Treibhaus Erde

Die Begriffe Treibhaus Erde (englisch Hothouse Earth) und Heißzeit bezeichnen in der Klimaforschung (insbesondere der Forschung zum Thema Resilienz) einen Zustand des Klimasystems der Erde jenseits einer planetaren Grenze von etwa 2 °C gegenüber dem vorindustriellen Temperaturwert, ab dem das System im Wesentlichen von endogenen biogeophysikalischen Rückkopplungen angetrieben wird. Die Folge wären eine sehr starke Temperaturerhöhung, eine Verschiebung beziehungsweise Umstrukturierung der bestehenden Klimazonen sowie ein Anstieg des Meeresspiegels im zweistelligen Meterbereich, mit in weiten Regionen für viele autochthone Tier- und Pflanzenarten lebensfeindlichen Bedingungen. Es handelt sich hierbei um ein mögliches Szenario für eine langanhaltende globale Erwärmung im Rahmen eines Klimawandels, der das Erdsystem aus der gegenwärtigen Zwischeneiszeit in einen Warmklima-Zustand überführt (siehe auch: Klimazustand).

In der Paläoklimatologie wird Hothouse oftmals als Gegenbegriff zu Icehouse verwendet,^:7 wobei der Begriff Icehouse auch auf extreme Kältephasen wie das Schneeball-Erde-Stadium ausgedehnt werden kann. Zwischen den beiden Extrema Hothouse als starkes Treibhausklima und Icehouse als Klima mit mindestens einem vergletscherten Pol liegt dabei das Warmklima Greenhouse.^:8

Erdgeschichtliche Treibhausphasen

Temperaturgeschichte der letzten 541 Mio. Jahre mit extremen Treibhausphasen während des Devons, an der Perm/Trias-Grenze und in der Kreide

Extreme Heißphasen waren in der Erdgeschichte keine Seltenheit und traten – meistens in Zusammenhang mit einer Destabilisierung der Biosphäre – im Verlauf des Phanerozoikums immer wieder auf. Seit rund 34 Millionen Jahren befindet sich die Erde im Känozoischen Eiszeitalter, aktuell im Interglazial des Holozäns. Im Vergleich dazu lagen die Temperaturen während des Klimaoptimums in der Kreidezeit etwa 8 °C höher als heute, bei Drei- bis Vierfachen CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre.

Mit dem Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum vor 55,8 Millionen Jahren und dem Eocene Thermal Maximum 2 vor 53,7 Millionen Jahren gab es in der jüngeren Erdgeschichte zwei Ereignisse, in deren Verlauf die Globaltemperatur binnen kurzer Zeit um etwa 6 °C von 18 auf 24 °C anstieg. Die Ursachen und die genaue Dauer dieser Perioden sind nicht genau bekannt, stehen jedoch mit einer erheblichen Zunahme von Treibhausgasen in Verbindung. Diese Wärmeereignisse waren mit weitreichenden Dürreperioden in den Subtropen, aber einer Zunahme des Niederschlages vor allem in den Polarregionen verbunden. Außerdem kam es zu einer Sauerstoffverarmung im Ozean sowie zu deutlichen Veränderungen terrestrischer und mariner Biotope.

Entwicklungspfade im Anthropozän

Kipppunkt

Es herrscht in der Klimaforschung weitgehend Einigkeit darüber, dass es Kippelemente im Erdsystem gibt, durch die eine irreversible Trajektorie in Richtung eines für das Quartär ungewöhnlich warmen Klimas eingeschlagen wird, mit für die Menschheit bedrohlichen Folgen. Unterschiedliche Klimamodelle kommen jedoch zu unterschiedlichen Ergebnissen, bei welcher Temperatur genau diese Schwelle liegt. Eine vielbeachtete Metaanalyse von Steffen et al. kam 2018 zu dem Ergebnis, dass bereits das im Übereinkommen von Paris festgelegte 2-Grad-Ziel nicht ausreichen könnte, um das Klimasystem zu stabilisieren. Stattdessen droht durch irreversible Rückkopplungen ein Entwicklungspfad, der zu einem dem Miozänen Klimaoptimum entsprechenden Temperaturniveau führen könnte (vor 17 bis 15 Millionen Jahren; zum Vergleich: die ersten Funde aufrecht gehender Homini werden auf ein Alter von grob 5 Mio. Jahren datiert → Stammesgeschichte des Menschen). Steffen et al. bezeichneten diesen Pfad als „Treibhaus Erde“-Pfad.

