Die Klimakrise
Der Meeresspiegel steigt – na und?
Wenn das mal alles wäre. Ein Einstieg.
Während die Ursache der Klimakrise in der Luft stattfindet, betreffen deren Auswirkungen mit ihrer Wärme die Erdoberfläche.
Dürre, Hitzeperioden, Waldbrände - drei der vier antiken Elemente sind in der Diskussion seit Jahren im Fokus. Das vierte Element, Wasser, wird allenfalls in einer Hinsicht angesprochen: der Meeresspiegel steigt. An den Polen schmelzen die Eisflächen ab, und das zusätzliche Wasser macht die Badewanne voller. Mehrere Meter könnte das Meer an den Küsten von Inseln und Kontinenten emporklettern, was dem Menschen (zu Recht) Angst macht.
Leider ist das nur ein Teil der Thematik „Klimakrise
und Ozeane“. Der Rest ist nicht weniger gruselig, angsteinflößend und gravierend.
Wir möchten hier ein wenig mehr erzählen.
- Tiefenwasser
Jeder warme Körper, sei es die Tasse Kaffee am Morgen oder unsere Sonne, strahlt Wärme ab. Letztere ist enorm heiß – 5.700 Kelvin,
oder auch 5.973°C – und gibt deswegen besonders viel und besonders kurzwellige, energiereichere Strahlung ab: blaues, grünes und ultraviolettes Licht. Wer einmal das faszinierende Spiel der Polarlichter beobachtet, wird vor allem diese Farben sehen. Nach einer langen Reise durchs All kommen die Sonnenstrahlen auf der Erde an: ganze 242W pro Quadratmeter. Diese Sonnenstrahlen liefern Energie für (fast) alles Leben auf der Welt. Das Phytoplankton im Meer sowie die Pflanzen an Land liefern mithilfe der Photosynthese die Nahrungsgrundlage für unsere Ökosysteme und uns Menschen. Doch ein großer Teil der Strahlung wird, da die Erde schließlich warm ist, wieder ins All zurückgestrahlt, vor allem im infraroten Spektrum, der Wärmestrahlung. Diese ist mit 10 Mikrometer Wellenlänge etwa
20mal so lang wie das Sonnenlicht und damit außerhalb des für Menschen sichtbaren Bereichs. Generell gilt: Je größer die Wellenlänge, desto weniger Energie führt sie mit sich. Würde die Erde alle Strahlung, die sie von ihrer Sonne bekommt, wieder zurück ins All strahlen, wäre sie ziemlich kalt - nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz der Physik hätte sie eine Eigentemperatur von -18°C. Da
dem offenbar nicht so ist, gehen wir noch einmal einen Schritt zurück.
Die mittlere Temperatur der Erde liegt bei etwa 15°C.
Diese Differenz von ganzen 33°C gegenüber der physikalischen Theorie resultiert daraus, dass die von der Erde abgestrahlte Wärme nicht in den Weltraum verpufft, sondern im Erdsystem verbleibt. Wie geht das? Die Atmosphäre besteht aus verschiedenen Gasteilchen –
für unsere Frage sind insbesondere der Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan, die „Treibhausgase“, von Relevanz. Sie reagieren unterschiedlich auf verschiedene Wellenlängen: das kurzwellige (blau-grüne) Sonnenlicht lassen sie weitgehend in Richtung Erdoberfläche durch, während die von der Erde abgestrahlte ultraviolette Wärmestrahlung durch die Treibhausgase abgefangen
wird. Und nun wiederholt sich der immer gleiche Effekt: die
erwärmten Treibgasmoleküle geben ihrerseits wieder die erhaltene Wärme an die Umgebung ab – und zwar in alle Richtungen. Damit kommt ein Teil der Wärme wieder zurück zur Erdoberfläche. Auf diese Weise fangen die Treibhausgase die Wärme ein und halten sie am Erdsystem fest.
Das Gleichgewicht stellt sich ein, wenn die
Erdoberfläche diese höhere Temperatur auch wieder abstrahlt – ein geschlossenes System entsteht, in dem die Erdoberfläche insgesamt eine Energie von 324 W/m² erhält, unmittelbar von der Sonne und vom Treibhauseffekt. Dies ist für die gut 33°C verantwortlich, die unsere Erde wärmer ist – zum Glück, denn -18°C wäre für das uns bekannte Leben auf der Erde viel zu kalt.
Kohlenstoff ist eines der wichtigsten Elemente, die wir kennen – neben Wasserstoff und Sauerstoff. Verbindet man zwei Sauerstoffatome linear mit einem Kohlenstoffatom, entsteht das unbrennbare, saure und farblose Kohlenstoffdioxid, unter Normalbedingungen als geruchloses Gas.
Kohlenstoff gilt als Basis des Lebens – der Kohlenstoffzyklus sorgt dafür, dass Lebewesen nach ihrem Tod die Grundlage neuen Lebens sind. Allerdings gibt es auch Kohlenstoffvorkommen, die keine Lebensgrundlage geworden sind – fossile Ablagerungen mariner Lebewesen, die vor Jahrmillionen starben und unter dem großen Druck der Erdschichten transformiert wurden. Wichtig sind hier insbesondere Erdöl und Kohle. Denn: wenn man diese Stoffe verbrennt, entsteht neben der für uns nutzbaren Energie aus Sauerstoff und Kohlenstoff das Treibhausgas CO2.
