Kohlenstoff Budget
Jährliche CO₂ Emissionen
and Rogelj et al. (2019)
Daten-Quellen Global Carbon Budget
CO2 Konzentration
Monatliche CO₂ Konzentrationen
Historische Treibhausgas-Konzentrationen von CMIP6 (Version 1 Juli 2016) und NOAA/ESRL (für die globalen Daten von 1980 bis jetzt)
Durchschnittstemperatur
Globale Durschnittstemperatur
HadCRUT4 global temperature dataset
die originalen Klima-Spiralen von Ed Hawkins (Climate Lab Book),
erweitert mit der Kohlenstoff Bilanz und der Konzentrations-Spirale von
Robert Gieseke and Malte Meinshausen
(PRIMAP Group, Potsdam Institut für Klimafolgenforschung &
Australian-German Climate & Energy College, The University of Melbourne, Australia)
Programmierung abgeleitet von:
openclimatedata /climate-spiralsZwischen 1750 und 2020 hat der Mensch insgesamt ungefähr 1.7 Billion, also 1.700.000.000.000 Tonnen CO2[1] in die Atmosphäre ausgestoßen. Dieser Wert bezieht sich nur auf CO2-Emissionen und beinhalten keine anderen Treibhausgase, wie Methan oder Lachgas. Jedes Jahr kommen ca. 40 Milliarden (40.000.000.000) Tonnen hinzu. Laut IPCC verteilt sich der Ausstoß auf 67% durch Verbrennung fossiler Brennstoffe, einschließlich der Zementproduktion, und 33% durch Landnutzänderungen, z.B. Abholzung – gemessen im Zeitraum von 1750 bis 2011.
Unveränderbarkeit
Der IPCC schreibt in seinem 5. Sachstandsbericht:
Ein großer Teil des Klimawandels ist auf menschlichen Zeitskalen weitgehend unumkehrbar, es sei denn, dass die vom Menschen verursachten CO2-Emissionen über einen anhaltenden Zeitraum stark rückläufig wären.
Dennoch steigen die CO2-Emissionen jedes Jahr weiter an. Ausnahmen bildeten die Jahre 2020/2021 während der COVID-19-Pandemie und 2008/2009 während der Finanzkrise. Die Rückgänge waren nicht auf klimapolitische Maßnahmen, sondern auf vorübergehende wirtschaftliche Einbrüche zurückzuführen.
Bestimmte Kipppunkte bzw. kritische Schwellenwerte, deren Überschreitung gravierende Umweltveränderungen zur Folge hat, sind ebenfalls kaum oder gar nicht umkehrbar. So droht beispielsweise das Absterben tropischer Korallenriffe durch Hitzestress und die Versauerung der Ozeane – ein Prozess, der sich bereits jetzt kaum noch aufhalten lässt. Der Kipppunkt für das Überleben dieser Korallenriffe liegt bei einer globalen Erwärmung von 2 °C, die nach aktueller Klimapolitik etwa bis 2050 erreicht werden könnte. Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung hat unter anderem folgende Kipppunkte ausgemacht:
- Verschwinden von Meereis in der Arktis und von Gebirgsgletschern
- Instabilität des westantarktischen Eisschildes
- Absterben der tropischen Korallenriffe
- Monsunsysteme werden schwankender und unberechenbarer
- Abreißens der Atlantikzirkulation
- Auftauen des Permafrosts
- Absterben der Regenwälder
- Ausgasung von Methanhydrat
- Abschwächung des Jetstream
Kipppunkte
Quelle
PIK - KippelementeEin komplexes und träges System
Das Klima der Erde ist ein äußerst komplexes System, in dem jede Veränderung einer Komponente Auswirkungen auf andere Bereiche hat. Diese Wechselwirkungen führen dazu, dass komplexe Systeme besonders empfindlich auf Störungen reagieren. Einmal aus dem Gleichgewicht gebracht, ist es schwierig oder sogar unmöglich, den ursprünglichen Zustand vollständig wiederherzustellen. Zudem reagiert das Klimasystem der Erde sehr träge. Selbst wenn die Menscheit ab morgen keinerlei Treibhausgase mehr ausstoßen würden, würde sich die Erde noch über Jahre hinweg weiter erwärmen, bevor sich ein neuer Gleichgewichtszustand einstellen könnte.
Wasserstoff
Der Wasserdampf als Treibhausgas treibt einen sich selbstverstärkenden Kreislauf an. Dies ergibt sich aus den folgenden Zusammenhang:
- Je höher die Temperatur steigt, umso mehr Wasserdampf kann die Atmosphäre aufnehmen.
- Je höher der Wasserdampf in der Atmosphäre ist, umso mehr steigt die Temperatur.
