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. Dies sind nur die Anteile an CO2 und beinhalten keine anderen Treibhausgase, wie Methan oder Lachgas. Jedes Jahr kommen ca. 35 Milliarden (35.000.000.000) Tonnen hinzu. Laut IPCC verteilt sich der Ausstoß auf 67% durch Verbrennung fossiler Brennstoffe (inkl. Zementherstellung) und 33% durch Landnutzänderungen, z.B. Abholzung (im Zeitraum 1750 - 2011).
Unveränderbarkeit
Der IPCC schreibt in seinem 5. Sachstandsbericht:
Ein großer Teil des Klimawandels ist auf menschlichen Zeitskalen weitgehend nicht umkehrbar, 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 sind das Corona-Jahr 2020/2021 und die Finanzkrise 2008/2009, die nicht auf klimapolitische Maßnahmen zurückzuführen sind.
Nicht oder nur schwer umkehrbar sind auch bestimmte Kipppunkte bzw. kritische Schwellenwerte, bei deren Überschreitung gravierende Umweltveränderungen eintreten. So ist z.B. das Absterben tropischer Korallenriffe durch Hitzestress und die Versauerung der Ozeane schon heute kaum noch aufzuhalten. Der Kipppunkt hier liegt bei 2°C globaler Erwärmung, die nach der aktuellen Klimapolitik ca. 2050 erreicht wird. 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 sehr komplexes System und jede Veränderung auf eine Komponente hat Auswirkungen auf andere Bereiche. Dies liegt daran, dass komplexe Systeme sehr empfindlich auf Störungen reagieren. Wenn ein solches System einmal aus dem Gleichgewicht gebracht worden ist, wird es schwer oder unmöglich, den ursprünglichen Zustand wieder zu erreichen. Zudem ist das Klimasystem der Erde sehr träge. Selbst wenn wir von morgen an keine Treibhausgase mehr ausstoßen, würde sich die Erde bis zu einem gewissen Zeitpunkt weiter erwärmen.
Wasserstoff
Der Wasserdampf als Treibhausgas treibt einen sich selbstverstärkenden Kreislauf an. Dies ergibt sich aus den zwei folgenden Aussagen:
- 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.
Dies liegt daran, dass die Atmosphäre oder allgemein Luft mit höherer Temperatur mehr Wasser speichern kann. Mit jedem Grad Temperaturanstieg kann die Luft 7% mehr Wasserdampf enthalten. Zum Beispiel kann ein Kilogramm Luft bei 10°C ca. 7,5g Wasserdampf aufnehmen, bei 30°C jedoch schon etwa 26g pro kg Luft. Auf den Wasserstoffgehalt der Atmosphäre haben wir jedoch nur einen indirekten Einfluss.
Quelle
IPCC AR4 WG1 - FAQEntwässerung der Moore
Moore sind Feuchtgebiete, in denen abgestorbene Pflanzenteile unter Ausschluss von Sauerstoff zersetzt werden. Dadurch kann der in den Pflanzen enthaltene Kohlenstoff nicht mit der Luft reagieren und es werden keine Treibhausgase freigesetzt. Entzieht der Mensch den Mooren nun Wasser, werden CO2 und Lachgas freigesetzt. Durch die steigenden Temperaturen sind die Moore zudem gefährdet.
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 hat einen Einfluss auf die globale Erwärmung: Helle Oberflächen reflektieren einen großen Teil der Sonnenstrahlung, während dunkle Oberflächen nur einen geringen Teil zurückstrahlen. Dunkle Oberflächen können daher viel mehr Wärme speichern. Legt man zum Beispiel im Sommer die Hand auf eine schwarze Motorhaube, ist diese deutlich wärmer als eine weiße. Je mehr dunkle Oberflächen es auf der Erde gibt, desto mehr Energie kann die Erde aufnehmen.
Rückstrahlverhalten verschiedener Oberflächen
Besonders Eis und Schnee hat einen großen Effekt, da diese hellen Oberflächen einen sehr starken Rückstrahleffekt von 75 - 90% haben. Durch den Anstieg der Oberflächentemperatur nimmt jedoch die Dauer wann Schnee und Eis die Erde bedeckt ab. Das hat zur Folge, dass mehr Energie der Sonneneinstrahlung von der Erd- und besonders Wasseroberfläche aufgenommen wird.
