Planetare Grenzen – Ein sicherer Handlungsraum für die Menschheit

Planetare Grenzen sind für jene neun biophysikalischen Systeme und Prozesse definiert, die das Funktionieren lebenserhaltender Systeme auf der Erde regulieren und damit letztlich die Stabilität und Widerstandsfähigkeit des Erdsystems bestimmen. Diese neun wurden seit ihrer erstmaligen Einführung im Jahr 2009 wissenschaftlich untersucht. Die Untersuchungen deuten darauf hin, dass ein nachhaltiger Umgang, innerhalb der wissenschaftlich definierten Grenzen, der Menschheit gute Chancen bietet, das Erdsystem in einem Holozän-ähnlichen Zustand zu erhalten, der für die menschliche Entwicklung förderlich ist. Für jedes System / jeden Prozess der Planetaren Grenzen werden quantitative Grenzen für kritische Kontrollvariablen festgelegt, die sich als gute Indikatoren für die Funktion des jeweiligen Prozesses erwiesen haben (FAQ 3). Überschreitet eine Kontrollvariable diesen sicheren Grenzwert, stellt das ein Risiko für jene Bedingungen dar, welche die Entwicklung und das Wohlergehen der Menschheit ermöglicht haben (FAQ 5). Zu den neun Planetaren Grenzen gehören: Klimawandel; Überladung mit neuartigen Stoffen; Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre; Aerosolbelastung der Atmosphäre; Versauerung der Ozeane; Störung der biogeochemischen Kreisläufe; Veränderung in Süßwassersystemen; Veränderung der Landnutzung und Veränderung in der Integrität der Biosphäre.

Die wissenschaftlich festgelegten Grenzwerte definieren gemeinsam den sicheren Handlungsraum des Erdsystems.

Der Begriff ‚Planetare Grenze‘ beschreibt den quantitativen, sicheren Grenzwert für eine Kontrollvariable. Er wird aber auch oft verwendet, um das zugrunde liegende System bzw. den Prozess zu benennen. Zum Beispiel ist 350 ppm die sichere Planetare Grenze (der Grenzwert) für den Klimawandel, aber oft wird der Klimawandel selbst als eine Planetare Grenze (als PB-Prozess) bezeichnet.

Wir existieren als moderne Menschen seit etwa 200 000 Jahren. Das bedeutet, dass wir mit den gleichen physischen und intellektuellen Fähigkeiten wie heute zwei Eiszeiten (ca. 100 000 Jahre lang) und zwei warme Zwischeneiszeiten (das Eem vor ca. 110 000 Jahren und das Holozän, unser derzeitiger interglazialer Zustand des Erdsystems) erlebt haben. Während des größten Teils dieser Periode waren die Menschen Jäger und Sammler. Wir waren nicht mehr als ein paar Millionen, die verstreut und halbnomadisch lebten, bis die letzte Eiszeit vor etwa 16 000 Jahren endete und wir vor etwa 12 000 Jahren in die jüngste Zwischeneiszeit eintraten, das Holozän.

Das Holozän ist (oder war) ein außerordentlich stabiler Zustand des Erdsystems: die Temperaturen auf der Erde stabilisierten sich bei 14±0,5 °C. Ökosysteme, Niederschlagsmuster, Jahreszeiten und Temperaturen bewegten sich in engen, „lebensfreundlichen“ Bereichen und lieferten uns die Zustände der Biosphäre, Hydrosphäre und Kryosphäre der Erde, wie wir sie kennen. Kaum hatte sich die Erde in diesem stabilen Zustand des Holozäns eingependelt, erlebten wir die neolithische Revolution, als wir vor etwa 10 000 Jahren auf allen Kontinenten der Erde gleichzeitig Pflanzen und Tiere domestizierten. Wir wurden zu Bauern und lebten in sesshaften Gemeinschaften. Dies war der Ausgangspunkt der Zivilisationen, wie wir sie heute kennen. Die Schlussfolgerung, und eine Grundlage des Planetary Boundary Framework, lautet, dass der Holozän-Zustand des Planeten der einzige Zustand ist, von dem wir sicher wissen, dass er die moderne Welt, wie wir sie kennen, tragen kann.