Man merkt bereits an dieser Stelle: der Kohlenstoff des Erdöls oder der Kohle wäre in der Erde verblieben, wenn wir ihn nicht durch
Verbrennung freigesetzt hätten – nun ist er als zusätzlich entstandenes CO2 Teil der Atmosphäre geworden.
Und das wirkt: CO2 ist zu etwa zwei Dritteln daran beteiligt, dass sich die Wärmestrahlung auf die Erdoberfläche seit Mitte des 19. Jahrhunderts um etwa 3 W/m² erhöht hat; Methan macht 17 % aus,
Lachgas Distickstoffmonoxid) 6 % - die restlichen 11 % verteilen sich
unter 17 weiteren treibhauswirksamen Gasen. Dabei ist zu beachten, dass die unterschiedlichen Gase unterschiedlich stark wirken: Methan ist etwa 20- bis 35-fach so klimawirksam wie CO2, Lachgas sogar rund 300-mal.
Deshalb wird von „CO2-Äquivalenten“ gesprochen, wenn diese Klimagase in Rechnungen eingebunden werden: ihre Wirkung
wird umgerechnet auf die Klimawirksamkeit des meistvorhandenen Gases, von CO2 eben. Lachgas ist also nicht zu 6 % in der Atmosphäre vorhanden, sondern deutlich geringer – es wirkt sich aber so aus, als ob 6 % mehr CO2 dort vorhanden wäre.
Die Konzentration von CO2 in der Atmosphäre beträgt derzeit im Mittel etwa 416 ppm. Das sind „parts per million“, also 416 CO2-Moleküle auf eine Million Luftmoleküle – etwa 0,04 Prozent. Das klingt wirklich harmlos – ist es aber nicht. Denn: es steigt rasant.
Vor Beginn der industriellen Revolution Mitte des 19. Jahrhunderts betrug der CO2-Gehalt in der Atmospähre etwa 280 ppm, wie man u.a. aus Eisbohrkernen ermitteln kann. Den heutigen Stand von 416 ppm gab es zuletzt zu einer Zeit, als Dinosaurier auf der Erde
lebten, vor einigen Zehnmillionen Jahren. Der Mensch hat noch nie mit einer solchen CO2-Konzentration gelebt. Allein das CO2 hat unmittelbar einen Anstieg der globalen Temperaturen von 0,4 bis 0,5 Grad Celsius gegenüber dem Stand Mitte des vorletzten Jahrhunderts ausgelöst. Rückkopplungseffekte verstärken dies –
dazu später mehr.
Insgesamt ist die Durchschnittstemperatur um 1,1°C gestiegen, von denen nach dem 5. Sachstandsbericht des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 0,9°C auf menschliches Wirken zurückzuführen sind – wir sind also selbst bei konservativer, vorsichtiger Schätzung für fast fünf Sechstel der Erderwärmung der letzten 170 Jahre allein verantwortlich, durch die Emissionen von CO2, die wir beim Verbrennen fossiler Brennstoffe in die Atmosphäre abgeben.
Zwei Auswirkungen hat die erhöhte Konzentration des CO2
in der Atmosphäre. Die eine wirkt unmittelbar: es ist die Erhöhung der CO2-Konzentration auch im Wasser, denn die Meere lösen an der Oberfläche (wo sich Luft und Wasser treffen) dieses Gas aus der Atmophäre heraus und nehmen es auf. Der Ozean wird hierdurch sauer – und das ist chemisch gemeint, nicht als (berechtigte)
Stimmungslage.
Während im Wasser gelöstes CO2 an sich erst einmal nichts schlechtes ist, sondern die Grundlage für photosynthetische Aktivität bildet, ist es ein Überschuss an CO2, der unseren Meeren Probleme bereitet.
Der Gasaustausch zwischen Atmosphäre und Wasseroberfläche befindet sich in einem stetigen, dynamischen Gleichgewicht. Man stelle sich zwei Nachbargrundstücke vor, auf deren Grenze ein alter Apfelbaum steht. Niemand der beiden Nachbarn möchte die alten Äpfel haben, daher werfen sie sie zum anderen Nachbarn über den Zaun. So verbringen sie beide den Tag, ohne dass auf ihrer Seite am Abend weniger Äpfel liegen als zuvor. Fallen nun auf einer Seite deutlich mehr Äpfel herunter, kann einer der Nachbarn eine Zeit lang mehr Äpfel mit beiden Händen greifen, sodass er das diesseitige Obst stark reduziert, bis sich erneut ein Gleichgewicht einstellt.
Diese Metapher gilt für alle Phänomene der Natur. In unserem Blut, beim Lüften und an der Meeresoberfläche spielt sich jederzeit dieses Ping-Pong-Spiel von Molekülen ab. Die mit CO2 angereichterte
Atmosphäre drückt nun also Kohlenstoffdioxid ins Meerwasser. Dort entsteht wiederum ein neues Ungleichgewicht: Wohin mit all dem überschüssigen Gas?