Einflussfaktoren

Es gibt eine Reihe von Rückkopplungseffekten, die aus dem quartären Klima heraus führen können. Diese Effekte werden zum Teil auch als „Domino-Effekte“ bezeichnet. Durch einen Anstieg der globalen Temperaturen kommt es zu einem Auftauen der Permafrostböden in Sibirien, Nordamerika und Skandinavien. Dadurch wird (neben Kohlenstoffdioxid aus unverotteter Biomasse) auch das in den Böden als Hydrat gespeicherte Treibhausgas Methan freigesetzt. Durch diese Freisetzung wird der Treibhauseffekt wiederum beschleunigt, d. h., die Temperaturen steigen noch schneller an. Ebenso kann Methan aus Methanhydratvorkommen freigesetzt werden, die sich an den Hängen der Kontinentalschelfe in den Weltmeere befinden. Ferner kommt es durch ansteigende Temperaturen zu einer Eisschmelze an den Polen und dunklere Vegetationszonen weiten sich aus. Dadurch sinkt die Albedo, was zu einer Absorption von Wärme statt einer Rückstrahlung ins All führt, was wiederum zu einem noch schnelleren Temperaturanstieg des Wassers und so zu weiterer Freisetzung von Methan führt. Durch einen Temperaturanstieg sterben auch Teile des tropischen Regenwaldes ab. Dadurch wird wiederum Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Es kommt auch hier zu einer Beschleunigung des Temperaturanstiegs. Da auch Wasserdampf als Treibhausgas wirkt, stellt die mit der Temperatur ansteigende Verdunstung (von z. B. Meerwasser) einen weiteren beschleunigenden Baustein im gesamten Wechselwirkungsspektrum dar (Wasserdampf-Rückkopplung). Die physiologischen Kohlenstoffsenken an Land und in den Meeren werden schwächer, sie nehmen weniger CO₂ aus der Atmosphäre auf – was relativ höhere atmosphärischen CO₂-Konzentrationen und Temperaturen bewirkt.

Laut wissenschaftlichen Analysen besteht die Möglichkeit, dass sich die Erde trotz Klimaschutzmaßnahmen zur Stabilisierung der globalen Erwärmung aufgrund mehrerer Rückkopplungen deutlich über den angestrebten Grenzwert des Pariser Abkommens von 2 °C hinaus erwärmt.^:8254 Eine derartige Entwicklung hätte beträchtliche Folgen für Flora und Fauna aller Klimazonen. So könnten 4–20 Prozent der weltweiten Landflächen von der bis zum Jahr 2100 einsetzenden Umwandlung oder Verlagerung der bestehenden Klimazonen betroffen sein (Szenario B1), verbunden mit zunehmendem Artenschwund und großflächiger Entwaldung. Besonders gefährdet wären subtropische und tropische Gebiete und ebenso die arktischen Regionen, wenn der gegenwärtige Trend der polaren Verstärkung anhält. Markante Auswirkungen hätte die Klimaveränderung unter anderem auch für den Mittelmeerraum sowie für Teile von Chile und Kalifornien, bedingt durch zunehmende Trocken- und Dürrephasen in Verbindung mit regionalen Wüstenbildungen.

Gegenmaßnahmen

Kollektives menschliches Handeln ist erforderlich, um das Klimasystem der Erde von einer potenziellen Schwelle wegzusteuern und es in einem bewohnbaren interglazialen Zustand zu stabilisieren; ein solches Handeln beinhaltet die Verantwortung für alle Elemente des Erdsystems (Biosphäre, Klima, Gesellschaft) und könnte die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft, die Verbesserung von Kohlenstoffsenken der Biosphäre, Verhaltensänderungen, technologische Innovationen, neue regulatorische Maßnahmen und veränderte soziale Wertvorstellungen umfassen.

