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07.07.2020

Emissionsreduktionen wirken verspätet auf globale Erwärmung

Anlass

Auch wenn der Ausstoß von verschiedenen Treibhausgasen ab sofort stark limitiert würde, wären die Auswirkungen auf die globale Erwärmung wahrscheinlich in den meisten Fällen erst nach Jahrzehnten messbar. Das schreibt ein Forscherteam aus Norwegen im Journal „Nature Communications“ (siehe Primärquelle). Die Forscherinnen und Forscher hatten mit einem vereinfachten Klimamodell berechnet, wann sich eine Reduktion einzelner Treibhausgase auf die Temperaturentwicklung der Erde auswirken würde. Sie stellten zum Beispiel fest, dass eine konsequente CO2-Reduktion etwa Mitte der vierziger Jahre nachweisbar würde. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ziehen aus ihrer Arbeit den Schluss, dass diese „verzögerten Wirkungen“ explizit öffentlich kommuniziert werden müssen, um zu verhindern, dass Klimamaßnahmen als wirkungslos wahrgenommen werden, weil ihre Effekte kurzfristig nicht messbar sind – was die Akzeptanz der Maßnahmen stark einschränken könnte.
Dabei haben sie auch berechnet, wie sich die Reduktion einzelner Treibhausgase auf die Klimaerwärmung auswirkt. Es zeigte sich, dass zum Beispiel ein Senken von Industrie-Ruß zwar einen schnellen, aber kleinen Effekt auf das Klima haben würde, das Senken des Kohlendioxid-Ausstoßes bei weitem am längsten dauern, aber auch am meisten bewirken könnte.
Sie betonen dabei auch mögliche Limitationen der Studie, wie die Tatsache, dass sie sich in vielen Rechnungen auf vereinfachte Modelle verlassen müssen, die ungenau seien können und möglicherweise einige Faktoren außer Acht lassen.

Übersicht

     

  • Prof. Dr. Holger Kantz, Arbeitsgruppenleiter Nonlinear Dynamics and Time Series Analysis, Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, Dresden
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  • Prof. Dr. Michael Brüggemann, Professor für Kommunikationswissenschaft, Klima- und Wissenschaftskommunikation, Universität Hamburg
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  • Dr. Stefan Hagemann, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Regionale Atmosphärenmodellierung, Bereich Systemanalyse und Modellierung, Institut für Küstenforschung, Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material und Küstenforschung (HZG), Geesthacht
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  • Dr. Helge Goessling, Wissenschaftler und Leiter der Gruppe „Nahtlose Meereisvorhersage“, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven
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Statements

Prof. Dr. Holger Kantz

Arbeitsgruppenleiter Nonlinear Dynamics and Time Series Analysis, Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, Dresden

„Die Studie ist eine Nachfolgestudie zu den im Text zitierten Arbeiten [1], [2] und kommt zu Ergebnissen, die mit denen der Vorläuferstudien konsistent sind: Erfolge bei der Bekämpfung der Ursachen des anthropogenen Klimawandels werden sich erst mit beträchtlicher Zeitverzögerung auf die globale Mitteltemperatur auswirken. Die wesentlichen Unterschiede bestehen darin, dass hier die Reduktion einzelner Klimatreiber (zum Beispiel nur CO2-Reduktion, siehe Tabelle 2) isoliert untersucht wird, dass die statistische Quantifizierung von Abweichungen in der globalen Mitteltemperatur anders erfolgt und dass zur Simulation andere Klimamodelle verwendet werden. Die Unsicherheiten der Methodik sind gut beschrieben, die systematischen und die statistischen Limitierungen werden korrekt diskutiert und das Ergebnis der Studie als Ganzes ist plausibel und in Übereinstimmung mit den beiden Vorgängerstudien.“

