Wärm den Dreck nicht auf!

Klimawandel, Kohlenstoffkreislauf und Permafrostböden.

Die Problematik des Klimawandels können die Naturwissenschaften wohl ohne die Einbeziehung der gesellschaftlichen Dimension nur unvollständig erfassen. Sowohl die Implikationen von Klimaveränderungen für die Menschen als auch die Analyse der unterschiedlichen politischen Konzepte jener, die auf verschiedene Art und Weise den von Menschen gemachten klimatischen Veränderungen Einhalt gebieten wollen, wären wohl eigene Artikel wert. Dennoch kann die Sichtweise der Naturwissenschaft – beispielsweise der Biologie – helfen, einige Mythen rund um das Thema Klimawandel zu entkräften und gleichzeitig auf einer faktenorientierten Ebene Erkenntnisse vorlegen.

We didn‘t start the fire

In der Ökosystem-Ökologie (1) wird die Erde nicht als unveränderbares, statisches, sondern als ein sich ständig wandelndes, dynamisches System dargestellt. Auch werden Störungen in Systemen als natürliche, manchmal sogar notwendige Prozesse gesehen. Ökologische Veränderungen geschehen jedoch oft über sehr lange Zeiträume und ihre Auswirkungen sind nicht unmittelbar für den Menschen spürbar. Umgekehrt gehen Veränderungen in der Menschheitsgeschichte viel schneller von statten als sich die ökologischen Konsequenzen auswirken, die menschliches Handeln mit sich bringen können.
Es wäre jedoch auch falsch, die Menschen völlig losgelöst von der Natur, als den eingreifenden Störfaktor in einem sonst ungestörten System wahrzunehmen. Alle Organismen haben seit jeher die Umwelt, aus der sie hervorgegangen sind, mehr oder weniger nachhaltig geprägt. Beispielsweise hat erst die Evolution der Photosynthese, also jener Prozess, der es Organismen durch Licht-energie ermöglicht, Kohlenstoff in Form von CO2 aus der Umwelt aufzunehmen und in organische Kohlenstoffformen (zum Beispiel Zucker) umzuarbeiten, die Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre radikal erhöht und so andere Lebensformen ermöglicht.

Cool Stuff

Kohlenstoff ist das wichtigste und häufigste Element aller lebendigen Materie und der globale Kohlenstoffkreislauf ist entscheidend für das Verständnis vom Klimawandel. Die Photosynthese stellt einen zentralen Punkt in diesem Kreislauf dar, weil die Umwandlung von CO2 in organische Kohlenstoffformen die energetische Grundlage für weitere Prozesse darstellt. Bei der Atmung werden die organischen Kohlenstoffverbindungen wieder abgebaut, um Energie für den Organismus zu gewinnen, während gleichzeitig CO2 entsteht und an die Umwelt abgegeben wird. Das in der Atmosphäre natürlich vorkommende CO2 und andere Treibhausgase sorgen dafür, dass die abgestrahlte Wärmeenergie der Erde reflektiert, und so die Erde erwärmt wird. Ohne den natürlichen Treibhausgaseffekt wäre die durchschnittliche Erdoberflächentemperatur um 33 °C kälter, sie läge also bei circa -20 °C und menschliches Leben wäre nicht möglich. Der Begriff „Treib-hausgaseffekt“ wird also zu unrecht nur mit anthropogenen Klimaveränderungen assoziiert.
Fossile Brennstoffe wie Erdöl oder Kohle sind ebenfalls organische Kohlenstoffverbindungen und damit Energiequellen, bei deren Verbrennung CO2 in die Atmosphäre abgegeben wird. Seit der industriellen Revolution und vor allem seit den 1950ern konnte in der Atmosphäre ein drastischer Anstieg von CO2 verzeichnet werden, der mit der anthropogenen Nutzung von fossilen Brennstoffen korreliert. Aber nicht nur die Verbrennung von fossilen Energieträgern, sondern auch Veränderungen der Landnutzung, beispielsweise die Abholzung der tropischen Regenwälder, sind für den Anstieg der CO2-Konzentration verantwortlich. Lag diese in vorindustrieller Zeit bei circa 280 ppm (2), so liegt sie heute bei fast 490 ppm. Das ist bei Weitem nicht der höchste Wert, den die atmosphärische CO2-Konzentration in der Erdgeschichte hatte. Einzigartig sind jedoch der rapide Anstieg und dessen nicht absehbare Konsequenzen. Es ist jedenfalls anzunehmen, dass der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre Hauptverursacher der momentan zu beobachtenden Klimaerwärmung ist.

