Klimaänderungen,
Sammelbezeichnung für alle zeitlichen Veränderungen der Klimaelemente (z. B. Lufttemperatur, -feuchtigkeit, -druck, Wind, Niederschlag, Bewölkung, Sicht, Sonnenscheindauer) in der für das Klima typischen, relativ großen charakteristischen Zeitskala, gleich welcher statistischer Art (Änderungen von Mittelwerten, Varianzen, Häufigkeiten usw.) und räumliche Größenordnung (regionale, globale Klimaänderungen). Im engeren Sinn wird eine Klimaänderung auch als ein statistisch signifikanter Übergang von einem Klimazustand in einen anderen definiert (z. B. anhand 30-jähriger Bezugsintervalle), aber auch über geologische Zeitskalen spielen sich Klimaänderungen ab (Paläoklimatologie).
Statistisch lassen sich Klimaänderungen klassifizieren nach den Erscheinungsformen eines linearen oder nichtlinearen Trends, eines Sprungs, d. h. eines relativ abrupten Übergangs, einer Wende zwischen zwei unterschiedlichen Trends (im Allgemeinen unterschiedlichen Vorzeichens, d. h. fallend in steigend oder umgekehrt), und schließlich in Schwankungen, die stets mehrere relative Maxima und Minima umfassen. Da ein streng periodisches Verhalten (wie z. B. bei einer Sinusschwingung) im Klimageschehen nicht vorkommt, lassen sich Klimaänderungen nur nach dem zyklischen Typ (relativ geringe Variationen der Periode, beliebige Variationen der Amplitude) und dem stochastischen Typ (völlig unregelmäßig) unterscheiden, wobei stochastische Schwankungen für reine Zufallsvorgänge charakteristisch sind. Schwankungen um einen Mittelwert nennt man auch Fluktuationen, um mehrere sich abrupt oder allmählich ändernde Mittelwerte Vakillationen (nach WMO). Außerdem wird prinzipiell jede Abweichung vom Mittelwert eines definierten Zeitintervalls (z. B. 30-jährige CLINO-Periode, Klima) als Anomalie bezeichnet.
Informationsquellen
Die Informationen über Klimaänderungen entstammen sehr unterschiedlichen Quellen. Unter Beschränkung auf die wichtigsten Klimaelemente Temperatur, Niederschlag und Druck liegen mehr oder weniger flächendeckende direkte, bodennahe Messungen seit etwa 100-140 Jahren vor (mit größeren Lücken über den Ozeanen, insbesondere der Südhemisphäre, und gravierenden Repräsentanzproblemen beim Niederschlag); maximal reichen solche neoklimatologische Informationsquellen bis zum Jahr 1659 zurück (längste quasikontinuierliche Messreihen der bodennahen Lufttemperatur im zentralen England). Daten einer dreidimensionalen Erfassung der Atmosphäre mittels Radiosonden liegen dagegen erst seit Mitte des 20. Jahrhunderts vor.
Ergänzt werden können diese Daten anhand vieler historisch-klimatologischen Quellen wie Witterungstagebücher bestimmter Persönlichkeiten, Berichte und Chroniken über Seegefrörnis, Hochwasser, Sturmfluten, Weinqualität, Blühbeginn bestimmter Pflanzen usw., wobei die Umsetzung in quantitative Klimadaten jedoch meist sehr schwierig und daher ungenau ist. Als älteste historische Informationsquellen der Klimatologie gelten die Aufzeichnungen über den Wasserstand des Nils, die bis zu 5 000 Jahre zurückreichen, daneben auch verschiedene prähistorische Höhlenzeichnungen (z. B. über Tiere in heutigen Wüstengebieten). Äußerst umfangreich, vielfältig und zum Teil sehr genau sind die indirekten Informationen der Paläoklimatologie, die derzeit um 200 000 Jahre (polare Eisbohrungen), maximal 3,8 Mrd. Jahre (Sedimente) zurückreichen. Aussagen über Klimaänderungen der frühesten Zeit der Erdgeschichte, die vor etwa 4,6 Mrd. Jahren begonnen hat, sind dagegen derzeit nur gestützt auf geo- beziehungsweise astrophysikalische Modellvorstellunge möglich.
