Der Klimawandel ist eine langfristige Veränderung der durchschnittlichen Wettermuster, entweder global oder regional. Wie diese weit gefasste Definition nahelegt, hat der Klimawandel in der Erdgeschichte viele Male und aus vielen Gründen stattgefunden. Die Veränderungen der globalen Temperatur- und Wettermuster, die heute zu beobachten sind, werden jedoch durch menschliche Aktivitäten verursacht. Und sie geschehen viel schneller als die natürlichen Klimavariationen der Vergangenheit.
Wissenschaftler haben viele Möglichkeiten, das Klima im Laufe der Zeit zu verfolgen. All dies macht deutlich, dass der heutige Klimawandel mit der Emission von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan zusammenhängt. Diese Gase fangen wirksam Wärme von den Sonnenstrahlen in der Nähe der Erdoberfläche ein, ähnlich wie die Glaswände eines Gewächshauses die Wärme im Inneren halten. Kleine Änderungen der Anteile von Treibhausgasen in der Luft können zu großen Änderungen auf globaler Ebene führen.
Im Durchschnitt bewirken Treibhausgase eine Erhöhung der globalen Temperaturen. Aus diesem Grund wird der Klimawandel manchmal als globale Erwärmung bezeichnet. Die meisten Forscher bevorzugen heute jedoch den Begriff Klimawandel, da Wetter und Klima weltweit unterschiedlich sind. Beispielsweise kann die Erwärmung der globalen Durchschnittstemperaturen den Fluss des Jetstreams verändern, wobei die Hauptluftströmung das nordamerikanische Wetter beeinflusst, was wiederum in einigen Gebieten zu saisonalen Perioden extremer Kälte führen kann.
"Für die Menschen ist es wichtig zu erkennen, dass die Temperatur von Ort zu Ort auf der Erde sehr unterschiedlich ist", sagte Ellen Mosley-Thompson, Paläoklimatologin am Byrd Polar and Climate Research Center der Ohio State University. "Wenn wir über den globalen Klimawandel sprechen, sprechen wir über Temperaturänderungen in großen Gebieten."
Wie Wissenschaftler den Klimawandel kennen, ist real
Das Klima der Vergangenheit wird in Eis, Sedimenten, Höhlenformationen, Korallenriffen und sogar Baumringen aufgezeichnet. Forscher können chemische Signale - wie das in Blasen im Gletschereis eingeschlossene Kohlendioxid - untersuchen, um die atmosphärischen Bedingungen in der Vergangenheit zu bestimmen. Sie können mikroskopisch kleine versteinerte Pollen untersuchen, um herauszufinden, welche Vegetation in einem bestimmten Gebiet gedieh, was wiederum Aufschluss über das Klima geben kann. Sie können Baumringe messen, um eine saisonale Aufzeichnung von Temperatur und Feuchtigkeit zu erhalten. Verhältnisse chemischer Varianten von Sauerstoff in Korallen und Stalaktiten und Stalagmiten können frühere Niederschlagsmuster aufdecken.
Verschiedene Arten von natürlichen Aufzeichnungen haben unterschiedliche Stärken. Ozeansedimente weisen keine saisonalen oder sogar jahrelangen Detaillierungsgrade auf, aber sie können verschwommenere Bilder des Klimas liefern, das Millionen von Jahren zurückreicht, sagte Mosley-Thompson gegenüber Live Science. (Die ältesten aus Ozeansedimenten gebohrten Kerne stammen laut The Smithsonian Institution aus 65 Millionen Jahren.) Die Baumaufzeichnungen sind relativ kurz, aber unglaublich detailliert. Und Eis kann voller Informationen sein: Gletscher fangen nicht nur atmosphärische Gase in Form von Luftblasen ein, sondern fangen auch Staub und andere Sedimente, Pollenkorn, Vulkanasche und mehr ein. Wenn das Eis älter und komprimierter wird, kann die Aufzeichnung unscharf werden, sagte Mosley-Thompson, aber neueres Eis kann von Jahr zu Jahr einen Blick auf das Klima werfen.
Die jüngsten Klimaveränderungen - seit Beginn der industriellen Revolution - können auch direkt verfolgt werden. Das Führen von Aufzeichnungen über Dinge wie die Landtemperatur begann sich Ende des 19. Jahrhunderts zu verbessern, und Schiffskapitäne begannen, eine Fülle von Wetterdaten auf Ozeanbasis in ihren Protokollen zu speichern. Das Aufkommen der Satellitentechnologie in den 1970er Jahren hat zu einer Explosion von Daten geführt, die alles von der Eisausdehnung an den Polen über die Meeresoberflächentemperatur bis zur Wolkendecke abdecken.
Wie sich das Klima verändert
Zusammengenommen haben diese Aufzeichnungen gezeigt, dass das moderne Klima schnell von den Mustern der Vergangenheit abweicht.
