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Weil sich die Arktis doppelt so schnell erwärmt wie der Rest der Erde, droht das globale Klimasystem aus den Fugen zu geraten. Der tauende Permafrost ist eine tickende Zeitbombe.
Hoch im Norden, jenseits des Polarkreises, ist die Welt nicht mehr in Ordnung. Die Landschaft verändert sich dramatisch. Neue Seen bilden sich, alte laufen aus. Der Permafrost, der dauerhaft gefrorene Boden, taut auf und senkt sich, weil das Schmelzwasser abfliesst. Zurück bleiben umgestürzte Bäume und eine pockennarbige Landschaft.
Vor der Küste, draussen auf dem Polarmeer, schwindet das dicke alte Eis. Anders als noch vor wenigen Jahrzehnten sind weite Teile des arktischen Ozeans nur noch mit relativ dünnem ein- bis zweijährigem Eis bedeckt. Im Vergleich zum Beginn der Satellitenmessungen Ende der siebziger Jahre ist die Eismasse auf dem Meer im Mai, wenn das Tauen beginnt, inzwischen gut dreissig Prozent geringer, wie die Daten des Polar Research Institute der University of Washington zeigen. Meist ist der isolierende Panzer nicht einmal mehr zwei Meter dick und daher mittlerweile sehr anfällig für die im Sommer rund um die Uhr scheinende Sonne.
Hochs und Tiefs verharren
Das Eis zieht sich jedes Jahr im Sommer zurück, aber in diesem Jahr ist es wieder besonders schlimm. Ende Juni war schon so viel Eis verschwunden wie zuvor nur 2012 zu dieser Zeit, als der bisherige Minusrekord erreicht wurde. Im August 2012 öffneten sich nahezu gleichzeitig sowohl die Nordwest- als auch die Nordostpassage und gaben den Weg vom Atlantik zum Pazifik frei. Die Sonne hatte viel Gelegenheit, das Meer zu erwärmen. Für gewöhnlich reflektiert das Meereis etwa sechzig Prozent der einfallenden Sonnenenergie direkt zurück ins Weltall. Damit sorgte es bisher dafür, dass die Polarregion ein sehr kalter Ort blieb, obwohl die Sonne zwischen Frühlings- und Herbstbeginn am Nordpol nie hinter dem Horizont verschwindet.
Doch diese Zeiten neigen sich mehr und mehr dem Ende zu. Während der Sommermonate liegen immer grössere Flächen des Nordmeers frei. Wärmende Sonnenstrahlen können ins Wasser eindringen. Die Folgen reichen weit über die Arktis hinaus. Sie werden durch die Freisetzung von Treibhausgasen aus dem Permafrost in den nächsten Jahrzehnten zur Beschleunigung der globalen Erhitzung beitragen. Bereits jetzt haben sie Einfluss auf das Wetter in den gemässigten Breiten: Der sogenannte Jetstream, ein Höhenwindband, das Lage und Zuggeschwindigkeiten der Tief- und Hochdruckgebiete bestimmt, verändert sich.
Die Arktis hat sich bisher doppelt so schnell erwärmt wie der Rest des Planeten. Durch den abnehmenden Temperaturunterschied zwischen den polaren und gemässigten Breiten kommt es häufiger zu stehenden Wellen im Jetstream. Sie lassen Hochs und Tiefs über einer Region verharren. Die Folgen sind extreme Hitzewellen und Dürren: 2003 gab es in Westeuropa mehrere Zehntausend Hitzetote; 2010 kam es zu zahlreichen Waldbränden und hohen Ernteausfällen in Russland, während über Pakistan gleichzeitig extreme Regengüsse niedergingen. Ähnliche Szenarien ereigneten sich 2006, 2015 und 2018.
Gefährliche Dynamik
Die grosse Frage ist, wie schnell die Veränderungen vor sich gehen und vor allem, wo die sogenannten Kipppunkte liegen, von denen es kein Zurück mehr gibt. Das Klimasystem steckt voller Wechselwirkungen. Manche davon sind negativ, das heisst, Auswirkungen haben einen dämpfenden Effekt auf ihre Ursachen: Über einem sich erwärmenden Ozean nehmen die Wolken zu und schirmen so die Sonneneinstrahlung ab, wodurch sie einen kühlenden Effekt entfalten.