Klimageschichte
Global beziehungsweise nordhemisphärisch mittelnd und auf die bodennahe Lufttemperatur bezogen ergibt sich hieraus das folgende Bild der Klimageschichte: Nachdem sich die anfangs sehr heiße Erdoberfläche rasch abkühlte, entstanden vor 3,2 Mrd. Jahren die Ozeane und vor 2,3 Mrd. Jahren die ersten polaren Eisbildungen. Da solche eisbegünstigenden Klimazustände (Eiszeitalter) zunächst offenbar nur sehr episodich eingetreten waren, waren etwa 90 % der Klimageschichte vom akryogenen Warmklima (d. h. Klima ohne Eisbildung) beherrscht. So lag noch vor etwa 100 Mio. Jahren die bodennahe Erdmitteltemperatur um 10 ºC über dem heutigen Wert (15 ºC). Mit Beginn des Tertiärs setzte jedoch eine markante Abkühlung ein (dabei u. a. das Aussterben der Dinosaurier), die schließlich vor 2-3 Mio. Jahren in ein neues, das noch andauernde quartäre Eiszeitalter mündete. Dieses ist, ähnlich dem permokarbonischen (vor etwa 300 Mio. Jahren), so ausgeprägt, dass beide geographische Polargebiete vereist sind, während z. B. im ordovizisch-silurischen Eiszeitalter (vor etwa 440 Mio. Jahren) nur der Südpol vereiste (an dem damals aufgrund der Kontinentaldrift das heutige Nordafrika lag).
Innerhalb der Eiszeitalter findet offenbar ein Wechselspiel zwischen besonders kalten Unterepochen, den Kaltzeiten (»Eiszeiten«, Glazialen), und relativ warmen Klimazuständen, den Warmzeiten, statt (»Zwischeneiszeiten«, Interglazialen), wobei die Bezeichnung Zwischeneiszeit insofern irreführend ist, als während solcher Klimazustände die Eisbedeckung nicht verschwindet, sondern lediglich eine deutlich geringere Flächenbedeckung aufweist). Zuletzt hat dieser Kaltzeit-Warmzeit-Zyklus zu der noch andauernden Neowarmzeit (»Nacheiszeit«, Postglazial, geologisches Holozän) geführt, deren Höhepunkt vor etwa 5 000 Jahren überschritten wurde. In ungefähr 60 000 Jahren wird der Tiefpunkt der nächsten Kaltzeit erwartet. Insgesamt sind im quartären Eiszeitalter nach heutigem Forschungsstand mindestens 20 Kalt- und Warmzeiten aufgetreten.
In der gegenwärtigen Neowarmzeit liegen die Variationen der bodennahen Lufttemperatur bei etwa 1-2 ºC, wobei sich ein ungefähr 1 000-jähriger Zyklus andeutet. Die in dieser Zeitskala auftretenden relativ warmen Klimaabschnitte werden als Klimaoptimum (z. B. in der Römerzeit sowie vor rd. 1 000 Jahren), die relativ kalten als Klimapessimum bezeichnet (zuletzt die Kleine Eiszeit, von 1400 bis 1900, mit Tiefpunkten um 1600 und 1850). Solche Klimaänderungen dürfen nicht generell als besonders »günstige« beziehungsweise »ungünstige« interpretiert werden, da etwa die regional durchaus begünstigenden relativ hohen Temperaturen in anderen Regionen beziehungsweise Jahreszeiten vermehrte Dürren, Stürme u. a. auslösen können. Klimaänderungen sind somit stets als ambivalent zu betrachten, wobei die negativen Auswirkungen aufgrund von Anpassungsverzögerungen umso gravierender ausfallen, je rascher die betreffenden Klimaänderungen verlaufen.