Vor der industriellen Revolution gab es ungefähr 280 Kohlendioxidmoleküle pro Million Moleküle in der Atmosphäre, ein Maß, das als Teile pro Million (ppm) bekannt ist. Laut der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) lag der globale durchschnittliche CO2-Gehalt im Jahr 2018 bei 407,4 ppm, mehr als 100 ppm über dem Wert der letzten 800.000 Jahre. Das letzte Mal, dass atmosphärischer Kohlenstoff das heutige Niveau erreichte, war laut NOAA vor 3 Millionen Jahren.
Die Änderungsrate des heutigen atmosphärischen Kohlenstoffs ist laut NOAA ebenfalls schneller als in der Vergangenheit. Die Steigerungsrate war in den letzten 60 Jahrzehnten 100-mal schneller als jemals zuvor in den letzten Millionen Jahren - eine Zeit, in der zwischen den Eiszyklen acht große Klima-Flip-Flops auftraten, in denen sich das Eis von den Polen in die mittleren Breiten ausdehnte. und interglaziale Zyklen, in denen sich das Eis dorthin zurückzog, wo es heute ist. Und die Rate steigt weiter an. In den 1960er Jahren stieg der atmosphärische Kohlenstoff um durchschnittlich 0,6 ppm pro Jahr. In den 2010er Jahren stieg sie durchschnittlich um 2,3 ppm pro Jahr.
Die Fähigkeit von all dem zusätzlichen Kohlenstoff, Wärme zu speichern, hat zu steigenden globalen Durchschnittstemperaturen geführt. Laut dem Goddard Institute for Space Studies (GISS) der NASA ist die Durchschnittstemperatur der Erde seit 1880 um etwas mehr als 2 Grad Fahrenheit (1 Grad Celsius) gestiegen, eine Messung, die auf ein Zehntel Grad Fahrenheit genau ist. Wie bei der Geschwindigkeit des atmosphärischen Kohlenstoffanstiegs beschleunigt sich auch der globale Temperaturanstieg laut Earth Observatory der NASA: Zwei Drittel dieser Erwärmung sind seit 1975 aufgetreten.
Welche Auswirkungen hat der Klimawandel?
Diese Erwärmung hat zu Veränderungen in den Ökosystemen und Umgebungen der Erde geführt. Zu den dramatischsten Veränderungen zählen die Arktis, in der das Meereis abnimmt. Laut NASA sind Eisausdehnungen und Rekordtiefs seit 2002 die neue Normalität, und Studien haben ergeben, dass selbst das älteste mehrjährige Meereis schnell dünner wird. Wissenschaftler erwarten nun den ersten eisfreien arktischen Sommer zwischen 2040 und 2060.
Laut Mosley-Thompson ziehen sich die Gletscher weltweit zurück, insbesondere in den mittleren Breiten. In Montanas Glacier National Park lebten 1850 150 Gletscher. Heute gibt es nur noch 25. Mosley-Thompson und ihr Team schätzen, dass die letzten tropischen Gletscher innerhalb des nächsten Jahrzehnts verschwinden werden.
Das schmelzende Eis und die Ausdehnung des Meerwassers aufgrund von Hitze haben bereits zum Anstieg des Meeresspiegels beigetragen. Laut NOAA ist der globale durchschnittliche Meeresspiegel seit 1880 um 21 bis 24 Zentimeter (8 bis 9 Zoll) gestiegen. Die Anstiegsrate steigt von 1,4 Millimeter (0,06 Zoll) pro Jahr im 20. Jahrhundert auf 3,6 mm (0,14 Zoll). pro Jahr von 2006 bis 2015. Laut NOAA hat dieser Anstieg des Meeresspiegels zu einem Anstieg der Hochwasserfluten in den Küstengebieten der USA um 300% bis 900% geführt.
Meerwasser absorbiert Kohlendioxid aus der Atmosphäre, wodurch eine chemische Reaktion entsteht, die eine Versauerung des Ozeans verursacht. Der globale durchschnittliche pH-Wert von Meeresoberflächengewässern ist seit Beginn der industriellen Revolution um 0,11 gesunken, was einem Anstieg des Säuregehalts um 30% entspricht, so das Pacific Marine Environmental Laboratory der NOAA. Die zunehmende Säure des Ozeans erschwert es Korallen, ihre Karbonatskelette aufzubauen, und es überlebt geschälten Tieren wie Muscheln und einigen Arten von Plankton, zu überleben.
Der Klimawandel beeinflusst sogar den Zeitpunkt des frühlingshaften Wetters. Der früheste in den USA verzeichnete Frühling (definiert durch Pflanzenwachstum und Temperaturen) war im März 2012. Klimamodelle deuten nun darauf hin, dass solche frühen Quellen bis 2015 die Norm sein könnten. Es wird jedoch wahrscheinlich immer noch zu späten Gefrieren kommen, wodurch Bedingungen geschaffen werden, unter denen Pflanzen könnten früh ausblättern und dann durch kalte Temperaturen beschädigt werden. Klimamodelle sagen auch die Verschärfung alarmierender Trends bei Dürren und Waldbränden aufgrund wärmerer Temperaturen voraus.
