Bedrohung durch Klimawandel und Naturgefahren

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3 edrohung durch Klimawandel und Naturgefahren Der Klimawandel wird die Küstenlebensräume gleich doppelt unter Druck setzen, nämlich durch die Erwärmung und Versauerung des Wassers. Die größte direkte
3 edrohung durch Klimawandel und Naturgefahren Der Klimawandel wird die Küstenlebensräume gleich doppelt unter Druck setzen, nämlich durch die Erwärmung und Versauerung des Wassers. Die größte direkte edrohung für den Menschen aber ist der Meeresspiegelanstieg viele Regionen dürften künftig häufiger überflutet werden. Weil die Küsten immer dichter besiedelt werden, könnten Naturgefahren in Zukunft zu Katastrophen führen. Es sein denn, moderne Warnsysteme begrenzen die Schäden. 100 Kapitel 03 edrohung durch Klimawandel und Naturgefahren 101 Der Klimawandel und die Küsten Der durch den Menschen verursachte Ausstoß des Treibhausgases Kohlendioxid und die damit verbundene Klimaerwärmung bewirken, dass der Meeresspiegel langsam steigt. Küstengebiete sind davon besonders betroffen. Auch die Versauerung und die Erwärmung des Meerwassers werden weitreichende Konsequenzen für die dortigen Lebensgemeinschaften haben. Ungehemmter Kohlendioxidausstoß Die Trägheit des Klimas Küsten werden nicht nur durch aumaßnahmen oder Verschmutzungen vor Ort beeinträchtigt. Hinzu kommen viele Auswirkungen des anthropogenen Treibhauseffekts Aufgrund der Trägheit unseres Klimasystems werden die durch den Klimawandel verursachten globalen edrohungen der Meeresspiegelanstieg, die Versauerung und fen sollte, die Kohlendioxidemissionen gänzlich zu stop- nur allmählich sichtbar. Selbst wenn man es heute schaf- die Erwärmung der Ozeane, die ursächlich in erster pen, würde sich die oberflächennahe Lufttemperatur noch Linie mit der bis heute ungehemmten Verbrennung der über mindestens hundert Jahre erhöhen. Der Meeresspiegel würde sogar noch über mehrere Jahrhunderte weiter fossilen Rohstoffe Erdgas, Erdöl und Kohle verbunden sind. Große Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid ansteigen. Woran liegt das? Zum einen dehnt sich das (CO 2 ) werden dadurch zusätzlich freigesetzt, sodass nach Meerwasser durch die langsame Erwärmung der Tiefsee dem eginn der industriellen Revolution die CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre um 1800 von zunächst talen Eisschilde in Grönland und in der Antarktis wahr- erst allmählich aus. Zum anderen reagieren die kontinen- 280 parts per million (ppm) auf heute gut 400 ppm scheinlich sehr langsam auf die Erwärmung der Atmosphäre. Dadurch wird sich das Abschmelzen der Gletscher gestiegen ist. Diese Zunahme hat zu einer schleichenden Veränderung des Klimas geführt. über einen sehr langen Zeitraum von vielen Jahrtausenden hinziehen. Durch die zunehmende Meereserwärmung werden Anthropogener Treibhauseffekt sich die Lebensbedingungen künftig für viele Meeresorganismen ändern, was zu einer neuen Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften und Nahrungsnetze führen dürfte. Verstärkt wird dieser Effekt noch durch die Der Treibhauseffekt ist zunächst ein natürliches Phänomen, das die Erde vor Auskühlung schützt. Wasserdampf, Kohlendioxid (CO 2 ) und andere klimarelevante Spurengase in der Atmosphäre wie etwa Methan (CH 4 ) Ozeanversauerung, die zu chemischen Veränderungen im lassen die kurzwellige Strahlung, die von der Sonne auf die Erde trifft, Meerwasser führt. Zu dieser Versauerung kommt es, weil zunächst passieren. Diese wird an der Erdoberfläche in Wärme umgewandelt und zu einem großen Teil als langwellige Strahlung zurückgeworfen. Meerwasser löst. Dabei bildet sich, vereinfacht ausge- sich immer mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre im Wie die Glasscheibe eines Treibhauses aber verhindern die Gase, dass die drückt, Säure. langwellige Wärmestrahlung in den Weltraum entweicht. Die Erde heizt In den vergangenen Jahren ist die Zahl der Forschungsprojekte, die sich mit den Folgen des Klimasich auf. Der Mensch verstärkt heute durch den Ausstoß zusätzlicher Treibhausgase in großen Mengen diesen natürlichen Effekt. Den größten wandels für das Meer befassen, sprunghaft angestiegen. Anteil hat CO 2, das durch die Verbrennung von Erdgas, Erdöl und Kohle frei wird. Methan wiederum entsteht unter anderem durch die intensive Viele dieser Arbeiten beschäftigen sich vor allem mit den Zucht von Rindern, die das Gas bei der Verdauung ausstoßen. Auch durch Folgen für die Küsten und die Küstengewässer. Und befassen sich dabei auch mit der Frage, ob und inwieweit sich die Trockenlegung von Feuchtgebieten und die sich daran anschließenden Faulprozesse wird Methan frei. die Meereserwärmung und die Meeresversauerung auf die Küstengewässer ähnlich oder anders auswirken als auf das offene Meer. DIE MEERESERWÄRMUNG Wärmeres Wasser, stärkere Schichtung Während man heute bereits recht genau abschätzen kann, welche Küstengebiete betroffen sein werden, wenn