Um die Klimaerwärmung mit deren Risiken und Folgen einzudämmen, sollte die Erwärmung gegenüber der vorindustriellen Zeit (vor 1900) zwei Grad Celsius nicht überschreiten. Obwohl es gemäss den Berichten des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) nicht eine bestimmte Temperaturschwelle für gefährliche Klimaänderungen gibt und die negativen Auswirkungen eher graduell zunehmen, haben sich über hundert Länder für dieses «2°C-Ziel» ausgesprochen. Nun haben Wissenschaftler mit einem neuen Wahrscheinlichkeitsmodell berechnet, wie viel CO₂ unsere Atmosphäre unter diesen Zielvorgaben verträgt. Diese¹ und eine weitere Studie², die heute in «Nature» erschienen sind, kamen zu ähnlichen Ergebnissen: Ab dem Jahr 2000 dürfen bis 2050 maximal 1000 Milliarden Tonnen CO₂ in die Atmosphäre gelangen. Heute ist, salopp gesagt, bereits rund ein Drittel des Pulvers verschossen.

Wie eine Badewanne

«Das Verhalten von CO₂ in der Atmosphäre lässt sich am besten mit einer gefüllten Badewanne beschreiben», sagt Reto Knutti, Professor am Institut für Atmosphäre und Klima der ETH Zürich und Mitautor einer der beiden Studien. Der Zufluss der Badewanne ist gross, der Abfluss aber klein, will heissen: die CO₂-Emissionen nehmen jedes Jahr zu, aber das CO₂ wird nur sehr langsam wieder aus der Atmosphäre entfernt. Um die Badewanne nicht überlaufen zu lassen, muss deshalb rechtzeitig der Zufluss gestoppt werden. «Es ist ein Irrtum zu glauben, dass bei konstanter Emission die Temperatur konstant bleibt.», so Knutti.

Neu an der Studie ist, dass in einem probabilistischen Modell nicht nur eine einzelne Simulation, sondern tausende Kombinationen von Szenarien und Annahmen simuliert wurden. Dabei, so Knutti, seien alle bekannten Unsicherheiten berücksichtigt worden. Wie zum Beispiel die physikalischen Unsicherheiten bei Rückkopplungseffekten durch Wolken, Unsicherheiten im Kohlenstoffkreislauf - beispielsweise wie viel CO₂ von den Ozeanen aufgenommen wird -, aber auch Unsicherheiten in den Szenarien. Diese Szenarien beschreiben etwa den Zeitpunkt, wann die maximal «erlaubte» Emission erreicht wird. Zudem flossen in die Modelle die Gesamtauswirkungen aller Treibhausgase wie CO₂, Methan und Lachgas, aber auch Ozon und die Aerosolbelastung ein.

Alles in einem Schritt

Bis anhin wurden solche Studien in zwei Schritten durchgeführt, erklärt Knutti: «Zuerst hat man die Temperaturschwelle von 2°C in ein CO₂-Ziel umgerechnet und danach berechnete man mit dem Kohlenstoffmodell wie hoch die Emissionen sein dürfen.» Die neue Studie macht das nun in einem Schritt. Für die Modellierung haben die Wissenschaftler hierfür bestehende Modelle umgebaut und angepasst. Die Berechnungen kalibrierten sie an den Beobachtungsdaten der vergangenen hundertfünfzig Jahre.

Kontingent schnell erschöpft

Die Modellierungen zeigten, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von 75 Prozent die Klimaerwärmung zwei Grad nicht übersteigt, wenn vom Jahr 2000 an gerechnet bis 2050 maximal 1000 Milliarden Tonnen CO₂ in die Atmosphäre gelangen. Die Zahl scheint hoch, doch zwischen 2000 bis 2006 wurden bereits 234 Milliarden Tonnen in die Atmosphäre geschleudert. Bleibt der Ausstoss auf diesem hohen Niveau oder steigt er gar an, dann wäre das Kontingent bereits vor 2030 erschöpft. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zeit drängt. Knutti ist zwar erfreut darüber, dass in der Schweiz die Treibhausgasemissionen im Jahr 2007 um 2,7 Prozent tiefer lagen als 1990, aber die Werte sind nach wie vor zu hoch: Die Reduktion bis 2050 müsste global mindestens 50 Prozent betragen; das langfristige Ziel läge weltweit bei unter einer Tonne pro Kopf und Jahr. Derzeit werden jährlich in Westeuropa etwa 6 Tonnen, in Nordamerika 19 Tonnen und in China 3 Tonnen CO₂ pro Kopf emittiert - ohne Berücksichtigung der grauen Energie.