Modelle sind ein Schlüsselinstrument für Klimaforscher, sagte Kathie Dello, staatliche Klimatologin in North Carolina. Es gibt keinen Vergleichsplaneten für die Erde, sagte Dello, aber Modelle ermöglichen es Wissenschaftlern, virtuelle Versionen des Planeten zu erstellen, um verschiedene Szenarien zu testen. Obwohl das Erdsystem kompliziert ist, haben sich diese Computermodelle als fähig erwiesen, die Zukunft vorherzusagen. Ein Papier aus dem Jahr 2020 in der Zeitschrift Geophysical Research Letters stellte fest, dass die zwischen den 1970er und 2010 veröffentlichten Klimamodellvorhersagen im Vergleich zur tatsächlichen Erwärmung nach der Veröffentlichung genau waren.
Können wir den Klimawandel umkehren?
Eine wachsende Zahl von Geschäftsführern, Regierungsbeamten und Privatpersonen ist besorgt über den Klimawandel und seine Auswirkungen und schlägt Schritte vor, um den Trend umzukehren.
"Während einige argumentieren, dass 'die Erde sich selbst heilen wird', funktionieren die natürlichen Prozesse zur Entfernung dieses vom Menschen verursachten CO2 aus der Atmosphäre auf einer Zeitskala von Hunderttausenden bis Millionen von Jahren", so Josef Werne, Geochemiker und Paläoklimatologe an der Universität von Pittsburgh, sagte. "Also, ja, die Erde wird sich selbst heilen, aber nicht rechtzeitig, damit unsere kulturellen Institutionen so erhalten bleiben, wie sie sind. Deshalb müssen wir in unserem eigenen Interesse auf die eine oder andere Weise handeln, um mit den Klimaveränderungen umzugehen wir verursachen. "
Wenn alle menschlichen Treibhausgasemissionen sofort gestoppt würden, würde sich die Erde wahrscheinlich noch stärker erwärmen, wie einige Studien vermuten lassen, da Kohlendioxid Hunderte von Jahren in der Atmosphäre verbleibt. Es gibt Vorschläge, die theoretisch einen Teil dieser "eingeschlossenen" Erwärmung umkehren könnten, indem Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt wird, wie z. B. die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, bei der Kohlenstoff in unterirdische Reservoire injiziert wird. Befürworter argumentieren, dass die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff technologisch machbar ist, aber die Marktkräfte haben eine breite Akzeptanz verhindert.
Unabhängig davon, ob bereits emittierter Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernt werden kann oder nicht, muss zur Verhinderung einer künftigen Erwärmung die Emission von Treibhausgasen gestoppt werden. Die bislang ehrgeizigste Maßnahme zur Verhinderung der Erwärmung ist das Pariser Abkommen. Dieser unverbindliche internationale Vertrag, der im November 2016 in Kraft getreten ist, zielt darauf ab, die Erwärmung "deutlich unter 2 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau zu halten und Anstrengungen zu unternehmen, um den Temperaturanstieg noch weiter auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen", so die Vereinten Nationen. Jeder Unterzeichner des Vertrags erklärte sich bereit, seine eigenen freiwilligen Emissionsgrenzwerte festzulegen und diese im Laufe der Zeit zu verschärfen. Klimaforscher sagten, dass sich die im Rahmen des Abkommens festgelegten Emissionsgrenzwerte nicht auf 1,5 oder sogar 2 ° C erwärmen würden, sondern dass dies eine Verbesserung gegenüber dem "Business-as-usual" -Szenario darstellen würde.
Unter der Obama-Regierung versprachen die Vereinigten Staaten, die Treibhausgasemissionen bis 2025 auf weniger als 28% des Niveaus von 2005 zu begrenzen. Präsident Donald Trump kündigte jedoch kurz nach seiner Wahl an, dass seine Regierung das Pariser Abkommen nicht einhalten werde. Die Trump-Administration begann 2019 mit dem formellen Rückzug aus dem Abkommen.
Mehrere staatliche und lokale Regierungen haben ihre eigenen Anstrengungen zur Bekämpfung des Klimawandels unternommen. Zum Beispiel haben sich 24 Staaten und Puerto Rico dem US-Klimabündnis angeschlossen und sich verpflichtet, die im Pariser Abkommen festgelegten Ziele zu erreichen.
"Die Bundesregierung ist, selbst wenn sie gut funktioniert, nicht die flinkste Institution", sagte Dello. "Aber Staaten und Städte sind etwas flexibler."