Abholzung / Waldschäden
Bäume brauchen Licht, Wasser und CO2 zum Leben. Das CO2 wird in Form von Kohlenstoff im Baumstamm gespeichert. Verbrennt oder verrottet der Baum wird das aufgenommene CO2 komplett wieder abgegeben, z.B. bei Waldbränden oder auch beim Verbrennen von weiterverarbeitenden Pallets. Wenn jedoch das Holz zu Möbeln oder Bauwerkstoffen weiterverarbeitet wird, bleibt das CO2 im Holz während des Gebrauchs gespeichert.
Wieviel ein Baum an CO2 aufnehmen kann hängt von folgenden Faktoren ab:
- Holzmasse
- Holzdichte
- Wachstumsrate
- Alter
Besonders das Alter ist wichtig, da ein älterer Baum in seinem Leben schon mehr CO2 speichern konnte als ein junger Baum. Die Anstrengungen sollten deshalb nicht nur in der Aufforstung, sondern vor allem auch im Schutz der Urwälder bestehen. Ein besonderer Augenmerk muss hier auf die Tropen gelegt werden. In den Tropen ist die Wachstumsrate eines Baumes höher als beispielsweise in Deutschland und hier findet mit 95% fast die gesamte Abholzung statt. Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Boden in den Tropen nur eine dünne fruchtbare Humusschicht besitzt über die Bäume ihre Nährstoffe beziehen. Diese Humusschicht entsteht durch herabfallendes organisches Material wie Blätter oder Pflanzenreste. Durch die ganzjährig hohen Temperaturen zersetzt sich diese Humusschicht weitaus schneller als in gemäßigten Gebieten wie Deutschland. Dieser Kreislauf kann in den Tropen nur bestehen, wenn der Baum dicht von Vegetation umgeben ist. Werden Tropenwälder abgeholzt ist dieser organische Kreislauf gestört und es ist schwierig bis unmöglich, größere Kahlflächen wieder mit Regenwald zu bepflanzen. Wird im Gegensatz dazu ein Baum in Deutschland abgeholzt, kann dieser relativ leicht wieder aufgeforstet werden. Rodungen beeinflussen zudem unmittelbar den Wasserkreislauf anderer Wälder. Der Grund liegt in der enorme Wassermenge, die ein Wald speichern kann und durch Verdunstung teilweise wieder abgibt. Dadurch entstehen Regenwolken, die weiterziehen und auf anderen Waldgebieten abregnen können. Die Hauptursachen für die Abholzung sind die Erweiterung von Viehzuchtflächen und Ackerland sowie die Gewinnung von Holz für die Papierindustrie.
Waldbedeckung 2014
©GRID-Arendal
Grid ArendalEs ist zu beachten, dass es einen Unterschied macht, ob nur der Waldverlust angegeben wird oder ob der Waldverlust abzüglich des Zuwachses z.B. durch Aufforstung, also der tatsächliche Nettoverlust, berücksichtigt wird.
Welt
Verluste
Zwischen 2015 und 2020 wurde die Abholzung der Wälder auf 10 Millionen Hektar pro Jahr geschätzt, das entspricht der Fläche von knapp Frankreich, die in diesem Zeitraum abgeholzt wurden. In den 1990er Jahren waren die Entwaldungsraten mit 16 Millionen Hektar pro Jahr aber noch deutlich höher.
Netto-Verluste
Wenn man die Zuwächse mit einrechnet ergibt sich immer noch ein Verlust von 4,7 Millionen Hektar pro Jahr, was in den letzten 5 Jahren mehr als der Fläche von Großbritannien entspricht.