Für die letzten 100-140 Jahre, die am besten hinsichtlich ihrer Klimaänderungen belegt sind, wurde u. a. eine global gemittelte Erwärmung um etwa 0,5 ºC in den letzten rd. 100 Jahren festgestellt. Diese ist zwar hinsichtlich des Trends nord- wie südhemisphärisch sehr ähnlich verlaufen, weist aber regional-jahreszeitlich erhebliche Unterschiede auf. Einher ging die Erwärmung von einem global gemittelten Meeresspiegelanstieg mit etwa 10-25 cm in der gleichen Zeit (bedingt durch die thermische Expansion des oberen Ozeans und teilweises Rückschmelzen außerpolarer Gebirgsgletscher). Die Niederschlags- und Windänderungen sind aufgrund ihrer großen räumlich-zeitlichen Variabilität wesentlich schwiriger zu erfassen. In den letzten Jahrzehnten deuten sich Niederschlagsabnahmen (und somit häufigere Dürreperioden) im Übergangsbereich zwischen der subtropischen und gemäßigten Klimazone an (z. B. Mittelmeergebiet, Teilbereiche der USA), während in den Polargebieten der Niederschlag und daher auch die Eisakkumulation zunehmen. Erst bei Temperaturerhöhungen in diesen Regionen um mehr als 20 ºC könnte ein Rückschmelzen einsetzen, das aufgrund der Trägheit der Kryosphäre einige Jahrtausende dauerte. In Mitteleuropa zeichnet sich ein Trend zu niederschlagsreicheren Wintern und trockeneren Sommern ab, Letzteres wegen zum Teil zunehmenden episodischen Starkniederschlägen weniger ausgeprägt als Ersteres.
Für den nordatlantisch-europäischen Raum ist eine Häufigkeits- und Intensitätszunahme der Winterstürme festzustellen; weltweit haben sich die Sturmschäden vervielfacht. Versicherungsschäden sind dabei allerdings insofern nicht klimatologisch eindeutig interpretierbar, als mehr und mehr gefährdete Gebiete bebaut werden. So ist etwa eine Zunahme der tropischen Wirbelstürme bisher nicht generell belegt; vielmehr scheinen Fluktuationen und regionale Besonderheiten zu überwiegen. Auch lässt sich die häufig behauptete zunehmende Neigung zu Extremereignissen wissenschaftlich bisher nicht nachweisen.
Ursachen
Ebenso vielfältig wie die Klimaänderungen sind ihre Ursachen. Je nach betrachteter räumlich-zeitlicher Größenordnung sind unterschiedliche Ursache-Wirkungszusammenhänge zu berücksichtigen. So treten z. B. Eiszeitalter nur dann ein, wenn sich Landgebiete an einem oder besser beiden geographischen Polen beziehungsweise in der Nähe befinden. Dann bleibt dort fallender Schneeniederschlag liegen und führt aufgrund der sehr effektiven Eis-Albedo-Rückkopplung (Eis und Schnee reflektieren mehr Sonneneinstrahlung als schneefreier Boden; Strahlung) zur gegenseitigen Verstärkung von Abkühlung und Eisausdehnung: ein Eiszeitalter beginnt. Dagegen haben sich zur Zeit des akryogenen Warmklimas die geographischen Pole im offenen Meer befunden, was wegen des höheren Meeranteils an der Erdoberfläche überwiegend der Fall ist. Der Wechsel von Kalt- und Warmzeiten innerhalb eines Eiszeitalters steht primär mit den Änderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne (so genannte Orbitalparameter mit Zykluszeiten zwischen rd. 20 000 und 100 000 Jahren) und den dadurch indirekt bewirkten Änderungen der Sonneneinstrahlung in Verbindung. Außerdem wird er vermutlich durch Gebirgsbildungen, Vulkanismus u. a. beeinflusst. Vulkanausbrüche sind im Klimasystem als externe klimatogenetische Effekte von Bedeutung, v. a. wenn es sich um große explosive Ausbrüche handelt, bei denen neben vulkanischem Lockermaterial (Staub) große Mengen magmatische Gase (Schwefeldioxid, Kohlendioxid, Wasserdampf u. a.) bis in die Stratosphäre gelangen. Durch photochemische Prozesse bilden sich hier hauptsächlich sulfatische Teilchen, die sich in der stratosphärischen Aerosolschicht anreichern. Von großen Vulkanausbrüchen herrührende stratosphärische Staubschichten führen zu einer Schwächung der Sonneneinstrahlung und können deshalb ein geringes Absinken der globalen Mitteltemperaturen um mehrere Zehntel ºC in der unteren Atmosphäre (besonders in hohen Breiten der Nordhalbkugel) bewirken.
Für die natürlichen Klimaänderungen, wie sie auf der säkularen Zeitskala (letzte und nächste etwa 100 Jahre) erfasst werden, sind wiederum der Vulkanismus, zusätzlich die Sonnenaktivität und verschiedene Phänomene wie die Zirkulation der Atmosphäre verantwortlich, darunter auch das El-Niño-Phänomen (Niño), das sich in episodischen Erwärmungen der tropischen Ozeane äußert und mit Luftdruckschwankungen der Südhemisphäre gekoppelt ist. Eine Vielzahl von Klimaänderungen ist freilich bislang noch ungeklärt; es ist davon auszugehen, dass sie teilweise zufälliger Natur sind (stochastische Klimaänderungen).