Begriffsgeschichte

Jean Baptiste Joseph Fourier beschrieb 1824 den Effekt, der später als Treibhauseffekt bekannt wurde, ohne jedoch den Begriff „Treibhaus“ zu verwenden. Um 1860 formulierten John Tyndall und Eunice Newton Foote wahrscheinlich unabhängig voneinander den Zusammenhang zwischen einem Anstieg atmosphärischer Treibhausgaskonzentrationen und zunehmenden Temperaturen auf der Erde. Svante Arrhenius vermutete um 1900, dass steigende Treibhausgaskonzentrationen durch die im Zuge der Industrialisierung stark zunehmende Verbrennung von Kohle und Öl den natürlichen Treibhauseffekt verstärken und im Zeitraum einiger Jahrhunderte das Klima merklich erwärmen würden (→ Forschungsgeschichte des Klimawandels). Arrhenius verwendete in seinem 1906 erschienenen Werk Världarnas utveckling in dem Zusammenhang den Begriff „drivbänk“ („Treibhaus“ in der deutschen Übersetzung von 1907, „hothouse“ in der englischen, 1908). Der US-amerikanische Physiker Robert Williams Wood benutzte 1909 wohl als erster den Begriff „greenhouse“. Beide bezeichneten so das geophysikalische Phänomen des Treibhauseffekts, nicht aber vergangene oder drohende künftige Klimazustände im Sinn einer Heißzeit oder eines Treibhausklimas.

Der Begriff „Hothouse earth“ wurde vereinzelt in den 1970er-Jahren verwendet. So bediente sich der Kernphysiker Howard A. Wilcox des Begriffes 1975 als Metapher für eine Erwärmung der Erde um etwa 0,5–1,5 °C innerhalb von etwa 80 Jahren, die seiner Meinung nach – durch Rückkopplungen verstärkt – reichen würden, um das Schmelzen der polaren Eiskappen auszulösen.

Der Journalist Fred Pearce betitelte sein 1990 erschienenes populärwissenschaftliches Buch über die globale Erwärmung infolge der menschlichen Verstärkung des Treibhauseffektes mit „Treibhaus Erde“, ohne den Begriff genauer einzugrenzen.

Der Begriff „Heißzeit“ wurde nach der Dürre und Hitze in Europa 2018 von der Gesellschaft für deutsche Sprache im Dezember 2018 während der UN-Klimakonferenz in Kattowitz zum Wort des Jahres gewählt.

Weblinks

Wiktionary: Heißzeit – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Video von The Telegraph auf YouTube

Literatur

• David L. Kidder, Thomas R. Worsley: A human-induced hothouse climate? In: GSA Today. Februar 2012, S. 4–11, doi:10.1130/G131A.1 (open access). 
• Will Steffen, Johan Rockström, Katherine Richardson, Timothy M. Lenton, Carl Folke, Diana Liverman, Colin P. Summerhayes, Anthony D. Barnosky, Sarah E. Cornell, Michel Crucifix, Jonathan F. Donges, Ingo Fetzer, Steven J. Lade, Marten Scheffer, Ricarda Winkelmann & Hans Joachim Schellnhuber (2018). Trajectories of the Earth System in the Anthropocene. Proceedings of the National Academy of Sciences; doi:10.1073/pnas.1810141115.
• Bill McGuire: Treibhaus Erde: Was uns in Zukunft erwartet. 1. Auflage 2023. conopolist Verlag, ISBN 978-3-9823641-7-9 (englisch: Hothouse Earth – An Inhabitant’s Guide. 2022.). 