Die kommenden vierzig Jahre, bis 2050, in denen laut der Studie der CO₂-Ausstoss halbiert werden sollte, sehen die Forscher als guten Indikator dafür, wie sich die Klimaerwärmung entwickeln wird. «Wenn wir 2050 feststellen, dass unsere Massnahmen erfolgreich sind und greifen, und wenn wir sie weiterführen, können wir davon ausgehen, dass wir auf dem richtigen Weg sind», sagt Knutti.

Die Studie zeigt zudem, dass, wenn alle konservativ geschätzten verfügbaren fossilen Brennstoffe verbrannt werden würden, zwei bis drei Mal mehr CO₂ ausgestossen würde, als das 2°C Ziel erlaubt. Dabei sind nur die Brennstoffe berücksichtigt, die bereits bekannt sind und mit ökonomisch sinnvollem Aufwand gewonnen werden können. Die fossilen Brennstoffe gehen nicht aus, bevor der von den Wissenschaftlern ermittelte Maximalausstoss an CO₂ erreicht wird. Werden sie weiter genutzt, dann muss dies folglich in Kombination mit effektiven Verfahren geschehen, die das CO₂ abscheiden und der Atmosphäre entziehen. Ob solche Technologien im grossen Umfang und zu vernünftigen Preisen einsetzbar sind, ist jedoch fraglich.

«Jede Tonne CO2 ist eine Tonne»

Zusammen mit der erwähnten Studie erschien in Nature eine zweite Publikation zu einem ähnlichen Thema, die jedoch den langen Zeitraum von einem halben Jahrtausend, bis ins Jahr 2500, berücksichtigt. Auch diese Studie kommt zum Schluss, dass die totale Menge des CO₂-Ausstosses entscheidend dafür ist, wie stark sich die Erde erwärmt. Die politische Interpretation fassen die Autoren in einem Kommentar in Nature Reports Climate Change zusammen ³. Das Fazit, so Knutti: «Jede Tonne CO₂ ist eine Tonne, ob heute oder in fünfzig Jahren. Dies geht im Gewirr von Emissionszielen, Zertifikaten und Verhandlungen oft unter. Die totale Menge ist entscheidend und muss begrenzt werden, aber kurzfristige Ziele sind notwendig, um zu sehen, ob wir auf dem richtigen Weg sind.»

Knutti hat zudem erst kürzlich mit einem komplexen Klimamodell und in Zusammenarbeit mit anderen Wissenschaftlern gezeigt, dass bei einer CO₂-Reduktion von 70 Prozent bis Ende dieses Jahrhunderts das Abschmelzen des arktischen Meereises auf ein Viertel beschränkt werden kann⁴. Dies, so folgern die Forscher, könnte beispielsweise die Fauna – etwa die Eisbären - schützen helfen und verhindern, dass die Permafrostflächen um 70 Prozent abnehmen. Stattdessen müsste «nur» mit 45 Prozent aufgetautem Permafrost gerechnet werden. Die gefrorenen Permafrostböden sind natürliche Treibhausgasspeicher. Sie binden grosse Mengen CO₂ und Methan, die in die Atmosphäre gelangen können, wenn der Boden auftaut.

Die Serie der Studien zeigen, dass die totale Menge des CO₂-Ausstosses begrenzt ist, will man dem Klimawandel entgegentreten. «Mit jedem Jahr Verzögerung verbrauchen wir unser Kontingent, verlieren wir Handlungsspielraum und erhöhen die Wahrscheinlichkeit gefährlicher Folgeschäden», sagt Knutti.

Literaturhinweise:

¹Meinshausen et al.: Greenhouse gas emission targets for limiting global warming to 2°C. Nature 2009, 458, 1158-1163, doi:10.1038/nature08017
² Allen et al.: Warming caused by cumulative carbon emission: the trillionth tone. Nature 2009, 458, 1163-1166 doi:10.1038/nature08019
³ Allen et al.: The exit strategy: Emission targets must be placed in the context of a cumulative carbon budget if we are to avoid dangerous climate change. Nature Reports Climate Change, doi:10.1038/climate.2009.38 (2009).
⁴ Washington et al.: How much climate change can be avoided by mitigation? Geophysical Research Letters 2009, 36, L08703, doi:10.1029/2008GL037074