„Die Grundlage dieser Untersuchungen sind Simulationen des Erdsystems, also der atmosphärischen Dynamik, des Strahlungshaushalts, der Ozeane und der Rückkopplungen auf die Eismassen und die Vegetation. Die Autoren verwenden das Modell MAGICC, welches an vielen Stellen vereinfachte Modellierungen einsetzt, um Rechenzeit zu sparen. Die hier vorgestellten Ensemble-Simulationen erfordern tausende von Simulation von jeweils 90 Jahren. Details zum Modell finden sich auf der Webseite [3]. Solche vereinfachten Modelle sind sehr wichtige Werkzeuge und werden sorgfältig mit detaillierteren Modellen verglichen, können aber eventuell systematische Fehler haben. Wesentlich ist hier aber, dass mit diesem einen Modell verschiedene Szenarien verglichen werden, und es besteht weitgehende Übereinstimmung, dass die Unterschiede beziehungsweise Abweichungen (Anomalien) zwischen verschiedenen Szenarien deutlich robuster sind gegenüber Modellierungsungenauigkeiten als die absoluten Aussagen. Das heißt, die vom Modell ausgegebene globale Erdmitteltemperatur liegt eventuell neben der von anderen Modellen, aber die Veränderung gegenüber einem Referenzwert beispielsweise im Jahr 2020 sollte ähnlich wie die Veränderung in anderen (komplizierteren und deshalb realistischeren) Modellen ausfallen. Wenn, dann liegt aber in der Verwendung dieses stark vereinfachten Modells der mögliche Schwachpunkt der Studie.“

„Wie bereits gesagt, ist die Kernaussage der Studie nicht neu. Neu ist hier die detaillierte Aufschlüsselung nach verschiedenen klimarelevanten Substanzen. Der potenzielle Nutzen neben der Vermeidung von Enttäuschung oder Verunglimpfung solcher Maßnahmen ist auch, dass man nun entscheiden kann, mit welchen Maßnahmen man die schnellsten Erfolge erzielt und diese eventuell politisch forcieren kann.“

„Ergänzender Hinweis: Abbildung 2 zeigt die Veränderung der globalen Erdmitteltemperatur als Funktion der Zeit für ein Standard-Emissionsszenario und (in Blau) für ein völliges Abschalten des Ruß-Ausstoßes (black carbon). Da Ruß sehr schnell aus der Atmosphäre ausgewaschen wird, ergibt sich zunächst eine Reduktion der Erdmitteltemperatur, doch wenn aller Ruß weg ist, steigt die Temperatur wieder an, aufgrund der Zunahme der anderen Klimatreiber in der Atmosphäre. Man sieht also sehr schön, dass Einzelmaßnahmen unzureichend sind und man zum Stoppen des Klimawandels wirklich alle relevanten Schadstoffe im Blick haben muss.“

Prof. Dr. Michael Brüggemann

Professor für Kommunikationswissenschaft, Klima- und Wissenschaftskommunikation, Universität Hamburg

„Die Tatsache, dass sich der Klimawandel über Jahrzehnte und Jahrhunderte entwickelt, aber die Aufmerksamkeitsspanne medialer Öffentlichkeiten zum Teil nicht über ein paar Tage hinausreicht, ist der Kern des Kommunikationsproblems Klimawandel. Daher wurde der Klimawandel als Problem lange vom Journalismus vernachlässigt und droht immer wieder von der Tagesaktualität verdrängt zu werden. Die Studie weist nun auf das Problem hin, dass auch die Effekte unserer Klimaschutzmaßnahmen 20, 30 oder mehr Jahre entfernt liegen. Wir müssen also heute handeln, damit es der Menschheit viel später einmal besser geht. Das erfordert viel Verantwortungsgefühl.“

„Daher sollten auch kurzfristige positive Nebeneffekte von Klimaschutz mitkommuniziert werden. Zum Beispiel verbessert eine Verkehrswende heute die Lebensqualität in Großstädten sofort. Die Luft wird besser, der Verkehrslärm geringer. Die Autos verstopfen und verparken unseren Lebensraum nicht mehr so stark – und in vielen Jahrzehnten wird auch die globale Erhitzung gemindert. Die schnellen positiven Nebeneffekte von Klimaschutz sollten also auch erforscht und diskutiert werden.“

„Es sollte daher in der Diskussion nicht nur darum gehen, ob Emissionseinsparungen in 20 oder erst in 50 Jahren zu einem milderen Temperaturanstieg führen, sondern ob sie nicht auch schon viel früher sozial erwünschte Nebeneffekte bringen können.“

Dr. Stefan Hagemann

Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Regionale Atmosphärenmodellierung, Bereich Systemanalyse und Modellierung, Institut für Küstenforschung, Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material und Küstenforschung (HZG), Geesthacht

„In der Klimaforschung ist es seit langem bekannt, dass, wenn wir heute etwas tun, um Treibhausgas-Emissionen zu reduzieren, wir einen Effekt auf das Klima erst in ungefähr 30 oder mehr Jahren sehen werden. Das hat mit der Trägheit und Variabilität des Klimasystems zu tun. Seit einiger Zeit wird dies auch mit nachvollziehbaren Studien herausgestellt (siehe zum Beispiel auch die zitierte Studie von Tebaldi et al. [4]), zu denen auch diese aktuelle Studie zählt. Hierbei ist sehr wichtig, dieses verzögerte Sehen von klimarelevanten Effekten in die Öffentlichkeit und zu Entscheidungsträgern zu kommunizieren. Daher hat diese Studie eine hohe Relevanz.“

