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Der Klimawandel und seine Folgen gehören zu den am meisten diskutierten Fragen der Gegenwart. Bild: Shutterstock
(Mitarbeit: Martin Schlumpf)
Abgesehen von der Covid-Pandemie hat in den letzten Jahren kein Thema die Welt derart in Atem gehalten wie die Erderwärmung. Die Menschheit stehe vor ihrer bisher grössten Herausforderung, behaupten zahlreiche Klimaaktivisten, Politiker und Journalisten. Hier sind die wichtigsten Grundlagen zum Thema Klimawandel.
1. Temperaturentwicklung
Etwa um 1850 ist die sogenannte «kleine Eiszeit» zu Ende gegangen, die der Welt verglichen mit den letzten Jahrtausenden tiefe Temperaturen bescherte. Seither sind die Welttemperaturen gestiegen – bis heute im Durchschnitt um 1,1 Grad. Die Temperaturentwicklung erfolgte aber nicht gleichmässig. So gab es mehrere Phasen, in denen es tendenziell wieder kälter wurde. Insbesondere zwischen 1940 und 1975 waren die Temperaturen rückläufig. Seit Mitte der 1970er-Jahre aber wird es wieder rasant wärmer – mit Ausnahme einer Phase von 2000 bis 2015, in der die Temperaturen stagnierten.
Die folgende Grafik zeigt die Entwicklung von vier wichtigen Temperatur-Datenreihen seit 1850 sowie die Trends, die man aus diesen Daten herauslesen kann (mehr dazu hier).
Quelle: Steven E. Koonin / Martin Schlumpf
2. Temperaturmodelle
Stimmt die bisherige Entwicklung der Temperaturen mit den Erwartungen der Wissenschaft überein? Der Weltklimarat (IPCC) stützt sich in seinen Prognosen auf verschiedene Computer-Modellrechnungen zur Temperaturentwicklung ab. Die nächste Grafik zeigt, wie sich die Temperaturen gemäss den Modellrechnungen, die für den fünften IPCC-Sachstandsbericht von 2013 verwendet wurden (CMIP-5, gelber Bereich), hätten entwickeln sollen, verglichen mit der realen Entwicklung (RSS-Satelliten-Temperaturreihe). Man erkennt, dass sich die realen Temperaturen seit etwa dem Jahr 2000 im untersten Bereich der Erwartungen bewegen, oder sogar darunter. Die Modelle haben die Erwärmung also eher überschätzt.
Quelle: Remote Sensing Systems (RSS)
3. CO2-Ausstoss
Für die Erderwärmung seit 1850 macht der Weltklimarat vollständig den Ausstoss sogenannter Treibhausgase durch den Menschen verantwortlich. Das wichtigste Treibhausgas ist Kohlendioxid (CO2), das vor allem beim Verbrennen fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdgas, Erdöl), aber auch bei industriellen Prozessen wie der Herstellung von Zement freigesetzt wird.
In der folgenden Grafik sieht man die Entwicklung des globalen jährlichen CO2-Ausstosses seit 1850 – aufgeteilt nach den Beiträgen der verschiedenen Weltregionen (in Milliarden Tonnen). Der starke Anstieg des CO-Ausstosses begann etwa um 1950 – also zu einer Zeit, als die Welttemperaturen noch mehrere Jahrzehnte leicht rückläufig waren. Erkennbar ist, dass die CO-Emissionen von Europa und der USA seit etwa 1990 zurück gehen. Weil aber der CO2-Ausstoss von Asien, insbesondere von China, weiterhin stark zunimmt, ist beim globalen Ausstoss bis heute keine Trendwende zu sehen.
Quelle: WorldInData
4. CO2-Gehalt der Atmosphäre
Das vom Menschen ausgestossene CO2 wird nur zum Teil von Ozeanen, Pflanzen und Böden aufgenommen. Folglich sammelt sich das CO2 in der Atmosphäre an. Deren Gehalt an Kohlendioxid steigt darum immer weiter. Weil sich CO2 ziemlich gleichmässig verteilt, ist die CO2-Konzentration der Atmosphäre fast überall gleich hoch. Gemessen wird der Gehalt in Parts per Million (ppm), also der Anzahl der CO2-Teilchen pro Million Luftteilchen.