Anmerkungen

1. Die relevante Studie betrachtet die zwei IPCC-Emissionsszenarien A2 und B1, die für den Zeitraum 1990–2110 kumulierte Emissionen durch das Verbrennen fossiler Energierohstoffe von 6501 Gt CO₂ bzw. 3626 Gt CO₂ ansetzen (vgl. IPCC: Special Report on Emissions Scenarios, 2000, S. 17). Da die BGR in ihrer Energiestudie 2019 fossile Energiereserven von 3402 Gt CO₂ ausweist, wurde gemäß dem Plädoyer von Hausfather & Peters 2020 "we suggest that climate-impact studies using models developed for AR6 should include scenarios that reflect more-plausible outcomes" das Ergebnis der B1-Berechnungen zitiert.

Einzelnachweise

1. Will Steffen, Johan Rockström, Katherine Richardson, Timothy M. Lenton, Carl Folke, Diana Liverman, Colin P. Summerhayes, Anthony D. Barnosky, Sarah E. Cornell, Michel Crucifix, Jonathan F. Donges, Ingo Fetzer, Steven J. Lade, Marten Scheffer, Ricarda Winkelmann, Hans Joachim Schellnhuber: Trajectories of the Earth System in the Anthropocene. In: PNAS. 115. Jahrgang, Nr. 33, August 2018, S. 8252–8259, doi:10.1073/pnas.1810141115 (englisch). 
2. Elizabeth Griffith, Michael Calhoun, Ellen Thomas, Kristen Averyt, Andrea Erhardt, Timothy Bralower, Mitch Lyle, Annette Olivarez‐Lyle, Adina Paytan: Export productivity and carbonate accumulation in the Pacific Basin at the transition from a greenhouse to icehouse climate (late Eocene to early Oligocene). In: Paleoceanography and Paleoclimatology. 25. Jahrgang, Nr. 3, September 2010, doi:10.1029/2010PA001932 (englisch). 
3. David L. Kidder, Thomas R. Worsley: A human-induced hothouse climate? In: GSA Today. Band 22, Nr. 2. The Geological Society of America, Februar 2012, ISSN 1052-5173, S. 4–11, doi:10.1130/G131A.1 (geosociety.org [PDF; 3,4 MB]). 
4. P. F. Hoffman, A. J. Kaufman, G. P. Halverson, D. P. Schrag: A Neoproterozoic Snowball Earth. In: Science. 281. Jahrgang, Nr. 5381, August 1998, S. 1342–1346, doi:10.1126/science.281.5381.1342 (englisch, harvard.edu [PDF]). 
5. David P. G. Bond, Stephen E. Grasby: On the causes of mass extinctions. In: Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 478. Jahrgang, Nr. 15, Juli 2017, S. 3–29, doi:10.1016/j.palaeo.2016.11.005 (englisch, core.ac.uk [PDF]). 
6. Isabel Montanez, G.S. Soreghan: Earth's Fickle Climate: Lessons Learned from Deep-Time Ice Ages. In: Geotimes. 51. Jahrgang, März 2006, S. 24–27. 
7. Gary Shaffer, Matthew Huber, Roberto Rondanelli, Jens Olaf Pepke Pedersen: Deep time evidence for climate sensitivity increase with warming. In: Geophysical Research Letters. 43. Jahrgang, Nr. 12, Juni 2016, S. 6538–6545, doi:10.1002/2016GL069243 (englisch, purdue.edu [PDF]). 
8. Alexander Gehler, Philip D. Gingerich, Andreas Pack: Temperature and atmospheric CO₂ concentration estimates through the PETM using triple oxygen isotope analysis of mammalian bioapatite. In: PNAS. 113. Jahrgang, Nr. 28, Juli 2016, S. 7739–7744, doi:10.1073/pnas.1518116113 (englisch). 
9. Francesca A. McInerney, Scott L. Wing: The Paleocene-Eocene Thermal Maximum: A Perturbation of Carbon Cycle, Climate, and Biosphere with Implications for the Future. In: Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 39. Jahrgang, Mai 2011, S. 489–516, doi:10.1146/annurev-earth-040610-133431 (englisch, annualreviews.org [PDF]). 