Andere Wechselwirkungen sind hingegen positiv, bei ihnen verstärkt also die Auswirkung ihre Ursache. Das ist beim Meereis der Fall: Sein teilweiser Verlust gibt der Sonne mehr Gelegenheit, das Polarmeer zu erwärmen, was wiederum noch mehr Eis schmelzen lässt. Ist einmal ein bestimmter Schwellenwert überschritten, führt diese Dynamik zu neuen Zuständen des Systems. Und diese lassen sich – wenn überhaupt – nur mit extremen Anstrengungen rückgängig machen; Anstrengungen, die weit über den für die drastische Verminderung der Treibhausgasemissionen nötigen Umbau der industriellen Produktion hinausgehen.
Im vergangenen August sorgte ein Papier von Will Steffen und KollegInnen in der renommierten Fachzeitschrift «PNAS» für einige Aufregung. Sie kamen nach der Untersuchung diverser positiver Wechselwirkungen im Erdsystem zum Schluss, dass ein solcher Kipppunkt vermutlich schon bei zwei Grad Celsius Erwärmung gegenüber dem vorindustriellen Niveau erreicht wird. Danach würde sich das globale Klima innerhalb weniger Jahrhunderte kaum aufhaltbar um mehrere zusätzliche Grad erwärmen. Eine Destabilisierung der grossen Eismassen in der Antarktis und auf Grönland wäre die Folge, ebenso ein Meeresspiegelanstieg um etliche Meter sowie schwere Störungen und dramatische Ernteausfälle in den Hauptagrarzonen des Planeten.
Dabei haben wir etwas mehr als ein Grad Celsius globale Erwärmung bereits erreicht. Von den zwei Grad trennen uns nur noch ein bis zwei Jahrzehnte, wenn wir weiterhin auf dem viel zu hohen Emissionsniveau verharren. Und mit den von den Staaten im Rahmen der Pariser Klimaübereinkunft bisher eingegangenen Verpflichtungen würde selbst dieses Zweigradziel noch verfehlt.
Womöglich ist alles noch viel dringender: Die von Steffen verwendeten Klimamodelle bilden die Vorgänge in der Arktis nur sehr unzulänglich ab und unterschätzen ihre Auswirkungen. Erst in der neuen Modellgeneration, die derzeit entwickelt wird, so Guido Grosse vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Potsdam, wird auch das Tauen des Permafrosts realistisch abgebildet. Steffen ging noch davon aus, dass die aus dem auftauenden Permafrostboden entweichenden Gase bis zum Ende des Jahrhunderts nur 0,04 bis 0,16 Grad Celsius zur globalen Erwärmung beitragen werden. Grosse dagegen hält 0,2 bis 0,3 Grad Celsius für wahrscheinlicher. Im Mai hat er diese Forschungsresultate gemeinsam mit Kollegen in der Fachzeitschrift «Nature» publiziert.
Sibirischer Thermokarst
Demnach berücksichtigen die Modelle bisher nur langsames, graduelles Tauen, wie es die steigende Lufttemperatur verursacht. Tatsächlich sind die Vorgänge aber oft sehr abrupt. Zum Beispiel, wenn an den im Sommer nun eisfreien Küsten Sibiriens oder Alaskas Wind und Wellen nagen. Oder im Fall des sogenannten Thermokarsts: In einigen Regionen Sibiriens und Nordamerikas gibt es im Boden besonders viel gefrorenes Wasser. Weil dort nie Gletscher lagen, ist der Permafrostboden sehr alt und tiefreichend. Wenn in diesen Regionen die Oberfläche antaut, fliesst das Schmelzwasser ab und setzt damit einen schnellen Tauprozess in Gang. Als Erstes senkt sich durch den Wasserverlust der Boden und bildet ein Senke. In dieser entsteht ein kleiner See, den die Sommersonne viel schneller als das umliegende Land erwärmen kann. In der Folge taut der Boden unter dem Wasser in immer tieferen Schichten auf. Das setzt sich über viele Jahre fort, denn in den Wintern sammelt sich künftig in den Senken isolierender Schnee, sodass sich der Boden in der dunklen Jahreszeit nicht mehr so stark auskühlen kann.
Dieser Prozess hat bereits ganze Landschaften verändert, wie ein Vergleich zwischen alten und neuen Satellitenaufnahmen zeigt. Mit anderen Worten: Was an den Warnungen von Steffen vor einem knappen Jahr noch höchst alarmierend anmutete, entpuppt sich bei genauerem Blick auf die Arktis als eher zurückhaltende Einschätzung. Der Kipppunkt könnte schon deutlich früher erreicht werden, der Handlungsdruck noch grösser sein.