Der CO2-Gehalt der Atmosphäre ist seit dem Beginn der Industrialisierung von rund 280 ppm auf heute etwa 415 ppm gestiegen. Die nächste Grafik zeigt die Entwicklung seit 1958 bis heute auf dem Vulkan Mauna Loa auf Hawaii, wo sich eine CO2-Messstation befindet. Man erkennt, dass die CO2-Konzentration saisonalen Schwankungen unterworfen ist und jeweils im April/Mai um etwa 6 ppm höher liegt als im September/Oktober.
Abgesehen von den saisonalen Schwankungen steigt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre aber seit 1958 ziemlich regelmässig (blaue Linie), wobei sich der Anstieg in den letzten Jahrzehnten eher beschleunigt hat.
Quelle: Pieter Tans, NOAA/ESRL
5. Erwartete Erwärmung (gemäss IPCC)
Gemäss dem Weltklimrat ist dieser Anstieg des CO2 – und auch der anderer Treibhausgase wie Methan oder Lachgas – für die beobachtete Erwärmung verantwortlich. Natürliche Ursachen wie Veränderungen bei der Sonneneinstrahlung spielen demnach keine Rolle. Der Klimawandel kann darum gemäss IPCC nur dann gebremst oder gestoppt werden, wenn der Ausstoss an Treibhausgasen in den nächsten Jahrzehnten radikal gesenkt wird.
Der IPCC hat seinen Berechnungen zur weiteren Entwicklung der Erderwärmung verschiedene Szenarien zum CO2-Ausstoss unterlegt. Im extremsten Fall (SSP5-8.5) steigen die CO2-Emissionen in der zweiten Hälfte des Jahrhundert bis auf das Dreifache von heute. Verfolgt die Welt aber eine strenge Klimapolitik, sinkt der Ausstoss bis 2100 auf noch etwa ein Viertel verglichen mit heute (SSP2-4.5) oder wird sogar negativ (SSP1-2.6, SSP1-1.9). Negative Emissionen sind möglich, wenn der Atmosphäre mehr Kohlendioxid entnommen als ausgestossen wird, etwa durch Massnahmen wie der Abscheidung von CO2 aus der Luft (und anschliessender unterirdischer Lagerung) oder Aufforstungen.
Beruhend auf diesen Emissionsszenarien hat der Weltklimarat abgeschätzt, mit welcher Erwärmung in den nächsten Jahrzehnten zu rechnen ist. Die folgende Tabelle zeigt das Resultat. Die Angaben verstehen sich als Abweichungen zu den Temperaturen in der Periode von 1850 bis 1900. Für das Szenario mit den höchsten Emissionen (SSP5-8.5) ist in den letzten 20 Jahren dieses Jahrhunderts mit einer totalen Erwärmung um 4,4 Grad zu rechnen. Dieses Emissionsszenario wird allgemein aber als unwahrscheinlich betrachtet. Bei den anderen Szenarien ergibt sich einen totale Erwärmung zwischen 1,4 Grad und 3,6 Grad.
Um die Ziele des Klimaabkommens von Paris zu erreichen (maximal eine Erwärmung von 2 Grad bis Ende des Jahrhundert, wenn möglich aber höchstens 1,5 Grad), ist es demnach notwendig, dass der CO2-Aussstoss ab etwa 2025 deutlich oder sogar radikal sinkt.
Quelle: IPCC, AR6, Summary for Policymakers
6. Energieversorgung
Ist es aber möglich, rasch aus den fossilen Brennstoffen auszusteigen und den CO2-Ausstoss entsprechend zu reduzieren? Die folgende Grafik zeigt die Entwicklung des Primarenergieverbrauchs von 1800 bis 2015. Demnach stieg der Verbrauch ab etwa 1950 steil an. Bis heute ist keine Trendwende punkto Verbrauch absehbar. Es ist zu erwarten, dass der weltweite Energiekonsum mit der wirtschaftlichen Prosperität zahlreicher Entwicklungs- und Schwellenländer weiter steigen wird – auch wenn sich Wirtschaftsleistung und Energieeinsatz immer weiter entkoppeln.