Zu vorindustrieller Zeit lag die CO2-Konzentration in der Atmosphäre bei etwa 280 ppm (parts per million), der globale pH-Wert des
Meerwassers bei ca. 8,2. Zur Erinnerung: der pH-Wert zeigt die Konzentration an H+-Ionen, also den säurewirksamen Teilchen im Wasser aus. Mit 1,2 pH über neutral ist Meerwasser leicht basisch, es besteht ein Überschuss aus Calciumcarbonat (CaCO3), was die Bildung von Kalkskeletten begünstigt. Wir Menschen haben nun emsig dafür gesorgt, dass sich die Kohlenstoffdioxid-Werte auf 419 ppm (Stand 8.Juli 2021 laut Keeling-Kurve) erhöht haben. Das zusätzlich im Wasser gelöste Gas reagiert nun zu Kohlensäure
– und zieht sich dafür aus dem Wasser selbst die H+-Ionen:
CO2 + H2O -> H2CO3
90% der Kohlensäure tritt als H+ + HCO3- auf. Dabei entsteht das große Problem für unsere Korallen, Schnecken, Muscheln und Kieselalgen: Die freigewordenen H+-Ionen stehlen sich zwischen die Calciumverbindungen und löst sie dadurch auf: H+ + CaCO3 -> HCO3- + Ca+ Auf diese Weise löst das von uns ausgestoßene CO2
Molekül für Molekül das Kalkskelett zahlloser Meeresbewohner.
Derzeit liegt der pH-Wert der oberen Wasserschichten bei etwa 8,1. Klingt vielleicht nicht dramatisch, doch da die pH-Skala logarithmisch aufgebaut ist, also ein Wert von 1 zehnmal saurer als 2 und 100-mal saurer als 3 ist, bedeutet eine Reduktion von 0,1 schon eine um 30%
erhöhte Versauerung des Meerwassers. Setzt sich der Trend weiter fort, ist am Ende dieses Jahrhunderts mit einem globalen pH-Wert von etwa 7,8 zu rechnen.
Die Meere werden wärmer. Nach dem 5. Sachstandsbericht des IPCC von 2014 haben die Ozeane mit hoher Wahrscheinlichkeit zwischen 1971 und 2010 etwa 93 % der zusätzlichen Energie gespeichert, die der Mensch seit Mitte des 19. Jahrhunderts direkt und indirekt freigesetzt hat.
Eine Auswirkung ist sofort klar: warmes Wasser wirkt sich auf Eisberge aus, die auf ihm schwimmen. Nach dem 2. Hauptsatz der
Thermodynamik erfolgt immer ein Temperaturausgleich vom wärmeren zum kälteren Bereich: das wärmer werdende Wasser gibt immer mehr Energie an das schwimmende Eis ab, bis dass dieses warm genug ist, um zu schmelzen. Den Effekt mit der Eisschmelze behandeln wir in dem Bereich Meeresanstieg noch genauer.
Warmes Wasser ist aber auch und vor allem schlecht für viele, die darin wohnen. Die meisten Meeresbewohner sind eben keine bunten
Rifffische, die gerne in badewannenwarmem Wasser leben. Und denen wird es zunehmend zu warm im äquatorialen Bereich: sie wandern polwärts. Die Nahrungsnetze in äquatornäheren Breiten brechen zusammen. Dass veränderte Fischereimöglichkeiten auch zwischen den Menschen und Ländern Auswirkungen haben, muss nicht besonders betont werden. Besonders eindringlich merkt man die Meereserwärmung an Korallen: sie stoßen die Zooxanthellen ab. Das sind nette kleine einzellige Algen, die im Gewebe der Korallen in Symbiose leben und Photosynthese betreiben, zum beiderseitigen Vorteil: die „Abfallprodukte“ der Korallen, vor allem CO2, werden von den Zooxanthellen zu Kohlenhydraten (Zucker) umgewandelt, was der Koralle als Nahrung dient und ihr zugleich ermöglicht, Kalk auszufällen. Beide gewinnen – eine klassische Symbiose. Wenn das umgebende Wasser zu warm wird, gerät die Koralle in Stress und stößt die Zooxanthelle ab – ein dummer Zug, denn ohne die alsbald absterbende Zooxanthelle kann auch die Koralle ihren eigenen
Stoffwechsel nicht aufrecht erhalten und stirbt ebenfalls. Dadurch, dass die buntfarbigen photosynthesetreibenden Einzeller verschwinden, kommt das weißliche Korallenskelett zum Vorschein: es sieht aus wie gebleicht. Diese Korallenbleiche ist ein Zeichen für sterbende Korallen. Derzeit sind mehr als die Hälfte aller Korallen weltweit bedroht, auch berühmte Strukturen wie das Great Barrier Reef östlich von Australien.