Zunehmend führen menschliche Aktivitäten zu anthropogenen Klimaänderungen; regional haben solche Eingriffe schon vor Jahrtausenden mit Waldrodungen begonnen (z. B. im Mittelmeergebiet zur Römerzeit, in Mitteleuropa im Mittelalter). Im Industriezeitalter, d. h. seit rd. 100-150 Jahren, ist jedoch durch vielfältige und ständig angestiegene Emissionen klimawirksamer beziehungsweise toxischer Spurenstoffe (Gase und Partikel) eine neue Situation entstanden, die im Kontext der gesamten globalen Umweltbelastung zu sehen ist (Luftverschmutzung). So verstärken klimawirksame Spurengase, wie Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), FCKW, Stickstoffmonoxid (N2O), bodennahes Ozon (O3) u. a. den natürlichen Treibhauseffekt, was globale Klimaänderungen zur Folge hat. Toxische Stoffe (Gase wie z. B. Schwefeldioxid [SO2], Stickoxide [NOx] oder Aerosole) schädigen die gesamte Biosphäre - einschließlich der menschlichen Gesundheit -, indem sie zu Smog, saurem Regen, Photooxidantien usw. führen. Diesen Prozessen entsprechend ist auch die Zerstörung der Ozonschicht kein eigentlicher klimatischer, sondern ein luftchemischer Vorgang, wenngleich Verbindungen zum Treibhauseffekt bestehen (z. B. sind FCKW-Gase sowohl klimawirksam als auch für den Ozonabbau in der Stratosphäre verantwortlich). Eine weitere Querverbindung zwischen dem luftchemisch-toxischen und klimatologischen Wirkungskreis ist im Zusammenhang der SO2-Emissionen von Bedeutung, die in der unteren Troposphäre zur Bildung von Sulfatpartikeln (SO2-4) führen, die ihrerseits eine abkühlende Wirkung besitzen und somit der anthropogenen Verstärkung des Treibhauseffektes entgegenwirken.
Allgemein überlagern sich bei Klimaänderungen natürliche und anthropogene Vorgänge in höchst komplizierter Art und Weise. Da es sich hierbei um vielfältig vernetzte Mechanismen handelt, die beteiligten physikochemischen Gesetze meist nichtlinear sind und zudem selbstverstärkende (z. B. Eis-Albedo-Rückkopplung) beziehungsweise selbstabschwächende Rückwirkungen auftreten können, ist auch mithilfe höchst aufwendiger Klimamodelle nur ein partielles Verständnis der Klimaänderungen und ihrer Ursachen möglich.
Die in der wissenschaftlichen Diskussion vertretenen Auffassungen der Klimaänderungen hängen wesentlich ab von der Einschätzung der Zuverlässigkeit und Aussagekraft der Klimamodelle, der indirekten Klimarekonstruktionen, der statistischen Datenanalyse sowie der Interpretation des Zusammenwirkens der verschiedenen Ursachen. So werden z. B. die zahlreichen, sich teilweise widersprechenden Hypothesen zur Wirkung der Sonnenaktivität unterschiedlich bewertet, bestehen Differenzen hinsichtlich des Nachweises des anthropogenen Treibhauseffektes und seiner Prognose. Während damit viele dieser wissenschaftlichen Kontroversen ihre Ursache in der Bewertung der quantitativen Resultate der Klimatologie finden, sind öffentliche Auseinandersetzungen oft von mangelndem Wissen um die komplizierten Klimaprozesse und partiellen Interessen geprägt. Extrempositionen wie die Behauptung, es drohe eine »Klimakatastrophe«, aber auch die Verharmlosung der Problematik anthropogener Klimaänderungen, erscheinen aus diesem Grund unangebracht.
H. von Rudolff: Die Schwankungen u. Pendelungen des Klimas in Europa seit Beginn der regelmäßigen Instrumenten-Beobachtungen (1967);
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Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:
Anthropogene Klimaänderungen
Klimaänderung: Ursachen und Prognosen
Klimaänderung: Folgen und Auswirkungen
Klimaschutz: Eine globale Aufgabe
Umweltschutz: Aufgaben der Umweltschutzpolitik
Universal-Lexikon. 2012.