Über 80 Prozent des Weltenergiekonsums wird heute noch immer durch fossile Brennstoffe (Kohle, Öl, Gas) gedeckt. Es ist kaum ein Energieträger vorstellbar, welcher diese tragende Rolle innerhalb weniger Jahrzehnte übernehmen kann. Um die Energie bis 2050 vollständig zu dekarbonisieren und etwa durch Kernenergie zu ersetzen, müsste täglich ein neues Atomkraftwerk in Betrieb genommen werden - ein Ding der Unmöglichkeit (mehr dazu hier und hier).
Quelle: Vaclav Smil / Martin Schlumpf
7. Kosten
Wie schlimm ist der Klimawandel? Es wird davon ausgegangen, dass die Erderwärmung überwiegend negative Folgen für Mensch und Umwelt hat, in Form von Überschwemmungen, Dürren, Unwettern oder Ernteausfällen. Diese Auswirkungen versucht die Politik durch Gegenmassnahmen zu verhindern oder zu mildern. Doch auch das kostet: Die Umstellung auf erneuerbare Energieerzeugung, auf eine klimaschonende Landwirtschaft oder auf eine klimaneutrale Zementproduktion geht ins Geld.
Klimaökonomen haben versucht, die Klimafolgeschäden und die Kosten der politischen Vermeidungsstrategien abzuschätzen. Das berühmteste Kostenmodell stammt vom amerikanischen Ökonomen William Nordhaus, der dafür 2018 den Wirtschafts-Nobelpreis erhalten hat.
In der folgenden Grafik, die sich auf das sogenannte DICE-Modell von Nordhaus stützt, werden die geschätzten Kosten der Klimaschäden (blau) und der Klimapolitik (rot) bei verschiedenen politischen Strategien summiert. Angegeben ist jeweils die Temperaturerhöhung, die bei einer Strategie zu erwarten ist. Dabei sind die Kosten der Klimaschäden, die drohen, wenn gar keine Massnahmen ergriffen werden («Weiter wie bisher»), als 100 Prozent gesetzt.
Die beste Strategie ist diejenige, bei der die Summe der Kosten am kleinsten ist. Gemäss Nordhaus ist das bei einem Temperaturziel von 3,5 Grad der Fall («Ökonomisches Optimum»). Um die Erderwärmung stärker zu begrenzen, sind dagegen teure bis sehr teure Klimaschutz-Massahmen notwendig, die die Gesamtkosten rasch ansteigen lassen.
Das Resultat ist bemerkenswert. Allzu viel gegen die Erderwärmung zu unternehmen, lohnt sich demnach nicht.
Quelle: W. Nordhaus / B. Lomborg / M. Schlumpf
8. Anpassung
Die Menschen können aber nicht nur versuchen, die Erderwärmung zu bremsen, sondern können sich auch an den Klimawandel anpassen. Denkbar ist, Dämme gegen Überschwemmungen zu errichten, dürresistente Pflanzensorten für die Landwirtschaft zu entwickeln oder hitze-abschirmende Häuser zu bauen. Solche Massnahmen gegen die Folgen höherer Temperaturen sind in der Regel sehr effizient.
So hat die Zahl der Menschen, die bei klimarelevanten Naturkatastrophen wie Stürmen, Überschwemmungen und Dürren ums Leben gekommen sind, in den letzten Jahrzehnten stark abgenommen. Unsere letzte Grafik zeigt, dass die entsprechende Zahl der Todesfälle seit den 1920er-Jahren von fast 5 Millionen jährlich auf rund 0,2 Millionen abgenommen hat – obwohl es heute nicht weniger solche Naturkatastrophen gibt (mehr dazu hier). Der Grund für diese rasante Abnahme liegt darin, dass sich die Menschheit immer besser vor Naturkatastrophen schützen. Und dieser Schutz ist – unter anderem – darum möglich, weil die Menschen heute grössere finanzielle Ressourcen haben, um vorzusorgen. Wirtschaftlicher Wohlstand ist somit eine wichtige Voraussetzung, um dem Klimawandel zu begegnen.
Quelle: EM-DAT / Martin Schlumpf