Von den „armen“ Tropen zur „armen“ Arktis

Der Schutz der tropischen Regenwälder ist ein zentrales Umweltschutzthema und lässt sich ob der vielen „süßen Tierchen“ in den tropischen Regionen auch gut medial inszenieren. Zweifellos trägt die Abholzung des Regenwaldes zum Klimawandel bei, da Wälder wichtige Kohlenstoffspeicher sind. Jedoch ist es eine andere Region, die ForscherInnen im Moment Kopfzerbrechen bereitet, da sie vom Klimawandel am stärksten betroffen ist und gleichzeitig das Potential beinhaltet, den Klimawandel noch weiter zu verstärken: Die Arktis.
Auf den ersten Blick hat die Arktis, die alle Gebiete nördlich des Polarkreises umfasst, nicht viel zu bieten: Die Artenvielfalt ist gering, die Vegetationsperiode kurz, die Durchschnittstemperatur des wärmsten Monats liegt unter 10 °C und Bäume wachsen in der Arktis auch keine mehr. Hauptsächlich gibt es Eis, Schnee, Zwergsträucher, Moose und Flechten, hin und wieder ein Rentier oder einen Braunbären und vor allem viel gefrorenen Boden. Dieser wird in arktischen Regionen als Permafrost bezeichnet, eben weil ein Großteil durchgehend gefroren ist und nur im Sommer eine oberste Schicht auftaut. Böden spielen im Kohlenstoffkreislauf eine wichtige Rolle, da in ihnen Prozesse stattfinden, die organisches Pflanzenmaterial abbauen und umarbeiten, und bei denen CO2 an die Atmosphäre abgegeben wird. In der Arktis sind die Bedingungen für einen solchen Abbau, der von Bakterien und Pilzen (Mikroorganismen) durchgeführt wird, sehr ungünstig, da die Böden kalt und feucht und sowieso den Großteil des Jahres gefroren sind. Dadurch sammelt sich organisches Material im Boden an und die Arktis wird zu einer Kohlenstoffsenke. Das heißt, das System nimmt mehr Kohlenstoff auf als in Form von CO2 an die Atmosphäre abgegeben wird. Diese Kohlenstoffsenken sind momentan extrem wichtig, da sie der steigenden CO2-Konzentration in der Atmosphäre entgegenwirken. Ausgerechnet die Arktis ist nun verstärkt von der Klimaerwärmung betroffen.
Der Bericht des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (3) aus dem Jahr 2007 konstatiert für die arktische Region während des letzten Jahrhunderts einen doppelt so hohen Temperaturanstieg wie im globalen Durchschnitt und das Arctic Climate Impact Assessment (ACIA) (4) zeigte auf, dass die Klimaerwärmung in den nördlichen Gebieten schneller und drastischer voranschreitet. So führt die Erwärmung der Temperaturen in der Arktis zum Abschmelzen der Eisdecke des arktischen Ozeans und zur Reduzierung der Schneedecke, die beide sonst die Wärmestrahlung reflektieren. Schmelzen nun Eis und Schnee, so absorbieren die dunkleren Landflächen und der Ozean mehr Wärme und geben diese an die Umwelt ab, was eine weitere Erwärmung zur Folge hat. Auch verhindern die kalten Temperaturen an den Polkappen eine vertikale Luftdurch-mischung. Deshalb ist die Atmosphärenschicht über der Artkis viel dünner und kann sich schneller erwärmen.
Doch zurück zu den gefrorenen Böden: Diese Temperaturerhöhung und das frühere Schmelzen der Schneedecke führen zum Auftauen der Permafrostböden, was nicht nur drastische Folgen für die Menschen in der Artkis hat, da der aufgetaute Boden Häuser und Straßen zerstört. Das in den Böden gespeicherte organische Material wird so auch für den Abbau durch Mikroorganismen zugänglich, die durch die erhöhten Temperaturen zusätzlich aktiver werden. Das von den Mikroorganismen während der Abbauprozesse veratmete CO2 könnte die Klimaerwärmung weiter vorantreiben.
Die Menge des in den arktischen Böden gespeicherten Kohlenstoffes wird etwa doppelt so hoch geschätzt wie die Menge an Kohlenstoff in der Atmosphäre. Ein Auftauen all dieser Kohlenstoffspeicher würde die Klimaerwärmung weiter vorantreiben. Doch wie genau die arktischen Böden auf die anthropogene Klimaerwärmung reagieren, wie sich die mikrobiellen Abbauprozesse verändern und was für ökologische Auswirkungen das haben könnte, ist noch nicht vollständig geklärt und die Forschung auf diesem Gebiet arbeitet auf Hochtouren. Die Konsequenzen einer weiteren Klimaerwärmung sind vielfältig und haben auch für menschliche Gesellschaften weitreichende und negative Folgen. Der Anstieg der Meeresspiegel bedroht viele Metropolen an Küsten, Wetterschwankungen und vermehrte Naturkatastrophen wirken sich massiv auf landwirtschaftliche Erträge aus und das durch den Klimawandel bedingte Artensterben hat unvorhersehbare Folgen für Ökosysteme, um nur einige Beispiele zu nennen.

What can we do?

Auch wenn diese Frage dringend scheint, überlässt sie die Naturwissenschaft anderen, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen werden kann. Allerdings können in einem Wirtschaftssystem, in dessen Logik ökologische Fragen notwendig als „negative Externalitäten“ (5) gehandelt werden und das nicht auf die Bedürfnisbefriedigung der Menschen ausgerichtet ist, ökologische Probleme nicht in einer ihnen angemessenen Form verhandelt werden. Und da es bis zur befreiten Gesellschaft wohl noch ein wenig dauern wird, mag es vernünftig sein, wenn sich ForscherInnen überlegen, wie es mit dem Klima und der Welt in den nächsten Jahren so weitergehen könnte.

1 Die Ökosystem-Ökologie ist eine Teildisziplin der Ökologie, die Ökosysteme als integrative Systeme betrachtet und v. a. die Wechselwirkungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt, aber auch Stoffe und Energieflüsse innerhalb des Systems analysiert.
2 Ppm steht für „parts per million“ und ist eine Konzentrationsangabe und steht für den millionsten Teil, so wie Prozent für den hundertsten Teil steht. 390 ppm bedeuten etwa 0,039% CO2 in der Luft.
3 http://www.ipcc.ch
4 http://www.acia.uaf.edu
5 Negative Externalitäten sind die Auswirkungen von ökonomischen Prozessen, von denen an den Prozessen Unbeteiligte (beispielsweise die Umwelt) betroffen sind.