Dies liefert einen Basiswert, an dem sich die Planetaren Grenzen messen lassen. Die Fragen, die das Planetary Boundary Framework zu beantworten versucht, lauten dann: (1) Welches sind die biophysikalischen Prozesse und Systeme, die den Zustand des Erdsystems regulieren (neun sind identifiziert und bestätigt, siehe FAQ 1)? Und (2) wie weit können die Prozesse/Systeme der Grenzen jeweils verändert werden, bevor wir riskieren, dass sich die lebenserhaltenden Systeme und die Stabilität des Erdsystems von den Bedingungen des Holozäns entfernen (FAQ 3)?

Die Verwendung des Holozäns als Basiswert könnte fälschlicherweise so verstanden werden, dass die Einhaltung der Planetaren Grenzen eine Rückkehr zum Holozän bedeute. Dies ist jedoch nicht der Fall. Es ist vielmehr unmöglich. Wir können keine Rückkehr zu einem „unberührten“ Zustand des Planeten anvisieren, mit 280 ppm CO2 und keiner Umwandlung der terrestrischen Ökosysteme in bewirtschaftete Flächen (Landwirtschaft).

Aus diesem Grund verwenden wir den Begriff „Holozän-ähnlich“. Die Grundlage für die Suche nach quantifizierten sicheren Planetaren Grenzen ist die Antwort auf folgende Frage (für jede Kontrollvariable, siehe FAQ 3): Wie viel Belastung verträgt der Prozess / das System einer Planetaren Grenze, bevor eine signifikante Gefahr besteht, dass er/es von einem handhabbaren Holozän-ähnlichen interglazialen Zustand abweicht? Aus diesem Grund liegt die Planetare Grenze für den Klimawandel beispielsweise bei 350 ppm (was einer globalen Erwärmung von etwa 0,4 °C entspricht, d.h. innerhalb des Bereichs von 14±0,5 °C) und nicht bei dem „unberührten“ Ausgangswert von 280 ppm.

Für jeden der neun Prozesse mit Planetaren Grenzen werden eine oder mehrere Kontrollvariablen definiert. Eine Kontrollvariable ist (idealerweise) der dominante Parameter, der den Zustand des betreffenden Systems mit Planetarer Grenze erklärt. So ist beispielsweise die Kohlendioxidkonzentration eine der Kontrollvariablen, die für den Klimawandel verwendet werden, während die Änderung der Landnutzung über den weltweit verbleibenden Anteil der ursprünglichen Waldbedeckung gemessen wird. Eine Kontrollvariable kann auch ein Ersatzindikator für den Zustand des Systems/Prozesses mit Planetarer Grenze sein, ein sogenannter "Proxy", der auf der Grundlage unseres wissenschaftlichen Verständnisses und der Verfügbarkeit von globalen Daten ausgewählt wird, und möglichst nah an die Größe herankommt, die idealerweise gemessen werden sollte. So wird beispielsweise die Rate des Artensterbens als Ersatzindikator ("Proxy") für die genetische Vielfalt verwendet, die ein Aspekt der Integrität der Biosphäre ist. Methodisch gesehen führt die wissenschaftliche Bewertung jeder Kontrollvariablen zu einem Unsicherheitsbereich (siehe FAQ 5). Ausführlichere Informationen finden Sie in der jüngsten Aktualisierung der Planetaren Grenzen ⁴.

Die Kontrollvariablen ermöglichen es, zwei wichtige Punkte für jeden der neun PB-Prozesse numerisch festzulegen:

• Der Wert der Planetaren Grenze - das sichere Level, welches an der äußeren Grenze des sicheren Handlungsraums liegt (der durchgezogene grüne Kreis im Diagramm oben). Diese Grenzwerte werden durch eine Vielzahl von Methoden ermittelt. Im Wesentlichen handelt es sich um einen Prozess der Risikobewertung auf der Grundlage wissenschaftlicher Modellierung, der Zusammenfassung veröffentlichter Forschungsergebnisse und der Befragung von Experten: die aktuellsten wissenschaftlichen Erkenntnisse werden verwendet, um das Ausmaß jener Veränderung zu bestimmen, die: (a) eine signifikante Abweichung von den Bedingungen darstellen würde, die während der letzten 12 000 Jahre (Holozän, FAQ 2 und 2a) vorherrschten, und (b) das Risiko einer Destabilisierung des jeweiligen Prozesses, einer Erosion seiner Funktionen auf regionaler bis globaler Ebene und möglicherweise eines Regimewechsels birgt - alles mit dem Risiko verstärkender Rückkopplungen oder Wechselwirkungen.
  Der Wert für jede Planetare Grenze wird nach dem Vorsichtsprinzip gewählt: Das Level der Planetaren Grenze wird am unteren Ende des wissenschaftlichen Unsicherheitsbereichs der Bewertung festgelegt (siehe FAQ 5). Im Falle des Klimawandels beispielsweise wird der Unsicherheitsbereich (für die Kontrollvariable „CO2-Konzentration“) auf 350-450 ppm CO2 geschätzt. Das Planetary Boundary Framework setzt die sichere Grenze am unteren Ende des wissenschaftlichen Unsicherheitsbereichs, d.h. bei 350 ppm.
• Der aktuelle Stand der Prozesse und Systeme der Planetaren Grenzen wird ermittelt, indem die neusten Daten und Modellierungsergebnisse kombiniert werden. In der obigen Abbildung ist der aktuelle Stand durch die Länge der Wedges in Bezug auf das Level der Planetaren Grenze und das obere Ende des Unsicherheitsbereichs (schmaler oranger Kreis im Diagramm) dargestellt.