Grund dafür ist, dass wärmere Luft mehr Wasserdampf speichern kann. Mit jedem Grad Celsius Temperaturanstieg nimmt die Speicherkapazität der Luft für Wasserdampf um etwa 7 % zu. Beispielsweise kann ein Kilogramm Luft bei 10 °C etwa 7,5 Gramm Wasserdampf aufnehmen, während sie bei 30 °C bereits rund 26 Gramm pro Kilogramm Luft aufnehmen kann. Auf den Wasserstoffgehalt in der Atmosphäre haben wir jedoch nur einen indirekten Einfluss.
Quelle
IPCC AR4 WG1 - FAQEntwässerung der Moore
Moore sind Feuchtgebiete, in denen abgestorbene Pflanzenteile unter Sauerstoffabschluss zersetzt werden. Dadurch bleibt der in den Pflanzen gespeicherte Kohlenstoff im Boden gebunden, ohne mit der Luft zu reagieren – Treibhausgase wie CO2 werden somit nicht freigesetzt. Wird jedoch Wasser aus den Mooren abgeleitet, etwa durch menschliche Eingriffe, beginnen diese Kohlenstoffspeicher CO2 und Lachgas freizusetzen. Zusätzlich gefährden die steigenden Temperaturen die Stabilität der Moore und können den Prozess der Freisetzung weiter beschleunigen.
Verteilung Moore weltweit
©Levi Westerveld
Grid ArendalWelt
Obwohl Moore nur 3% der Landfläche der Erde einnehmen, sind sie für 5% der menschengemachten Emissionen verantwortlich.
Deutschland
In Deutschland ist die Situation nicht anders. In den deutschen Mooren, die nur fünf Prozent der Landesfläche ausmachen, ist so viel Kohlenstoff gespeichert wie in allen deutschen Wäldern zusammen. Entsprechend hoch sind die CO2-Emissionen der Moore: Fünf Prozent der jährlichen deutschen Treibhausgasemissionen stammen aus Mooren. Das entspricht fast 40 Prozent der Emissionen der deutschen Landwirtschaft.
Moorschutz ist eine sehr wichtige Komponente um die Treibhausgase zu senken. Eine sehr gute Übersicht bietet auch die Seite vom Naturschutzbund.
Verminderte Rückstrahlung
Auch das Rückstrahlverhalten der Erde beeinflusst die globale Erwärmung maßgeblich: Helle Oberflächen reflektieren einen Großteil der Sonnenstrahlung, während dunkle Oberflächen nur wenig davon zurückstrahlen und stattdessen viel Wärme speichern. Ein einfaches Beispiel dafür ist eine schwarze Motorhaube im Sommer, die sich deutlich stärker aufheizt als eine weiße. Je mehr dunkle Oberflächen es auf der Erde gibt – wie etwa durch schmelzende Eisflächen und zunehmende Versiegelung – desto mehr Sonnenenergie kann die Erde aufnehmen und speichern, was die Erwärmung weiter verstärkt.
Rückstrahlverhalten verschiedener Oberflächen
Besonders Eis und Schnee haben einen großen Einfluss auf das Rückstrahlverhalten der Erde, da diese hellen Oberflächen 75–90 % der Sonnenstrahlung reflektieren. Durch den Anstieg der Oberflächentemperatur nimmt jedoch die Zeitspanne ab, in der Schnee und Eis die Erde bedecken. Das führt dazu, dass mehr Sonnenenergie von der Erdoberfläche – vor allem von dunklen Wasserflächen – aufgenommen wird, was die Erwärmung weiter verstärkt.
Abholzung / Waldschäden
Bäume benötigen Licht, Wasser und CO2 zum Überleben. Das CO2 wird in Form von Kohlenstoff im Baumstamm gespeichert. Verbrennt oder verrottet der Baum, wird das aufgenommene CO2 vollständig wieder freigesetzt, beispielsweise bei Waldbränden oder der Verbrennung weiterverarbeiteter Pellets. Wird das Holz jedoch zu Möbeln oder Baumaterialien weiterverarbeitet, bleibt das CO2 während der gesamten Nutzungsdauer im Holz gespeichert.