Unmittelbar für uns Europäer wirkt sich noch ein anderer Effekt des wärmeren Ozeans aus: der Golfstrom wird schwächer. Rund um die Erde zirkulieren die Meere als „globales Förderband“ (thermohaline Zirkulation), das durch zwei Faktoren angetrieben wird: Temperatur und Salzgehalt. Die Temperatur hat primär mit der Energiemenge
der Sonneneinstrahlung zu tun, mit ihren Unterschieden über die Jahreszeiten und Breitengrade. Der Golfstrom hat seinen Namen vom Golf von Mexiko, von dem aus sehr warmes und salzhaltiges Wasser in den Nordatlantik gezogen wird: dort nämlich ist es wegen der Nähe zur Polarregion und dem kühlen Passatwind an der Meeresoberfläche kälter, und das jährlich im nördlichen Sommer abtauende Meereis bringt salzarmes Wasser ein. Durch die Kälte und die geringere Dichte salzhaltigen Wassers sinkt das Oberflächenwasser in die Tiefsee ab und zieht hierbei stets warmes Wasser vom Golf hinter sich her. Die Bewegungsenergie ist enorm: in jeder Sekunde bewegen sich zwischen 30 Millionen und 150 Millionen Kubikmeter Wasser knapp zwei Meter weiter – das ist etwa einhundertmal so viel Wasser, wie alle Flüsse der Welt gemeinsam in dieser Zeit transportieren. Diese Pumpe im Nordatlantik verschiebt derart große Wassermassen, dass alle Ozeane hierdurch in Bewegung geraten, im Tiefwasser und an der Oberfläche: überall zirkulieren die Wassermassen um die Erde herum, und verteilen hierdurch alles, was sie in sich haben: auch gelöstes CO2, Temperatur und Salz. Diese Bewegung ist neben der Erddrehung und den Temperaturunterschieden zwischen Polen und Äquator die dritte große Kraft, die das Klima beeinflusst.
Hoch- und Tiefdruckgebiete, Kalt- und Warmbereiche, Sonnen- und
Regenereignisse: alles wird maßgeblich vom globalen Förderband beeinflusst und geprägt.
Und da ist das Problem zu sehen: verringert sich der Temperaturunterschied zwischen Golf und Nordatlantik, und kommt gleichzeitig erst sehr viel salzarmes Eisschmelzwasser in der Polarregion hinzu, und später dann kaum mehr solches (weil es kein schmelzendes Eis mehr gibt), so schwächt sich die Pumpe des Golfstroms ab. Dies führt dann als Rückkopplung dazu, dass
die Klimabewegungen der Erde insgesamt nachlassen, was längere Extremwetter-Perioden fördert, die u.a. im Mittel weniger Schnee bringen, was die Eisfreiheit der Pole weiter befördert … ein Teufelskreis entsteht.
Das „tödliche Trio“ aus Versauerung, Sauerstoffverlust und Temperaturanstieg wird ergänzt um Auswirkungen, die sich auf das Klima rückkoppelnd ergeben – die Klimakrise verändert das Meer, und das Meer verändert dadurch wiederum das Klima. Diese Rückkopplung ist überwiegend verstärkend, nicht abmildernd, daher nennt man sie auch „positive Rückkopplung“. Die Effekte heben sich nicht auf, sondern addieren sich. Es wird immer krasser.
Griffiges Beispiel hierfür ist der Albedo-Effekt, auch „Eis-Albedo-Rückkopplung“ genannt.
„Albedo“ nennt man das Rückstrahlvermögen einer Oberfläche. Eine Oberfläche mit hoher Albedo (maximal 1) strahlt Sonnenlicht zurück, anstatt die Energie aufzunehmen, sodass sie sich nicht erwärmt. Man
kennt das Phänomen: schwarze Oberflächen (z.B. Autodächer) werden in der Sonne wärmer als helle Oberflächen, weshalb in sonnigeren Gebieten weiße Häuser und Kleidung den dunklen Oberflächen vorgezogen werden. Eine strahlend weiße Schnee- oder Eisoberfläche hat eine Albedo von bis zu 0,9: 90 % der einstrahlenden Energie wird ins All zurückgestrahlt. Wasser (gemeint ist solches, welches so tief ist, dass man keinen Boden sieht, sodass es unten ohne Lichtenergie stockduster ist) hat eine Albedo von 0,06 - was bedeutet, dass 94 % der einstrahlenden Energie im Wasser verbleibt und es aufwärmt. Deshalb herrscht in Arktis wie Antarktis selbst in den polaren Sommermonaten stets eine geringere Temperatur als im Sommer in den tropischen Breiten, obwohl die einstrahlende Sonnenenergie an den Polen gleich groß oder sogar höher ist. Diese „Eis-Albedo-Rückkopplung“ ist also zunächst der Effekt, dass die weiße Oberfläche die Kühlung verstärkt und damit für eine stabile tiefere Temperatur sorgt, die den Effekt absichert oder sogar verstärkt.
Wenn nun aber das Meereis wegen eines höheren Temperaturanstiegs von Umgebungsluft und tragendem Wasser wärmer wird, schmilzt immer mehr des schwimmenden Eises – bis sich Lücken bilden. Hier ist dann dunkles Wasser (Albedo 0,06) statt hellem, schneebedecktem Eis (Albedo 0,9) vorhanden – und die tagtäglich einstrahlende Sonnenenergie wird nicht zu 10 %, sondern zu 94 % aufgenommen: das Meer wird schneller noch wärmer. Es wird also immer weniger wahrscheinlich, dass die winterliche Jahreszeit kalt genug ist, um trotz des erwärmten Wassers wieder eine Eisschicht zu bilden und mit Schnee zu bedecken. Jetzt dreht sich die Eis-Albedo-Rückkopplung um: mangels Eis-Albedo
verstärkt sich der aufwärmende Effekt in einer bisher stabil kühleren Region der Erde: unsere polaren Kühlschränke versagen immer mehr ihren Dienst. So entstehen Temperaturen von über 30°C am Polarkreis und hungernde Eisbären, die sich nicht mehr über das zunehmend schwindende Meereis bewegen können.
