutig sagen. Auch dies ist eine Eigenschaft nicht-linearer Systeme: Die Vorausberechnung künftiger Trends ist wesentlich schwieriger als bei linearen Systemen. Die Existenz von kritischen Punkten, bei deren Überschreiten das Klima kippen kann, läßt sich zwar prinzipiell gut verstehen, aber deren genaue Lage und das Verhalten des Klimas in der Nähe solcher Punkte ist schwer zu berechnen. Für unseren Umgang mit dem Klimasystem bedeuten die neuen Erkenntnisse vor allem eines: größere Unsicherheit. Je weiter wir das Klima von seinem heutigen Gleichgewicht wegtreiben, desto größer wird das Risiko von unangenehmen Überraschungen. Broecker hat es einmal so formuliert: Das Klima ist ein unberechenbares wildes Tier, und wir pieksen es mit Stöcken und reizen es.

Wie könnte ein Abriß des Nordatlantikstroms aussehen? Wir haben am Potsdam-Institut einige Szenarien durchgerechnet und dabei festgestellt, daß die Temperaturen in Europa zunächst deutlich ansteigen würden, wenn auch etwas weniger als die globale mittlere Temperatur - in unserem Szenario um rund drei Grad bis zum Jahr 2100. Dann folgt der Kollaps und ein Temperatursturz zurück auf den vorindustriellen Wert. In den folgenden Jahrhunderten, wenn der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre langsam wieder abnimmt (da die Menschheit vermutlich nicht endlos weiter im heutigen Maße fossile Brennstoffe nutzen wird), sinken die Temperaturen in Europa immer weiter ab, bis sie letzlich rund fünf Grad kälter wären als derzeit. Eine regelrechte Achterbahnfahrt für uns Europäer, die ständige Anpassungen, erst an wärmeres und dann an kälteres Klima, erfordern würde. Am Ende wäre es so kalt und trocken, daß Landwirtschaft kaum noch möglich wäre.

Der dann erreichte neue Klimazustand - eine Erde ohne die "Zentralheizung" Nordatlantikstrom - ist übrigens in unseren Rechnungen über Jahrtausende stabil. Die Menschheit könnte also durch eine vorübergehende Störung, nämlich den nur wenige Jahrhunderte währenden fossilen Brennstoffboom, den Planeten dauerhaft in einen völlig anderen Klimazustand kippen.

Ein Jahrtausend-Risiko

Aus der rein sachlichen Sicht des Klimaforschers, der das Auf und Ab des Klimas über Jahrmillionen rekonstruiert und zu verstehen sucht, ist natürlich kein Klimazustand "besser" als ein anderer, und der stetige Wandel ist die Regel. Doch als Bewohner eines mit sechs Milliarden Menschen bevölkerten Planeten, die großenteils um das Nötigste zum Leben kämpfen, erscheint die Gefahr größerer und rascher Klimawandel beklemmend. Unsere Ökosysteme, Landwirtschaft und Siedlungsstrukturen sind an das heutige Klima angepaßt; jeder zu starke und rasche Wechsel kann zu großer Not führen. Gerade die Erkenntnis, daß das Klimasystem zu plötzlichen Sprüngen neigen kann, sollte uns sehr vorsichtig machen.

Wir haben heute die technologisch fortgeschrittenste und wirtschaftlich potenteste Kultur, die dieser Planet bislang gesehen hat. Wir können bei klugem und vorausschauendem Handeln die Klimaänderungen in erträglichen Grenzen halten und das wilde Tier nicht zu stark reizen. Doch haben wir auch die moralische Stärke, für die langfristigen Folgen unseres Handelns die Verantwortung zu übernehmen?