Nein.

Kipppunkte sind Schwellenwerte, bei deren Überschreitung bestimmte kritische, großräumige Komponenten des Erdsystems (Kippelemente) in einen qualitativ neuen Zustand kippen können, der oft durch weitreichende Veränderungen der Bedingungen auf der Erde gekennzeichnet ist (siehe PIK Infothek: Kippelemente).
Planetare Grenzen hingegen ziehen eine Grenze, wo verschiedene Risiken (siehe FAQ 3) über ein sicheres Maß hinaus ansteigen. Ein solches Risiko kann gleichmäßig und langsam ansteigen, ohne dass es Schwellenwerte gibt. Dies schließt jedoch nicht aus, dass in bestimmten Fällen die Planetare Grenze auf einen Wert festgelegt wird, der vermeiden soll, dass ein Kipppunkt erreicht wird. Im Falle des Klimawandels wurde die Planetare Grenze so gewählt, dass die globale Temperaturveränderung im Vergleich zu vorindustriellen Temperaturen deutlich unter den Kipppunkten für bekannte Kippelemente bleibt (siehe FAQ 5).

Kurz gesagt, das Überschreiten einer Planetaren Grenze bedeutet nicht, dass ein Kipppunkt erreicht wird. Nichtsdestotrotz findet unser Wissen über die Kipppunkte bei der Festlegung der sicheren Grenzwerte Verwendung:  Planetaren Grenzen werden so festgelegt, dass ein Überschreiten von Kipppunkten in jedem Teil des Erdsystems vermieden wird. Folglich spielen Kipppunkte sowohl für die Planetaren Grenzen mit Kipppunkt-Verhalten (z.B. das Klimasystem) eine Rolle, als auch für Grenzen ohne bekanntes Kippverhalten (z.B. der Wasserkreislauf), weil die Prozesse untereinander verknüpft sind: größere Veränderungen bei „grünem“ und „blauem“ Wasser wirken sich zum Beispiel auf die Erzeugung von Biomasse aus (Integrität der Biosphäre), welche wiederum Auswirkungen auf die Grenze des Klimas hat. Das bedeutet, dass nichtlineare Veränderungen und Kipppunktdynamiken (wenn Rückkopplungen von negativ (dämpfend) zu positiv (verstärkend) wechseln und (oft) irreversible Zustandsveränderungen bewirken) auch zur Bestimmung sicherer Grenzen für solche Prozesse verwendet werden, die nicht selbst eine Kipppunktdynamik aufweisen.

Sobald eine Planetare Grenze überschritten wird, erreicht der betreffende Prozess oder das System einen Bereich zunehmenden Risikos (auch „Unsicherheitsbereich“ oder „Gefahrenbereich“ genannt). Hier steigt das Risiko von Veränderungen, aber die wissenschaftlichen Belege dafür, wie schnell genau und in welcher Weise die Risiken steigen, sind dürftig. Diese typische wissenschaftliche Unsicherheit wird erst kleiner, wenn wir in die Hochrisikobereich eintreten, in der es wissenschaftliche Belege dafür gibt, dass die Wahrscheinlichkeit von Schäden hoch wird. Das Überschreiten einer Grenze und der Eintritt in den „Gefahrenbereich“ oder sogar in den „Hochrisikobereich“ bedeutet aber nicht, dass es zu sofortigen katastrophalen Veränderungen kommt. Vielmehr gehen wir ein immer höheres Risiko ein, das lebenserhaltende System auf der Erde und langfristig auch die Stabilität und Widerstandsfähigkeit des Erdsystems grundlegend zu destabilisieren, was sich in weitreichenden Umweltschäden manifestieren würde.