Nicht nur die „Eis-Albedo-Rückkopplung“ ist ein sich selbst verstärkender Effekt. Auch bei anderen Systemen ergibt sich die Situation, dass „Teufelskreise“ entstehen. Ein weiteres Beispiel: Das Eisschelf auf dem Festlandmassiv von Grönland schmilzt. Die Eismassen sind mehrere Kilometer dick – damit liegen die obersten
Schichten in kühleren Luftregionen als der Bodensockel. Noch. Wenn nun die Luft wärmer wird und die obersten Schichten schmelzen, liegen die dann obersten Schichten in tieferen Luftbereichen, die naturgemäß wärmer sind und eben schneller schmelzen. Der Abschmelzeffekt verstärkt sich. Irgendwann ist der Punkt erreicht, wo die oberste Schicht stets (das ganze Jahr über) in einem so warmen Höhenbereich liegt, dass auch der winterliche Schneefall nicht ausreicht, um das sommerliche Abschmelzen abzufedern: der Berg schrumpft insgesamt und erreicht seine ursprüngliche Höhe nicht mehr. Für Grönland wird befürchtet, dass dieser Punkt nicht mehr weit ist[1]. Der Punkt auf diesem Weg, an dem die Sache „kippt“,
wird Kipppunkt („tipping point“) genannt. Wie eine Tasse, die man langsam zur Kante des Tisches schiebt, auch noch auf dem Tisch bleibt, wenn schon ein gehöriger Teil ihrer Fläche über dem Abgrund schwebt, gibt es doch einen Moment, in dem die Tasse kippt – und dann wird sie fallen, weil der Kipppunkt erreicht und überschritten ist. Solche Rückkopplungen gibt es auch in erddynamischen
Prozessen. Besonders relevant im Zusammenhang mit den Meeren sind das Abschmelzen des sommerlichen arktischen Meereises, das Abschmelzen des West- wie des ostantarktischen Eisschildes, das Erlahmen der atlantischen thermohalinen Zirkulation (Golfstrom), die Methan-Ausgasung aus den Ozeanen und aus anderen Methanhydrat-Lagerstätten, die Abschwächung der marinen Kohlenstoffpumpe und das Absterben von Korallenriffen – um nur ein paar zu nennen.
Solche Kipppunkte sind der Grund, warum die Nationen sich 2015 in Paris darauf geeinigt haben, die Klimaerwärmung auf möglichst
1,5°C, maximal aber 2°C zu beschränken: es ist allzu wahrscheinlich, dass bei größerer Erwärmung direkt mehrere Kipppunkte erreicht und überschritten werden – und die Klimaerwärmung sich dann unaufhaltsam deutlich verstärkt. Und wie es sich bei Kipppunkten gehört: das fangen wir Menschen dann nicht mehr auf.
Wir tun also gut daran, das Vorsorgeprinzip einzuhalten und zu den Kipppunkten Abstand zu halten.
Ein aktuelleres Beispiel mag das verdeutlichen: im Permafrostbereich sind seit Jahrmillionen eingefrorene Kadaver enthalten – Tierleichen, tiefgefroren, konserviert. Tauen die Permafrostböden auf, werden
auch diese Kadaver wieder freigegeben. Und in ihnen Bakterien und Viren, die aufgrund ihrer einfachen Organstruktur einfach überlebt haben und sofort wieder ins aktive Leben zurückkehren, wenn sie frei sind. Darunter sind Bakterien und Viren, die keine der heute lebenden, modernen Arten jemals erlebt haben, und gegen die auch kein Organismus eine Immunantwort auf Vorrat hat. Was eine
weltweite Pandemie mit einem unbekannten Virus bedeutet, hat uns das SARS-CoV-2-Virus („Corona“) gezeigt. Solche Krankheitserreger werden wir künftig vielleicht häufiger erleben (und überleben) müssen …
Quelle [1] N. Boers, M. Rypdal: Critical slowing down suggests that the western Greenland Ice Sheet is close to a tipping point. PNAS, 2021. https://doi.org/10.1073/pnas.2024192118
Zur Vollständigkeit: Das Ding mit dem Meeresspiegelanstieg
Die Sache klingt zunächst recht einfach. Man stelle sich einen kühlen Drink vor: oben schwimmen Eiswürfel, um die Flüssigkeit kühl zu
halten. Anfangs braucht es diese eigentlich gar nicht, da man ja das Getränk selbst kühlen und gekühlt servieren könnte. Aber der durchschnittliche Trinker möchte es ja nicht in einem Zug kippen – sondern stellt es für eine Zeit in der Umgebungsluft ab oder hält es sogar in der Hand. Sofort wirkt der 2. Hauptsatz der Thermodynamik: der Temperaturausgleich vom wärmeren zum kälteren Bereich. Der Drink wird wärmer.
