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Kippelemente im Klimasystem einfach erklärt
Ein Kippelement ist ein großer Bestandteil des Erdsystems, der bei zunehmender Erwärmung eine kritische Schwelle erreichen kann. Wird dieser Kipppunkt überschritten, kann eine kleine zusätzliche Störung einen grundlegenden Übergang auslösen. Dieser Übergang kann sich selbst verstärken und auch dann weiterlaufen, wenn die Erwärmung später wieder unter die Schwelle sinkt. Er muss aber nicht plötzlich geschehen: Manche Veränderungen dauern Jahrzehnte, andere Jahrtausende.
Auf dieser Seite lernst du, Kippelemente zu erkennen, Rückkopplungen nachzuvollziehen und Angaben zu Schwellenwerten richtig einzuschätzen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Woran erkennst du ein Kippelement?
Stell dir eine Vase auf einer immer schrägeren Tischplatte vor. Lange bleibt sie stehen. An einer kritischen Neigung genügt eine kleine Erschütterung, damit sie kippt. Das Bild zeigt das Schwellenverhalten: Vor der Schwelle reagiert ein System anders als nach ihrem Überschreiten.
Kippelement
Ein Kippelement ist ein wichtiger großskaliger Bestandteil des Erdsystems, der Schwellenverhalten zeigen kann. Beispiele sind große Eisschilde, Strömungssysteme und Ökosysteme.
Kipppunkt
Der Kipppunkt ist die kritische Schwelle eines Kippelements. Wird sie überschritten, kann ein Übergang in einen qualitativ anderen Zustand angestoßen werden.
Kippelement und Kipppunkt sind also nicht dasselbe: Das Element ist das System, der Punkt ist seine kritische Schwelle. „Kippen“ bedeutet außerdem nicht zwingend, dass die gesamte Veränderung in einem Augenblick abläuft oder im engen Sinn vollständig unumkehrbar ist.
Wie verstärkt sich eine Veränderung selbst?
Viele Kippvorgänge werden durch eine selbstverstärkende Rückkopplung angetrieben. Eine erste Veränderung löst dabei eine Wirkung aus, die die ursprüngliche Veränderung verstärkt.
Bei der Eis-Albedo-Rückkopplung läuft eine Kette ab:
- Helles Eis schmilzt.
- Dunkler Fels oder dunkles Meerwasser wird sichtbar.
- Die dunklere Oberfläche nimmt mehr Sonnenenergie auf.
- Die Umgebung erwärmt sich zusätzlich.
- Dadurch schmilzt weiteres Eis.
Der entscheidende Gedanke ist der Rückweg von Schritt 5 zu Schritt 1: Mehr Eisverlust begünstigt noch mehr Eisverlust.
Auch beim Permafrost ist eine solche Schleife möglich: Auftauender Boden macht organisches Material für Mikroorganismen zugänglich. Bei der Zersetzung entstehen unter anderem CO₂ und Methan. Diese Treibhausgase verstärken die Erwärmung, die wiederum weiteres Auftauen begünstigt.
Eine Rückkopplung ist selbstverstärkend, wenn ihre Wirkung den ursprünglichen Prozess weiter antreibt.
Welche Kippelemente werden unterschieden?
Eine wissenschaftsnahe Einteilung unterscheidet 9 Kern-Kippelemente und 7 regionale Kippelemente, insgesamt also 16. Die Zuordnung hängt von der verwendeten Definition und dem Forschungsfokus ab; die Liste kann sich mit dem Forschungsstand verändern.
Kern-Kippelemente sind für das Funktionieren des Erdsystems besonders wichtig. Regionale Kippelemente sind vor allem für menschliches Wohlergehen oder als einzigartiger Teil des Erdsystems bedeutsam. „Regional“ bedeutet nicht „folgenlos für den Rest der Welt“: Systeme können miteinander verbunden sein.
| Kern-Kippelemente | Regionale Kippelemente |
|---|---|
| Grönländischer Eisschild | Barents-Meereis |
| Arktisches Wintermeereis | abruptes Auftauen borealen Permafrosts |
| borealer Permafrostkollaps | Gebirgsgletscher |
| Westantarktischer Eisschild | Absterben borealer Nadelwälder im Süden |
| Ostantarktischer Eisschild | Ausbreitung borealer Nadelwälder nach Norden |
| Ostantarktische subglaziale Einzugsgebiete | Korallenriffe niedriger Breiten |
| Atlantische Umwälzzirkulation | Sahelvegetation und westafrikanischer Monsun |
| Zirkulation im Labrador- und Irmingermeer | |
| Amazonas-Regenwald |
Was zeigen konkrete Beispiele?