Sechs der neun Planetaren Grenzen sind derzeit überschritten. Dies gilt für den Klimawandel; die Überladung mit neuartigen Stoffen; die Veränderung der biogeochemischen Kreisläufe (Stickstoff- und Phosphorkreisläufe); die Veränderung von Süßwassersystemen („blaues“ und „grünes“ Wasser); die Änderung der Landnutzung und die Veränderung in der Integrität der Biosphäre.

Drei der Planetaren Grenzen sind so weit überschritten, dass der Hochrisikobereich erreicht wurde (Klimawandel, Veränderung der biogeochemischen Kreisläufe und Veränderung in der Integrität der Biosphäre).

In drei Fällen befinden wir uns im sicheren Bereich: bei der Zunahme der Aerosolbelastung in der Atmosphäre, der Versauerung der Ozeane (bei der die Planetare Grenze schnell näher rückt) und dem Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre. Der Abbau der stratosphärischen Ozonschicht wurde regional überschritten (über der Antarktis), aber durch gemeinsame Anstrengungen von Wissenschaft, Politik und Industrie konnten wir eine Trendumkehr erreichen, und die Ozonschicht baut sich langsam wieder auf. Dieser Umschwung kann direkt auf den Erfolg des Montrealer Protokolls zurückgeführt werden, mit dem eine internationale Vereinbarung getroffen wurde, um die Verwendung von fast 100 vom Menschen hergestellten ozonabbauenden Stoffen zu regulieren, darunter FCKW.

Die jüngste Bewertung der sogenenannten Erdsystemgrenzen (engl. ‚Earth System Boundaries‘, ESBs; Rockström et al., Nature, 2023) baut auf dem Planetary Boundary (PB) Framework auf und integriert andere bestehende Ideen, wie die Donut-Ökonomie und die Ziele für nachhaltige Entwicklung. Die beiden Hauptunterschiede zu den PB's bestehen darin, dass die ESBs (a) neben einem sicheren auch einen gerechten Handlungsraum definieren und sich (b) auf die Skalierbarkeit der quantitativen Grenzen von der lokalen bis zur globalen Ebene konzentrieren.

Die ESBs wurden von der Earth Commission entwickelt, einer wissenschaftlichen Initiative zur Etablierung eines globalen wissenschaftlichen Bewertungsmechanismus für sichere und gerechte Grenzen. In diesem Sinne ist die Wissenschaft der Planetaren Grenzen eine Quelle für die weiter gefasste Bewertung der ESBs.

Durch die Einbeziehung von Gerechtigkeit soll erheblicher Schaden für die Menschen vermieden werden, wie der Verlust von Leben, Lebensunterhalt oder Einkommen; Vertreibung; der Verlust von Nahrungsmitteln, Wasser oder Ernährungssicherheit sowie chronische Krankheiten, Verletzungen oder Unterernährung. Zu diesem Zweck wurden acht Kontrollvariablen (für Sicherheit und Gerechtigkeit) für fünf der Prozesse der Planetaren Grenzen (Klima, Biosphäre, Süßwasser, Nährstoffe und Luftverschmutzung durch Aerosole) identifiziert. Diese acht Variablen sind in dem veröffentlichten ESB-Diagramm dargestellt (1 für den Klimawandel, 2 für die Integrität der Biosphäre, 2 für die Nährstoffe / biogeochemische Kreisläufe, 2 für die Veränderung von Süßwassersystemen und 1 für die Aerosolbelastung).

Die Kontrollvariablen (die sich größtenteils von den PB-Kontrollvariablen unterscheiden) sind so gewählt, dass sie eine Operationalisierung des Ansatzes bis hinunter auf die regionale und sogar lokale Ebene ermöglichen, mit dem Ziel, die Grundlage für vor Ort anwendbare wissenschaftsbasierte Ziele ("science-based targets", SBTs) zu bilden, wie sie innerhalb der Global Commons Alliance vorgesehen sind.

Die neun Planetaren Grenzen sind die etablierte Referenz und ein geeigneter Ausgangspunkt für Bewertungen wie die der ESBs: während in jedem der Grenzsysteme/-prozesse mehrere geeignete Sichtweisen oder Schwerpunkte denkbar sind, hat sich für diese neun erwiesen, dass sie die relevanten Dimensionen eines sicheren Handlungsraums für die Menschheit auf der Erde umfassend abdecken.