Um dies zu verhindern, wird die Verdunstungskälte des Eiswürfels genutzt, die er seinerseits nach dem gleichen Grundsatz an die ihn
umgebende Substanz abgibt. Dies ist mehrheitlich der Drink – er wird durch den Eiswürfel kälter, im Idealfall genauso schnell, wie er durch Umgebungsluft oder Hand erwärmt wird. Denn dann bleibt der Drink erfrischend. Eis im Meer kühlt also das Meer ab, wenn es schmilzt – und es wird geschmolzen, wenn das Wasser und die Luft wärmer sind als das Eis.
Hier muss man jetzt sauber differenzieren: es gibt Eismassen, die auf dem Land herumliegen (Inlandeis), und es gibt Eismassen, die auf dem Wasser schwimmen (Meereis).
Auf der Erde gibt es zwei massive Inlandeis-Ansammlungen: die Antarktis (die Landfläche um den Südpol der Erde, wo u.a. die Pinguine wohnen) mit knapp 90 % und Grönland mit 10 % - der Rest von nicht einmal einem Prozent fasst alle Gletscher zusammen
(0,6 %). Zusammen sind es derzeit noch etwa 15 Millionen Quadratkilometer Landfläche, die von Inlandeis bedeckt sind.
Das Meereis bedeckt im Jahresmittel anderthalb mal so viel Fläche: 22,5 Millionen Quadratkilometer schwimmendes Eis gibt es etwa
gleichermaßen im Bereich der Arktis (der Bereich um den Nordpol der Erde, wo u.a. die Eisbären wohnen) sowie rund um die Antarktis. In beiden Bereichen schwanken die Massen im Jahreszyklus erheblich – im Süden um 16 Millionen Quadratkilometer zwischen Sommer und Winter, im Norden um 10 Millionen Quadratkilometer. Diese Flächen schwimmen vollständig auf Meerwasser.
Eisbedeckte Landflächen werden hauptsächlich von der wärmer werdenden Luft angeschmolzen – das schmelzende Wasser fließt in das nächstliegende Meer. Hier kommt es in einer relativ kühlen Temperatur an, sodass diese ehemaligen Eismassen an der Erwärmung der Meere nicht relevant mitwirken, sondern sogar ein wenig gegensteuern. Aber: diese Wassermengen machen die Badewanne voller, so als ob man den Drink noch kühl nachschenkt.
Anders bei schmelzendem, schwimmendem Meereis: wie ein
schmelzender Eiswürfel den Drink nicht voller macht (was man meistens nicht bemerkt, da man ihn bis dahin ausgetrunken hat), so erhöht sich der Meeresspiegel durch schmelzende Eisberge nicht. Eigentlich heben sich die Massenunterschiede über das
Jahr zwischen Nord- und Südpolregion auf – wenn im Norden im dortigen Sommer (März bis September) mehr Wasser wegschmilzt, ist im Süden Winter, und viel Meerwasser wird dort (abschneiend) zu Eis. Im nördlichen Winter (September bis März) dreht sich das Spiel um, sodass letztlich durch diese rhythmischen Zyklen im Jahresmittel keine Veränderung des Meeresspiegels eintritt. Das ändert sich, wenn Eismassen dauerhaft wegschmelzen, also nicht im kommenden Winter neu entstehen. Dieser Effekt ist seit einigen
Jahren verstärkt festzustellen und führt inzwischen zu Schätzungen, dass das Nordpolmeer bereits in den kommenden zwei Jahrzehnten im polaren Winter eisfrei bleiben könnte. Und das hierdurch dauerhaft nicht mehr geschmolzene Wasser muss irgendwo sein: es bleibt in den Meeren, ohne zu frieren, als flüssiges H2O. Und so wird die Badewanne voller. Hinzu tritt der Effekt, dass wärmeres Wasser mehr Volumen hat als kaltes – wird das Meerwasser um 1°C wärmer, steigt der weltweite Meeresspiegel um etwa 25 cm bis 50 cm.
Die Höhe des gesamten Anstiegs des Meeresspiegels wird unterschiedlich berechnet. „Wenn alle 24 Millionen Kubikkilometer Eis, aus denen die Polkappen der Arktis und Antarktis, die Gletscher und alle Eisfelder bestehen, abschmelzen, erhöht sich der Meeresspiegel um mehr als 60 Meter.“, liest man sinngemäß häufig. Diese Zahl stimmt – würde aber auch bei unveränderter Fortsetzung unserer Lebensweise (worst-case-Szenario) erst in etwa 1.000 Jahren eintreten.
In den nächsten Jahrzehnten sind die Anstiegsprognosen
deutlich geringer – aber man sollte auch kleinere Zahlen nicht unterschätzen. Die Berechnungen des IPCC gehen von 26 cm bis 78 cm Anstieg in den kommenden Jahrzehnten aus. Man könnte also meinen, dass mit einer Deicherhöhung um einen ganzen Meter eine ziemliche Weile auskäme. Das ist falsch: Im statistischen Mittel müssten alle Deiche um das 1,5-fache (stellenweise sogar
bis zum doppelten) gegenüber dem mittleren Meeresspiegelanstieg erhöht werden, um das aktuelle Sicherheitsniveau zu halten.[Quelle 1]. Wir müssten also alle Deiche um gut zwei Meter erhöhen – unfassbare Mengen an Erde und (klimakritisch produziertem) Beton würden hierfür gebraucht. Nicht zu unterschätzen.