Kippelemente unterscheiden sich stark in Mechanismus, Schwelle, Dauer und Folgen. Die Temperaturwerte beziehen sich hier auf die globale Erwärmung gegenüber dem vorindustriellen Niveau.
| Beispiel | Wahrscheinliche Schwelle und möglicher Bereich | Geschätzte Prozessdauer | Mögliche Folge |
|---|---|---|---|
| Grönländischer Eisschild | knapp 1,5 °C; möglich bei 0,8 bis 3 °C | mindestens 1.000, höchstens geschätzt 15.000 Jahre | bis zu 7 m globaler Meeresspiegelanstieg |
| Westantarktischer Eisschild | 1,5 °C; möglicher Bereich 1 bis 3 °C | etwa 2.000 Jahre; geschätzter Bereich 500 bis 13.000 Jahre | mehr als 3 m globaler Meeresspiegelanstieg |
| Korallenriffe niedriger Breiten | 1,5 °C; möglicher Bereich 1 bis 2 °C | etwa 10 Jahre | Verlust wichtiger ökologischer und gesellschaftlicher Funktionen |
| Atlantische Umwälzzirkulation | 4 °C; möglicher Bereich 1,4 bis 8 °C | etwa 50 Jahre; geschätzter Bereich 15 bis 300 Jahre | veränderte Temperatur- und Niederschlagsmuster |
Beim grönländischen Eisschild senken Schmelze und Gletscherabfluss die bis zu 3 km hohe Eisoberfläche. Dadurch gelangt sie in wärmere Luftschichten, was weiteres Abschmelzen begünstigt.
Die Angabe „knapp 1,5 °C“ bedeutet nicht, dass bei diesem Wert sofort 7 m Meeresspiegelanstieg eintreten. Sie bezeichnet die beste Abschätzung für das Anstoßen des Übergangs. Der nahezu vollständige Eisverlust würde sich anschließend über einen sehr langen Zeitraum entwickeln.
Wie liest du Schwellenwerte und Unsicherheit?
Eine Schreibweise wie „3 °C (2 bis 4 °C)“ enthält zwei verschiedene Informationen:
- 3 °C ist die beste Abschätzung dafür, ab wann ein Kippen wahrscheinlich wird.
- Zwischen 2 und 4 °C könnte die Schwelle nach den ausgewerteten Studien ebenfalls liegen.
Der Bereich ist keine scharf abgegrenzte sichere Zone. Er zeigt, dass die genaue Schwelle unsicher ist. Auch die wissenschaftliche Sicherheit wird getrennt bewertet: „hoch“, „mittel“ oder „gering“ beschreibt hier, wie viele relevante Studien vorliegen und wie gut ihre Ergebnisse übereinstimmen. Eine geringe Sicherheit bedeutet nicht, dass ein Schaden gering wäre.
Schwellenwert, Prozessdauer und Folgen dürfen deshalb nicht vermischt werden. Ein Kippvorgang kann bei einer bestimmten Erwärmung angestoßen werden, über Jahrzehnte bis mehr als 10.000 Jahre ablaufen und sehr große Folgen haben.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Ein Kippelement ist das , der Kipppunkt seine . Ein in Klammern genannter Temperaturbereich zeigt eine . Eine geringe wissenschaftliche Sicherheit bedeutet nicht automatisch, dass der mögliche Schaden ist.
Können Kippelemente einander beeinflussen?
Das Erdsystem ist vernetzt. Veränderungen eines Elements können ein anderes beeinflussen. So kann Schmelzwasser den Salzgehalt und damit die Dichte des Meerwassers senken. Dadurch kann die Tiefenwasserbildung im Nordatlantik geschwächt werden, die zur Atlantischen Umwälzzirkulation gehört.
Solche Wechselwirkungen können weitere Kipppunkte begünstigen und Kippkaskaden auslösen. Eine Kaskade ist eine mögliche Kette, in der das Kippen eines Systems das Kippen weiterer Systeme wahrscheinlicher macht. Sie ist keine Behauptung, dass jedes Kippelement zwangsläufig alle anderen mitreißt.
Auch gegenläufig wirkende regionale Temperaturänderungen heben die globale Erwärmung nicht einfach auf. Ein Kollaps einer Meeresströmung könnte den Nordatlantik regional abkühlen und zugleich Niederschlagsmuster, Monsune und Kohlenstoffsenken verändern. Solche Wirkungen lassen sich nicht wie einfache Temperaturzahlen addieren.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Kippelemente
- Schwellenverhalten
- Kippelement = System
- Kipppunkt = kritische Schwelle
- Mechanismen
- selbstverstärkende Rückkopplung
- Eis-Albedo, Permafrost, Wald und Meeresströmung
- Einordnung
- 9 Kern-Kippelemente
- 7 regionale Kippelemente
- Angaben richtig lesen
- beste Schwellenabschätzung und möglicher Bereich
- Prozessdauer und wissenschaftliche Sicherheit
- Folgen
- regionale und globale Veränderungen
- mögliche Wechselwirkungen und Kippkaskaden
- Schwellenverhalten