„Die Idee, die Antwortzeiten der möglichen Effekte von separaten Emissions-Reduzierungen verschiedener Treibhausgase und Aerosole zu untersuchen, ist innovativ und interessant.“

„Als Methode nutzen die Autoren ein sogenanntes Erdsystemmodell (ESM) mit reduzierter Komplexität, mit dem man relativ schnell viele Simulationen durchführen kann. Dieses kombinieren sie mit Ergebnissen eines Ensembles von Rechnungen, die mit einem vollwertigen ESM durchgeführt wurden, um die interne Variabilität des Klimasystems adäquat darstellen zu können. Die Nutzung dieses Ansatzes mit einem ‚vereinfachtem Klimamodell‘ (dieser Begriff ist für Nichtwissenschaftler vermutlich verständlicher) hat einerseits den Vorteil, dass man damit relativ schnell viele Simulationen durchführen kann, um eine robuste statistische Grundlage zu bekommen. Andererseits muss man durch diese Vereinfachung diverse Unsicherheiten und Limitierungen in Kauf nehmen, die in der Studie aber sehr gut herausgestellt werden.“ 

„Ein weiteres interessantes Ergebnis der Studie ist die Gegenüberstellung von Aufwand und Auswirkungen der Emission-Reduzierungen (mitigation effort and mitigation impact on climate/temperature). Hier zeigt die Reduzierung des CO2-Ausstoßes das größte Potential zur Temperaturreduzierung, aber macht auch den größten Aufwand notwendig. Die Reduzierung von Kohlenstoffaerosolen zeigt dagegen den schnellsten Effekt, hat aber auf lange Sicht nur geringe Auswirkung. Als guter Mittelweg für das Verhältnis von Aufwand zu Auswirkungen wird die Reduzierung von Methanemissionen herausgestellt.“

„Methan ist ein ungefähr 25-mal wirksameres Treibhausgas als CO2. Daher macht eine Reduzierung von Methan-Emissionen Sinn. Aber ob diese priorisiert betrachtet werden soll, hängt auch davon ab, welcher technische Aufwand dazu nötig ist. Diesen Aufwand kann ich nicht beurteilen. Und diesen Aufwand kann auch die Studie nicht berücksichtigen, da diese für den Aufwand rein die Menge des zu reduzierenden Gases/Aerosols betrachtet (und die technischen Umsatzmöglichkeiten der betreffenden Reduzierungen).“

Dr. Helge Goessling

Wissenschaftler und Leiter der Gruppe „Nahtlose Meereisvorhersage“, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven

„Samset et al. nutzen das Konzept der ‚Zeit der Emergenz‘, um zu untersuchen, zu welchem Zeitpunkt Emissionsreduktionen ab dem Jahr 2020 gegenüber einem Standard-Emissionsszenario zu statistisch nachweisbaren Änderungen bezüglich der global gemittelten Oberflächentemperatur führen würden. Die Arbeit bekräftigt zunächst, dass selbst ambitionierte Emissionsreduktionen (angenommener Rückgang der Emissionen um fünf Prozent pro Jahr) erst gegen Mitte des Jahrhunderts zu einem statistisch unterscheidbaren Verlauf der Erdoberflächentemperatur führen würden; im Falle von Kohlendioxid wäre der Unterschied ab ungefähr 2044 deutlich. Grund für die verzögerte Nachweisbarkeit sind natürliche Klimaschwankungen, die von langfristigen Trends zunächst schwierig zu unterscheiden sind. Ein prominentes Beispiel hierfür ist die sogenannte Erwärmungspause zu Beginn dieses Jahrhunderts, die (mittlerweile zerstreute) Spekulationen über ein Ende der globalen Erwärmung befeuerte.“