Korallen reagieren z.B. empfindlich auf Wassertemperaturen über 30°C und auf zu saures Wasser, das das Kalkskelett nicht nur von Korallen, sondern von allen Lebewesen mit kalkhaltigen Skeletten angreift. Eine neue Studie belegt, dass sogar die Haut von Haien durch das zu saure Wasser (zu niedriger pH-Wert) angegriffen wird und die Tiere leiden [Quellen 2 und 3].
- Tiefenwasser
Die Vorfahren der Korallen existierten schon vor bis zu 670 Millionen Jahren im Ediacarium, als sich das vielzellige Leben entwickelte [Quelle 1]. Sie gehören zum Stamm der Nesseltiere. Während ihre Verwandten, die Quallen, ein sogenanntes „Medusenstadium“ ausbilden – also das, was wir als Qualle bezeichnen -, kommen Korallen nur als sesshafte Polypen daher. Ihnen gemein sind die namensgebenden giftigen Nesselzellen, mit denen sie auf Jagd gehen.
Die Körper der Polypen sind hydrantenförmig, mit einem Fuß am Untergrund, einem Stiel, in dem sich die Magenhöhle befindet, und einem tentakelbesetzten Kopf, der dem Fang kleinster Lebewesen aus dem vorbeiziehenden Wasser dient [Quelle 2].
Trotz ihrer eher simplen Körperstruktur bilden Korallen eine unfassbare Vielfalt an Formen aus, von filigranen Seefedern über fächerförmige Gorgonien und tellerartige Steinkorallen bis hin zu Seeanemonen. Aktuell sind mehr als 7.230 Arten innerhalb der „Blumentiere“ bekannt [Quelle 3].
Die größten Baumeister unseres Planeten sind die gesteinsbildenden Korallen, die erstmals vor 400 Millionen Jahren, also grob zeitgleich mit den ersten Haien, auftraten. Steinkorallen (Scleractinia) bauen seit etwa 250 Millionen Jahren an unseren heutigen Riffen [Quelle 2]. Ihre Baukunst verdanken sie der Symbiose mit einzelligen Algen, den Zooxanthellen. Während die einzelnen Korallenpolypen nur nachts ihre Körper hinaus ins Wasser strecken und die Tentakeln in die Strömung halten, betreiben die Zooxanthellen Photosynthese im Tageslicht und liefern neben Nährstoffen auch farbgebende Stoffe sowie die Grundlage für den Korallenzement: Kalk.
Die Baukunst der Korallen bietet einem Viertel aller marinen Fische einen Lebensraum oder eine Nahrungsgrundlage [Quelle 4]. Sie bilden sozusagen die Metropolen unserer Ozeane – viel Leben auf kleinstem Raum.
Doch die Riffe werden auf vielerlei Weise bedroht: Da das Meerwasser 30% des zusätzlich in die Luft gepusteten Kohlenstoffdioxids aufnimmt, versauert das Wasser (mehr über pH-Wert gibt’s hier nebenan). Calciumcarbonat, der Baustoff der Korallen, wird dadurch immer weniger
verfügbar, das Wachstum der Riffe wird verlangsamt. Währenddessen greift die Säure das schon vorhandene Kalkgerüst an, sodass manche Bauten mitten in der bunten Innenstadt marode werden. Es kommt zu Instabilität oder verändertem, weniger komplexem Wuchs der Korallen [Quelle 6]. Gleichzeitig bedrohen wärmere Temperaturen die Symbiose zwischen Polypen und Zooxanthellen. Steigt die Wassertemperatur über einen Grenzwert – der „leider“ von Koralle zu Koralle verschieden und deshalb kaum vorhersehbar ist [Quelle 7] -, wird die Photosynthese gehemmt und der Polyp stößt die Algen ab. Zurück bleiben die weißen, sterbenden Skelette. Korallenbleiche ist an sich kein neues Phänomen, doch der gestiegene Umfang des Auftretens ist das, was die Korallenriffe heute stärker bedroht als jemals zuvor [Quelle 7].
Quellen:
1. Spektrum der Wissenschaft – Lexikon der Biologie (Zugr. 10.10.20): Ediacara-Fauna.
https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/ediacara-fauna/20101
2. V. Storch, U. Welsch, W. Kükenthal (2009): Kükenthal Zoologisches Praktikum. 26. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg.
3. WoRMS – World Register of Marine Species (Zugr. 10.10.20): Taxon tree.
https://www.marinespecies.org/aphia.php?p=browser&id[]=2&id[]=1267#focus
4. National Ocean and Atmospheric Administration (Zugr. 10.10.20): Coral reef ecosystems.
https://www.noaa.gov/education/resource-collections/marine-life/coral-reef-ecosystems
5. S. C: Doney et al. (2020): The Impacts of Ocean Acidification on Marine Ecosystems and Reliant Human Communities. Annual Review of Environment and Resources.
https://doi.org/10.1146/annurev-environ-012320-083019
6. J. E. N. Veron (2011): Corals: Biology, skeletal deposition, and reef building. In: D. Hopley: Encyclopedia of Modern Coral Reefs: Structure, Form and Process. Springer Netherlands, Dordrecht 2011.
https://doi.org/10.1007/978-90-481-2639-2
7. J. M. Lough (2011): Climate change and coral reefs. In: D. Hopley: Encyclopedia of Modern Coral Reefs: Structure, Form and Process. Springer Netherlands, Dordrecht 2011.