10. Holocene variability and Anthropocene rates of change. (pdf, 312 kB) In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 20. Juli 2018, abgerufen am 16. Dezember 2018 (englisch). 
11. Maiken Nielsen: Klimastudie: Zusteuern auf eine „Heißzeit“. In: tagesschau.de. 7. August 2018, abgerufen am 16. Dezember 2018. 
12. John W. Williams, Stephen T. Jackson, John E. Kutzbach: Projected distributions of novel and disappearing climates by 2100 AD. In: PNAS. Band 104, Nr. 14. National Academy of Sciences, 3. April 2007, ISSN 1091-6490, S. 5738–5742, doi:10.1073/pnas.0606292104 (englisch, pnas.org [PDF; 1,3 MB; abgerufen am 19. September 2021]): “The percentages of global land area with novel climates are 12–39% (A2) and 4–20% (B1).” 
13. Steven J. Phillips, Michael M. Loranty, Pieter S. A. Beck, Theodoros Damoulas, Sarah J. Knight, Scott J. Goetz: Shifts in Arctic vegetation and associated feedbacks under climate change. In: Nature Climate Change. 3. Jahrgang, Nr. 7, März 2013, S. 673–677, doi:10.1038/nclimate1858 (englisch, psu.edu [PDF]). 
14. Giuseppe Zappa, Paulo Ceppi, Theodore G. Shepherd: Time-evolving sea-surface warming patterns modulate the climate change response of subtropical precipitation over land. In: PNAS. 117. Jahrgang, Nr. 9, Februar 2020, S. 4539–4545, doi:10.1073/pnas.1911015117 (englisch, pnas.org [PDF]). 
15. James R. Fleming: Historical Perspectives on Climate Change. Oxford University Press, 1998, ISBN 0-19-518973-6, S. 17, 61, 78–80. 
16. Eunice Foote: Circumstances Affecting the Heat in the Sun's Rays. In: The American Journal of the Science and Arts. Band 22, November 1856, XXXI, S. 382–383.  eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche. Siehe auch: Spence Wheart: The Carbon Dioxide Greenhouse Effect. In: The Discovery of Global Warming. Februar 2018, abgerufen am 22. Mai 2018. 
17. Svante Arrhenius: Världarnas utveckling. 1906, abgerufen am 17. August 2020: „Deras [Fouriers, Pouillets, Tyndalls] teori kallas för drifbänksteorien, emedan de antogo, att atmosfären inverkar på samma sätt som glaset i en drifbänk.“  Deutsche Übersetzung: Das Werden der Welten. Abgerufen am 17. August 2020.  Englisch: Worlds in the Making. Abgerufen am 17. August 2020.  Das schwedische Wort „drivbänk“ bezeichnet eigentlich den Treibhauskasten eines Frühbeets, siehe auch Drivbänk
18. Henning Rodhe, Robert Charlson, Elisabeth Crawford: Svante Arrhenius and the Greenhouse Effect. In: Ambio. Band 26, Nr. 1, Februar 1997. 
19. Howard A. Wilcox: Hothouse Earth. Hrsg.: U.S. Dept. of Defense, Navy’s Ocean Farm Project. 1975 (Wilcox glaubte, eine Erwärmung um ca. 0,5–1,5 °C würde aus der Abwärme eines exponentiellen Wachstums der Energienutzung resultieren. Seine Theorie galt schon damals als fragwürdig und erfuhr in der Klimawissenschaft kaum Rezeption (lt. Google Scholar wurde sein Buch seit seinem Erscheinen bis Juni 2020 15-mal zitiert)). 
20. Für zeitgenössische Kritik an Wilcox’ These siehe: Bayard Webster: Scientist Warns of Great Floods if Earth's Heat Rises. 22. Dezember 1975, abgerufen am 13. Juni 2020.  Oder Hothouse Earth. In: Kirkus Book Reviews. 1. Oktober 1975, abgerufen am 13. Juni 2020. 
21. Fred Pearce: Treibhaus Erde. Die Gefahren der weltweiten Klimaveränderungen. Georg Westermann Verlag GmbH, 1990. ISBN 3-07-509238-X.
22. Wort des Jahres 2018: Heißzeit. In: Inforadio. 14. Dezember 2018, abgerufen am 16. Dezember 2018.