Deutschland
In Deutschland stellt vor allem die Häufung und Verschärfung von Wetterextremen wie Hitze, Trockenheit und Stürme eine große Gefahr für den Wald dar. Dies schwächt die Bäume und führt zu Schädlingsbefall, z.B. durch Insekten. Der Wald entlastet die Atmosphäre jährlich um rund 62 Millionen Tonnen Kohlendioxid. Damit kompensiert er rund 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:
- mehr Waldbrände durch häufiger auftretende Hitzewellen, die ausgetrocknete Bäume leichter brennen lassen
- mehr Baumsterben durch erhöhten Wasserbedarf bei steigenden Temperaturen und gleichzeitig abnehmenden Niederschlägen
- Vermehrter Pilz- und Schädlingsbefall, insbesondere durch Borkenkäfer. Erklärung: Trockene Bäume stehen unter Stress und sondern Duftstoffe ab, die den Borkenkäfer anlocken. Dieser dringt in die Bäume ein und vermehrt sich sehr stark. Die entstandene Borkenkäferpopulation frisst Gänge unter der Rinde, wodurch die Versorgungsleitungen der Bäume abgeschnitten werden und diese absterben. Ein gesunder Baum mit ausreichender Wasserversorgung kann den eindringenden Borkenkäfer dagegen 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 permanent gefroren ist. Dieser Boden besteht aus Gestein oder Erde und unterschiedlich große Eismengen. Der Permafrost fängt bei 15 bis 100 cm an und kann bis zu 1,6 Kilometer in die Tiefe reichen. Ähnlich wie bei den Mooren sind im Permafrostboden große Mengen an abgestorbener Pflanzenreste gespeichert. Wenn der Permafrostboden auftaut, kann sich auch hier die organische Materie zersetzen und Treibhausgase in Form von CO2 und Methan werden frei. Eine sehr gute Erklärung bietet das Video vom Alfred-Wegner-Institut: 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 nehmen Permafrostböden circa ein Viertel der Landfläche ein. In den oberen Schichten ist doppelt so viel Kohlenstoff gespeichert, wie sich gerade in der Atmosphäre befindet. Das Treibhausgaspotenzial ist enorm, wobei jedoch bis jetzt nur die südlicheren Gebiete stark vom Auftauen betroffen sind.
Deutschland
Da Deutschland sich zu weit südlich befindet, gibt es bei uns - bis auf der Zugspritze - keinen Permafrostboden.
Quelle
Alfred-Wegener-InstitutAusgasen von gefrorenem Methan
Im Ozean entsteht Methan durch Mikroorganismen im Meeresboden, die organisches Material zersetzen, zum Beispiel abgestorbenes Plankton, das aus dem noch lichtdurchfluteten Bereich der Wasseroberfläche absinkt. Ohne Licht können die Mikroorganismen das Material nicht zersetzen. Deshalb entsteht Methan im Ozean nur an den so genannten Kontinentalabhängen, also am Übergang von der Küste zur Tiefsee. An den Kontinentalabhängen herrschen zudem bestimmte Bedingungen (hoher Druck und niedrige Temperaturen), die das aufsteigende Methan gefrieren lassen. Dieses gefrorene Methan kann auch in Permafrostböden oder in der Arktis in Tiefen von weniger als 200 Metern vorkommen. Durch die Erwärmung der Ozeane und Strömungen kann das gefrorene Methan nun auftauen und freigesetzt werden. Die Arktis ist davon am stärksten betroffen, da sie sich besonders schnell erwärmt.
gefrorenes Methan
©Wusel007 Gefrorenes Methan - CC BY 3.0
WikiDiese Quellen nehmen bis jetzt mit 5% der globalen Methan-Emissionen einen kleinen Betrag ein. Dies liegt auch daran, dass ein Großteil des freigesetzten Methans bereits im Wasser durch biologische Prozesse abgebaut wird und somit nur ein geringer Teil in die Atmosphäre gelangt. Da sich der Ozean nur sehr langsam erwärmt, wird sich der Abbau zudem über Jahrhunderte bis Jahrtausende hinziehen. Allerdings bestehen in der Forschung noch Unsicherheiten über Ausmaß und Auswirkungen der Erwärmung.
Vorkommmen von gefrorenem Methan
Abschwächung der Marinen Kohlenstoffpumpe
Die Weltmeere sind mit ca. 40% der größte Aufnehmer von menschengemachten CO2-Emissionen. Diese Aufnahmefähigkeit hat sich in jüngster Zeit wahrscheinlich um ca. 5 % verringert, relativ (nicht absolut) zur CO2-Konzentration in der Luft (Erklärung unter "Verminderungen"). Dies geschieht, weil sich die physikalische Kohlenstoffpumpe im Ozean abschwächt. Daneben existiert noch eine biologische Kohlenstoffpumpe, die sich bisher nicht wesentlich verändert hat.
Physikalische Pumpe
Wasser mit höherer Temperatur kann weniger Kohlenstoff aufnehmen als Wasser mit geringerer Temperatur. Durch die globale Erderwärmung wird auch das Oberflächenwasser des Ozeans erwärmt, und es bilden sich weniger kalte Wassermassen, die in die Tiefe absinken können. Dadurch wird der Transport von Kohlenstoff in den tieferen Ozean durch die Abschwächung der physikalischen Pumpe reduziert.
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