Um sich vor Augen zu führen, wie viel eine Erwärmung der Erde um 2 Grad eigentlich ist, sollte man sich folgende Zahl ansehen: Die durchschnittliche globale Temperatur des Meerwassers beträgt 3,8 Grad Celsius. Eine Erwärmung von 2 Grad ist also fatal, zumal der Großteil
der Erwärmung an der Oberfläche stattfindet, wo die Temperaturen noch sehr viel stärker ansteigen können.
Quellen:
1. Spektrum der Wissenschaft – Lexikon der Biologie (Zugr. 10.10.20): Meer.
https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/meer/41655
2. L. Cheng et al. (2019): How fast are the oceans warming? Observational records of ocean heat content show that ocean warming is accelerating. Science.
Die Ozeane sind ein Puffersystem im Klima der Erde. So fangen sie beispielsweise etwa 93% der zusätzlichen Wärme des Klimawandels ab [Quelle 1] und binden mit etwa 30% einen wesentlichen Teil des CO2 [Quelle 2]. Nicht alles davon wird in Form von organischem Kohlenstoff
in Pflanzen eingelagert, sondern reagiert mit dem Meerwasser zu Kohlensäure: Das Meer wird saurer. Mit einem pH-Wert von etwa 8,1 ist das Meerwasser eigentlich leicht basisch [Quelle 2] und begünstigt damit die Produktion von Kalkstrukturen. Schon geringe Abweichungen hinter dem Komma bringen das System aus dem Gleichgewicht. In unserem Körper verhält sich das übrigens nicht anders – Abweichungen von 0,2 pH im Blut können für den Menschen lebensgefährlich werden.
Quellen:
1. NASA (Zugr. 10.10.20): Is the ocean continuing to warm?
2. L. Jiang et al. (2019): Surface ocean pH and buffer capacity: past, present and future. Scientific Reports.
Fazit
Die Meere sind durch die Klimakrise besonders bedroht – und letztlich stellen die Ozeane den fast wichtigsten Kipppunkt von allen dar:
wenn die Ozeane als Kohlenstoffsenke versagen, wird ein viel größerer Anteil des weiterhin emittierten CO2 allein in der Atmosphäre landen und den Klimaeffekt erhöhen – und wenn zugleich die Meereserwärmung sich nicht verstärken mag, bleibt die zusätzliche Sonnenenergie, die auf die Erde (treibhausverstärkt) wirkt, im Luft- und Landbereich. Wo wir Menschen versuchen
zu leben.
Es gibt genügend Szenarien und Visionen, wie ungemütlich es dann werden kann. Lasst uns gemeinsam versuchen, sie zu vermeiden und unseren wunderbaren Planeten für uns überlebbar zu gestalten.
Ein paar Ideen dafür haben wir auf dieser Homepage zusammengefasst. Weitere Literatur auch im Literaturverzeichnis.
Ein Wort zum Abschluss:
das wissenschaftliche Gesamtwissen der Menschheit zu diesem Thema wächst täglich – man sagt, dass wohl nichts auf der Welt so ausführlich erforscht und wissenschaftlich belegt ist wie die Klimakrise.
Wir können also nur einen Ausschnitt liefern – verbunden mit einer Literaturempfehlung für die Vertiefung und Ergänzung. Und
ein paar Links zu Internetseiten, bei denen mehr und meer zu finden ist (teilweise mit ausführlichem wissenschaftlichen Nachweiskompedium):
5. Sachstandsbericht des IPCC; IPCC, 2014: ClimateChange 2014: Synthesis Report. Contribution of WorkingGroups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp.; https://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/
Stefan Rahmstorf, Hans Joachim Schellnhuber: Der Klimawandel: Diagnose, Prognose, Therapie. Beck, 9. Edition 2019
Mojib Latif: Heisszeit. Herder 2020
Sven Plöger: Zieht Euch warm an, es wird heiß! Westend 2020
Stefan Bonner, Anne Weiss: Generation Weltuntergang (Planet Planlos). Droemer Knaur, 5. Edition 2019
www.klimafakten.de, insbesondere die preisverdächtige Darstellung auf https://www.klimafakten.de/meldung/was-wir-heute-uebers-klima-wissen-basisfakten-zum-klimawandel-die-der-wissenschaft mit immens vielen Quellenangaben zu wissenschaftlichen Studien
https://www.helmholtz.de/forschung/erde-und-umwelt/atmosphaere-und-klima/
Quellen:
(Leserichtung, links nach
rechts, oben nach unten)
1. https://scilogs.spektrum.de/klimalounge/um-wie-viel-muessen-wir-die-deiche-der-nordsee-erhoehen/
2. J. Dziergwa et al. (2019): Acid-base adjustments and first evidence of denticle corrosion caused by ocean acidification conditions in a demersal shark species. Scientific Reports.
https://doi.org/10.1038/s41598-019-54795-7
3. Zusammenfassung: wissenschaft.de (Zugr. 10.10.20): Ozeanversauerung nagt an Hai-Schuppen.
https://www.wissenschaft.de/umwelt-natur/ozeanversauerung-nagt-an-hai-schuppen/
Bildnachweise:
(Leserichtung, links nach
rechts, oben nach unten)
Meik Obrock