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Natürliche Rückkopplungen könnten Erderwärmung deutlich verstärken
Viele Klimamodelle berücksichtigen zusätzliche Treibhausgase aus sich erwärmenden Ökosystemen nur unvollständig. Eine neue Modellstudie beziffert diese Rückkopplung nun auf 0,2 bis 0,4 Grad zusätzliche Erwärmung bis 2100. Gegenüber der vom Menschen ausgelösten Erwärmung entspräche das einer Verstärkung um rund 20 bis 30 Prozent, allerdings mit erheblichen Unsicherheiten.
San Francisco (U.S.A.). Steigende Temperaturen können natürliche Kohlenstoffspeicher in zusätzliche Quellen von Kohlendioxid und Methan verwandeln. Taut Permafrost, erwärmen sich Seen und Feuchtgebiete oder nehmen Vegetationsbrände zu, gelangen dadurch weitere Treibhausgase in die Atmosphäre, die wiederum die Erwärmung verstärken und so eine positive Klimarückkopplung bilden.
Solche Rückkopplungen sind seit Langem bekannt, ihre gemeinsame Wirkung ist in vielen globalen Klimamodellen aber nur unvollständig erfasst, wodurch Projektionen einen Teil der künftigen Erwärmung unterschätzen und zugleich die verbleibenden CO₂-Budgets zu großzügig ansetzen könnten.
Forscher um Sam Abernethy von Spark Climate Solutions haben nun untersucht, wie stark zusätzliche Emissionen aus Permafrost, Feuchtgebieten, Binnengewässern und Vegetationsbränden die Erwärmung bis 2100 verstärken könnten. Dafür leiteten sie aus prozessbasierten Modellschätzungen Beziehungen zwischen globaler Temperatur und den dadurch ausgelösten Emissionsraten ab.
Die Wissenschaftler betrachteten drei sogenannte Shared Socioeconomic Pathways, also Entwicklungspfade mit unterschiedlich starken künftigen Treibhausgasemissionen. Die daraus abgeleiteten zusätzlichen Emissionen speisten sie anschließend in ein vereinfachtes Klimamodell ein, um ihren Beitrag zur globalen Mitteltemperatur abzuschätzen, sodass es sich um eine Modellprojektion und nicht um eine direkte Messung zukünftiger Emissionen handelt.
Für Methan ergibt die Analyse über alle drei Szenarien hinweg einen Anstieg der erwärmungsbedingten Emissionen um 97 ± 6 Millionen Tonnen pro Jahr für jedes zusätzliche Grad globaler Erwärmung. Dabei wurden Methanfreisetzungen aus Permafrost, Feuchtgebieten, Binnengewässern und Vegetationsbränden zusammengefasst, während das Team für Kohlendioxid aus Permafrost und Vegetationsbränden in zwei der drei Szenarien 7 ± 1 Milliarden Tonnen pro Jahr und zusätzlichem Grad errechnete.
Im Klimamodell erhöhen diese natürlichen Zusatzemissionen die globale Erwärmung bis 2100 je nach Szenario um etwa 0,2 bis 0,4 Grad. Kohlendioxid und Methan tragen dabei ungefähr zu gleichen Teilen zur zusätzlichen Erwärmung bei, die bezogen auf die vom Menschen verursachte Erwärmung einer Verstärkung um rund 20 bis 30 Prozent entspricht.
Die Spannbreite bleibt allerdings groß, denn für die zusätzliche Erwärmung geben die Autoren eine kombinierte Unsicherheit aus Emissionssensitivität und Klimareaktion von etwa ±0,2 Grad an. Auch bei der prozentualen Verstärkung fällt die kombinierte Unsicherheit je nach Szenario groß aus, sodass die genaue Größenordnung stark von den Reaktionen der natürlichen Systeme und der Klimawirkung der freigesetzten Gase abhängt.
Die Ergebnisse bedeuten nicht, dass zusätzliche 0,2 bis 0,4 Grad unabhängig von der menschlichen Emissionsentwicklung unvermeidbar wären. Die Höhe der erwärmungsbedingten Emissionen hängt selbst von der Temperaturentwicklung ab, weshalb eine stärkere Begrenzung der menschengemachten Erwärmung auch diese natürlichen Rückkopplungen bremst.
Die Modellrechnung zeigt zugleich, warum ihr Fehlen in Klimaprojektionen relevant sein kann. Werden zusätzliche Emissionen aus Permafrost, Feuchtgebieten, Binnengewässern und Vegetationsbränden nicht umfassend berücksichtigt, könnte die tatsächlich zu erwartende Erwärmung höher und das mit einem Temperaturziel vereinbare verbleibende CO₂-Budget kleiner ausfallen. Die Autoren sehen deshalb Bedarf, solche Prozesse in künftigen Erdsystemmodellen vollständiger abzubilden.