Wieviel ein Baum an CO2 aufnehmen kann hängt von folgenden Faktoren ab:
- Holzmasse
- Holzdichte
- Wachstumsrate
- Alter
Besonders das Alter eines Baumes ist wichtig, da ein älterer Baum in seinem Leben bereits mehr CO2 speichern konnte als ein junger Baum. Die Bemühungen sollten daher nicht nur auf die Aufforstung, sondern vor allem auch auf den Schutz der Urwälder gerichtet sein. Ein besonderes Augenmerk sollte hierbei auf die Tropen gelegt werden. In den Tropen ist die Wachstumsrate von Bäumen höher als beispielsweise in Deutschland, und hier findet mit 95% der Anteil nahezu der gesamten weltweiten Abholzung statt. Ein weiteres Problem ist, dass die Böden in den Tropen nur eine dünne fruchtbare Humusschicht aufweisen, über die die Bäume ihre Nährstoffe beziehen. Diese Humusschicht entsteht durch herabfallendes organisches Material wie Blätter und Pflanzenreste. Aufgrund der ganzjährig hohen Temperaturen zersetzt sich diese Humusschicht jedoch deutlich schneller als in gemäßigten Regionen wie Deutschland. Dieser Kreislauf kann in den Tropen nur funktionieren, wenn der Baum von dichter Vegetation umgeben ist. Werden Tropenwälder abgeholzt, wird dieser organische Kreislauf gestört, was es erschwert, größere Kahlflächen erneut mit Regenwald zu bewalden. Wird hingegen ein Baum in Deutschland abgeholzt, kann dieser relativ leicht wieder aufgeforstet werden. Rodungen beeinflussen zudem unmittelbar den Wasserkreislauf anderer Waldgebiete. Der Grund hierfür liegt in der enormen Wassermenge, die ein Wald speichern und teilweise wieder durch Verdunstung abgeben kann. Dadurch entstehen Regenwolken, die weiterziehen und in anderen Waldgebieten abregnen. Hauptursachen für die Abholzung sind die Ausweitung von Weideflächen und Ackerland sowie die Holzgewinnung für die Papierindustrie.
Waldbedeckung 2014
©GRID-Arendal
Grid ArendalEs ist wichtig zu beachten, ob der reine Waldverlust angegeben wird oder der tatsächliche Nettoverlust, bei dem der Zuwachs, beispielsweise durch Aufforstung, berücksichtigt wird.
Welt
Verluste
Zwischen 2015 und 2020 wurde die Abholzung der Wälder auf 10 Millionen Hektar pro Jahr geschätzt – das entspricht fast der Fläche Frankreichs, die in diesem Zeitraum abgeholzt wurde. In den 1990er Jahren lagen die Entwaldungsraten jedoch mit 16 Millionen Hektar pro Jahr noch deutlich höher.
Netto-Verluste
Unter Einbeziehung der Zuwächse ergibt sich dennoch ein jährlicher Nettoverlust von 4,7 Millionen Hektar. In den letzten fünf Jahren entspricht das einer Fläche, die größer ist als Großbritannien.
Deutschland
In Deutschland gefährden vor allem die zunehmende Häufigkeit und Intensität von Wetterextremen wie Hitze, Trockenheit und Stürme den Wald. Diese Bedingungen schwächen die Bäume und fördern Schädlingsbefall, beispielsweise durch Insekten. Der Wald entlastet die Atmosphäre jährlich um rund 62 Millionen Tonnen Kohlendioxid und kompensiert damit etwa 7 Prozent der Emissionen in Deutschland.
Quellen
World Resource Institute Our World In Data Global Forest Watch UN FOA Bundeswaldinventur Forstwirtschaft in DeutschlandAl Gore - Wege zum Gleichgewicht (Buch)
Der Wald wird aber nicht nur durch Abholzung, sondern auch durch Brände und Schädlinge bedroht, die aus folgenden Gründen stärker und vermehrt auftreten werden:
- Häufigere Waldbrände durch vermehrt auftretende Hitzewellen, die ausgetrocknete Bäume leichter entzünden lassen.
- Verstärktes Baumsterben aufgrund eines erhöhten Wasserbedarfs bei steigenden Temperaturen und gleichzeitig abnehmenden Niederschlägen.
- Vermehrter Pilz- und Schädlingsbefall, insbesondere durch Borkenkäfer. Erklärung: Trockene Bäume stehen unter Stress und setzen Duftstoffe frei, die Borkenkäfer anziehen. Diese dringen in die Bäume ein und vermehren sich stark. Die entstehende Käferpopulation frisst Gänge unter der Rinde, wodurch die Versorgungsleitungen der Bäume zerstört werden und die Bäume absterben. Ein gesunder Baum mit ausreichender Wasserversorgung kann dagegen eindringende Borkenkäfer mit Harz umhüllen und abtöten.