„Die wesentliche Neuerung im Forschungsansatz gegenüber vorherigen Studien ist, dass nicht nur Kohlendioxid oder alle Emissionsarten gemeinsam, sondern die verschiedenen klimawirksamen Emissionsarten auch einzeln betrachtet werden. So zeigt sich, dass entsprechende Emissionsreduktionen von Industrieruß und Methan (angenommener Rückgang der Emissionen um fünf Prozent pro Jahr) im Vergleich zu Kohlendioxid nicht wesentlich später zu nachweisbaren Änderungen führen würden, nämlich ab ungefähr 2048 (Industrieruß) und 2055 (Methan), obwohl das langfristige Potenzial dieser Emissionsarten zur Minderungen der globalen Temperatur (bezogen auf das Jahr 2100) nur etwa zehn Prozent (Industrieruß) und 20 Prozent (Methan) im Vergleich zu Kohlendioxid beträgt. Die vergleichsweise schnelle Wirksamkeit der Emissionsreduktionen bei Industrieruß und Methan ist darauf zurückzuführen, dass diese in der Atmosphäre deutlich kurzlebiger sind als Kohlendioxid und daher Emissionsänderungen schneller zu deutlichen Konzentrationsänderungen führen. Im Umkehrschluss bedeutet dies jedoch auch, dass ein relativ kleiner aber schnell eintretender Effekt langfristig nicht mehr deutlich stärker wird.“

„Die Studie ist methodisch sauber und die Autoren benennen die wesentlichen quantitativen Unsicherheiten. Nur in einem Detail halte ich die Methodik für etwas ungenau: Der statistische Test wird scheinbar angewandt, ohne dass der parallel verlaufende Anteil der Erwärmung in den jeweils zwei Szenarien bereinigt wird. Eine solche Bereinigung (zum Beispiel durch Anwendung eines paarweisen Tests) würde zu etwas früherer Nachweisbarkeit führen (Größenordnung drei Jahre). Dieser Unterschied ist jedoch nicht größer als andere Unsicherheiten und ich teile insgesamt die Einschätzung der Autoren, dass die wesentlichen Aussagen und Schlussfolgerungen gegenüber den etwaigen Unsicherheiten robust sind.“

„Die Ergebnisse der Studie stellen qualitativ keine große Überraschung dar, liefern aber neue und detailliertere Zahlen dafür, wann wir mit einem nachweisbaren Effekt von Emissionsreduktionen auf den globalen Temperaturverlauf rechnen können. Die wichtigste (und nicht ganz neue) Botschaft sollte meines Erachtens sein, dass die Temperatur-Auswirkungen von Emissionsreduktionen rein statistisch nur über lange Zeiträume klar zu erkennen sein werden, da resultierende Änderungen von natürlichen Schwankungen überlagert werden.“

„Mögliche weitere Botschaften bezüglich der unterschiedlichen Geschwindigkeit, mit der die Reduktion verschiedener Emissionsarten nachweislich Wirkung zeigen, sind jedoch mit Vorsicht zu genießen. Das liegt erstens daran, dass die kurzlebigeren Emissionsarten (Methan und Industrieruß) langfristig deutlich weniger im Vergleich zu Kohlendioxid zur Erderwärmung beitragen; eine Priorisierung aufgrund der schnelleren Nachweisbarkeit der Wirkung könnte daher langfristig kontraproduktiv sein.“

„Zweitens halte ich die Argumentationsweise, ein schnell nachweisbarer Effekt von Emissionsreduktionen würde die gesellschaftliche Akzeptanz weiterer Reduktionen steigern, für fragwürdig. Meinem Gefühl nach dürfte eher das Gegenteil der Fall sein und die Akzeptanz weiterer Emissionsreduktionen desto höher ausfallen, je stärker die Erwärmung voranschreitet. Insofern täten wir gut daran, alle Emissionen gemäß ihres langfristigen Potenzials zur Minderung der globalen Erwärmung im Blick zu behalten.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. Dr. Holger Kantz: „Ich habe keinerlei Interessenkonflikte, da ich weder an verwandten Fragestellungen arbeite noch die Autoren kenne.“

Dr. Helge Goessling: „Es liegen keine Interessenkonflikte vor.“

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Primärquelle

Samset BH et al. (2020): Delayed emergence of a global temperature response after emission mitigation. Nature Communications 11: 3261. DOI: 10.1038/s41467-020-17001-1.

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Tebaldi C. et al. (2013) Delayed detection of climate mitigation benefits due to climate inertia and variability. PNAS. 110 (43): 17229-17234. DOI: 10.1073/pnas.1300005110.

[2] Marotzke J (2018): Quantifying the irreducible uncertainty in near‐term climate projections. WIREs Climate Change Volume10, Issue1. DOI: 10.1002/wcc.563.

[3] Webseite – MAGICC: The climate system in a nutshell.