Destabilisierende Verbindungen im Erdsystem: Wie Klima-Kippelemente interagieren

„Wir haben feststellen müssen, dass viele der Wechselwirkungen zwischen einzelnen Kippelementen destabilisierender Natur sind. Das kann bei einer globalen Erwärmung zu einer Kettenreaktion von Veränderungen im Klimasystem führen. Von den diskutierten Wechselwirkungen werden neun als destabilisierend eingestuft, zwei als stabilisierend und drei mit unklarer Wirkung“, sagt Erstautor Nico Wunderling vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung PIK. „Zwischen 1,5 und 2°C ist das Risiko von Kippkaskaden weniger wahrscheinlich, aber auch möglich. Wenn die globale Erwärmung 2°C übersteigt, können Kippkaskaden auch schnelle Kippelemente wie die atlantische Umwälzzirkulation oder den Amazonas-Regenwald umfassen.“

Während die jüngsten Forschungsergebnisse das Wissen über Kippelemente wie polare Eisschilde, tropische Regenwälder, Permafrostgebiete oder die marine Biosphäre entscheidend vertiefen konnten, ist über die Wechselwirkungen zwischen diesen Kippelementen weit weniger bekannt. Die meisten Kippelemente sind über Zirkulationssysteme im Ozean und in der Atmosphäre mit anderen Kippelementen verbunden. Das bedeutet, dass das Kippen eines Elements das Kippen eines anderen Elements und damit eine Kippkaskade auslösen kann, ähnlich einem Dominoeffekt. Kippelemente interagieren über Zeiträume hinweg, die von Monaten bis hin zu tausendjährigen Zeitskalen reichen und können sich über subkontinentale bis nahezu planetarische räumliche Skalen erstrecken.

Die in der Fachzeitschrift „Earth System Dynamic“ veröffentlichte Studie gibt einen Überblick über den derzeitigen Wissensstand zu den Interaktionen von Kippelementen und das Potenzial für Kippkaskaden. Die Veröffentlichung, die vom PIK und der Universität Utrecht initiiert wurde, liefert den wissenschaftlichen Hintergrund für Kapitel 1.5 "Climate tipping point interactions and cascades" des im Dezember 2023 veröffentlichten Global Tipping Points Report. Um die Einflüsse zwischen Kippelementen zu überprüfen und bedeutende Wissenslücken zu ermitteln, wurden Belege aus Modellsimulationen, Beobachtungen und konzeptionellem Verständnis sowie Beispiele von Paläoklima-Rekonstruktionen zusammengetragen. Die Autoren erörtern auch den Wert neu entstandener Methoden des maschinellen Lernens und der Erdbeobachtung und schlagen vier Ansätze vor, um Wissenslücken zur Existenz und Stärke der Interaktionen zwischen Kippelementen zu schließen. Die Forschenden kommen zu dem Schluss, dass bei der Erforschung von Kippelementen mehr Gewicht auf deren mögliche Wechselwirkungen gelegt werden sollten.