Auftauen des Permafrostbodens
auftauender Permafrostboden
©Boris RadosavljevicHerschel Island 2013 - CC BY 2.0
FlickrPermafrost ist ein Boden, der seit mindestens zwei Jahren durchgehend gefroren ist. Er besteht aus Gestein oder Erde und enthält unterschiedlich große Mengen an Eis. Die Schicht beginnt in einer Tiefe von 15 bis 100 cm und kann bis zu 1,6 Kilometer tief reichen. Ähnlich wie in Mooren sind im Permafrostboden große Mengen abgestorbener Pflanzenreste gespeichert. Wenn der Permafrostboden auftaut, beginnt auch hier die organische Materie zu zersetzen, wodurch Treibhausgase wie CO2 und Methan freigesetzt werden. Eine anschauliche Erklärung bietet das Video des Alfred-Wegener-Instituts: Permafrost – Was ist das?
globale Permafrostböden
Quelle
Obu, Jaroslav; Westermann, Sebastian; Kääb, Andreas; Bartsch, Annett (2018): Ground Temperature Map, 2000-2016, Northern Hemisphere Permafrost. Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research, Bremerhaven, Pangea
Welt
Auf der Nordhalbkugel bedecken Permafrostböden etwa ein Viertel der Landfläche. In den oberen Schichten ist doppelt so viel Kohlenstoff gespeichert wie derzeit in der Atmosphäre. Das Treibhausgaspotenzial ist enorm, allerdings sind bislang vor allem die südlicheren Permafrostgebiete stark vom Auftauen betroffen.
Deutschland
Da Deutschland zu weit südlich liegt, gibt es hier – abgesehen von der Zugspitze – keinen Permafrostboden.
Quelle
Alfred-Wegener-InstitutAusgasen von gefrorenem Methan
Im Ozean entsteht Methan durch Mikroorganismen im Meeresboden, die organisches Material wie abgestorbenes Plankton zersetzen, das aus den lichtdurchfluteten oberen Wasserschichten absinkt. Ohne Licht können die Mikroorganismen dieses Material jedoch nicht abbauen. Daher bildet sich Methan im Ozean hauptsächlich an den sogenannten Kontinentalabhängen, dem Übergang von der Küste zur Tiefsee. An den Kontinentalabhängen herrschen zudem spezielle Bedingungen – hoher Druck und niedrige Temperaturen –, die das aufsteigende Methan gefrieren lassen. Dieses gefrorene Methan kann auch in Permafrostböden und in der Arktis in Tiefen von weniger als 200 Metern vorkommen. Durch die Erwärmung der Ozeane und die Meeresströmungen kann das gefrorene Methan auftauen und freigesetzt werden. Die Arktis ist hiervon besonders stark betroffen, da sie sich schneller erwärmt als andere Regionen.
gefrorenes Methan
©Wusel007 Gefrorenes Methan - CC BY 3.0
WikiDiese Quellen machen derzeit nur etwa 5% der globalen Methanemissionen aus und tragen damit einen vergleichsweise kleinen Anteil bei. Dies liegt auch daran, dass ein Großteil des freigesetzten Methans bereits im Wasser durch biologische Prozesse abgebaut wird, sodass nur ein geringer Teil in die Atmosphäre gelangt. Da sich der Ozean nur sehr langsam erwärmt, wird dieser Abbauprozess sich über Jahrhunderte bis Jahrtausende hinziehen. Allerdings bestehen in der Forschung weiterhin Unsicherheiten über das genaue Ausmaß und die Auswirkungen der Ozeanerwärmung.
Vorkommmen von gefrorenem Methan
Abschwächung der Marinen Kohlenstoffpumpe
Die Weltmeere sind mit etwa 40% der größte Aufnehmer von menschengemachten CO2-Emissionen. Diese Aufnahmefähigkeit hat sich in jüngster Zeit wahrscheinlich um etwa 5% relativ (nicht absolut) zur CO2-Konzentration in der Luft verringert (siehe Erklärung unter "Verminderungen"). Ursache dafür ist die Abschwächung der physikalischen Kohlenstoffpumpe im Ozean. Zusätzlich gibt es eine biologische Kohlenstoffpumpe, die sich bisher kaum verändert hat.
Physikalische Pumpe
Wärmeres Wasser kann weniger Kohlenstoff aufnehmen als kälteres Wasser. Durch die globale Erwärmung erhöht sich auch die Temperatur des Oberflächenwassers in den Ozeanen, wodurch sich weniger kalte Wassermassen bilden, die in die Tiefe absinken könnten. Dadurch wird der Transport von Kohlenstoff in tiefere Ozeanschichten durch die Abschwächung der physikalischen Pumpe vermindert.
Fußnoten
1) Berechnung: Lt. IPCC (AR5 WG1 - Kapitel 6.1.2.1) wurden von 1750 bis 2011 375 Petagramm Kohlenstoff emittiert. Dies entspricht 375.000.000.000 Tonnen Kohlenstoff. Mit dem Umrechnungsfaktor in CO2 3,664, wären dies dann 1.374.000.000.000 Tonnen CO2. Die Emissionen von 2011 - 2020 (exclusive 2020) wurden vom Integrated Carbon Observation System übernommen und betragen kumuliert 318.192.000.000 Tonnen CO2 Insgesamt sind dies von 1750 - 2020: 1.374.000.000.000 + 318.192.000.000 = 1.692.192.000.000 Tonnen CO2