der Meeresspiegel um ein bestimmtes Maß steigen sollte, sind die Folgen der Meereserwärmung sehr viel schwerer abzuschätzen. Als sicher gilt, dass sich dadurch die Schichtung von Wassermassen künftig verstärken wird. Sauerstoffreiche Schichten an der Wasseroberfläche werden sich schlechter mit kalten, tieferen Wasserschichten mischen, was zu einem Sauerstoffmangel in der Tiefe führen kann. Dieser Fall ist bereits in verschiedenen Meeresgebieten der Welt eingetreten. Die Schichtung von Wassermassen ist zunächst ein natürlicher Vorgang: In den Sommermonaten erwärmt sich das Wasser an der Meeresoberfläche, und es bildet sich eine oberflächennahe Wasserschicht, die wie ein Deckel auf dem schweren, kälteren Wasser in der Tiefe sitzt. Der Übergang von der warmen Oberflächenschicht zum kalten Wasser darunter ist relativ abrupt, weshalb die Trennlinie zwischen warm und kalt auch als Temperatursprungschicht (Thermokline) bezeichnet wird. Je nach Meeresgebiet ist eine solche Sprungschicht einige Dezimeter bis viele Meter mächtig. Wobei die Sprungschichten im offenen Ozean bei großen Wassertiefen deutlich dicker als in Küstengebieten sind. An der Sprungschicht lagert also eine warme Wasserschicht mit geringer Dichte auf einem kalten Wasserkörper höherer Dichte. Damit wirkt die Sprungschicht wie eine arriere. Je stärker der Temperaturunterschied ist, desto größer ist die Dichtedifferenz und desto stabiler ist die Sprungschicht. So kann schließlich kaum mehr sauerstoffreiches Wasser von der Oberfläche durch Wellenbewegungen in die tieferen Schichten eingemischt werden, in denen aufgrund des Lichtmangels auch kein Sauerstoff durch Photosynthese entstehen kann. Weil in den tieferen Wasserschichten ständig Sauerstoff wegen des Abbaus von organischem Material durch Mikroorganismen aufgezehrt wird, ist dies sehr problematisch und führt in den tieferen Wasserschichten vieler Küstenmeere zu Sauerstoffarmut. 3.1 Im Meer bildet sich zwischen dem warmen Oberflächenwasser und dem kühlen Wasser in der Tiefe häufig eine Temperatursprungschicht. Diese kann man wie hier vor der thailändischen Insel Ko Phangan mit bloßem Auge erkennen, weil sich mit der Temperatur die Dichte des Wassers ändert und bestimmte Partikel an der Sprungschicht schweben. 102 Kapitel 03 edrohung durch Klimawandel und Naturgefahren 103 Die Szenarien des Weltklimarats Niemand kann heute mit Gewissheit sagen, wie stark sich das Klima in Zukunft ändern wird, zumal unbekannt ist, wie viel Kohlendioxid (CO 2 ) künftig durch die Verbrennung der fossilen Energieträger Erdgas, Erdöl und Kohle ausgestoßen wird. Der edarf an fossilen Energieträgern wiederum hängt vom evölkerungswachstum, dem künftigen Energiebedarf und dem Einsatz erneuerbarer Energien ab. Auch die Landnutzung, etwa die Zerstörung von Regenwäldern und deren Umwandlung in Ackerland, beeinflusst die CO 2 -ilanz der Atmosphäre erheblich. Da die Entwicklung nicht genau vorhersehbar ist, geht der Weltklimarat (Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen, Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) von vier verschiedenen Szenarien aus, die sich in der Annahme unterscheiden, wie hoch die CO 2 -Konzentration in der Erdatmosphäre im Jahr 2100 sein könnte. Diese beispielhaften Szenarien werden als Repräsentative Konzentrationspfade (Representative Concentration Pathways, RCPs) bezeichnet. Im Detail unterscheidet man die Szenarien RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 und RCP8.5. Der Zahlenwert verdeutlicht jeweils, wie stark sich bei vier verschiedenen CO 2 -Konzentrationen im Jahr 2100 die Energiebilanz der Erde verändert haben wird. Als Maß für die Veränderung verwendet der IPCC den sogenannten Strahlungsantrieb. Dieser beschreibt konkret, wie stark im Laufe der Zeit die Energie zunimmt, die auf den Erdboden trifft. Als Messgröße dafür dient die sogenannte Strahlungsleistung, die in Watt pro Quadratmeter (W/m 2 ) gemessen wird. Sie beschreibt allgemein, wie viel Energie pro Sekunde auf 1 Quadratmeter Erdoberfläche trifft beispielsweise durch die natürliche Sonnenstrahlung. Während die Strahlungsleistung also einen momentanen Wert liefert, beschreibt der Strahlungsantrieb, um das Wievielfache sich die Strahlungsleistung Temperatur (Grad Celsius) 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 1,0 2,0 historischer Verlauf RCP2.6- Szenario RCP8.5- Szenario Mittelwert über die Zeit verändert. Für die RCP-Szenarien vergleicht der Weltklimarat die für das Jahr 2100 angenommenen Strahlungsleistungswerte mit der Strahlungsleistung im Jahr 1860, dem eginn der systematischen Wetteraufzeichnungen. Aus der Differenz ergibt sich dann der Strahlungsantrieb als ein Vielfaches des Wertes von Das relativ optimistische RCP2.6-Szenario erwartet, dass die CO 2 - Konzentration im Jahr 2100 mit 421 ppm nur wenig höher sein wird als heute. Das würde dem 2,6-Fachen der Strahlungsleistung von 1860 entsprechen. Dieses Szenario geht davon aus, dass die Weltbevölkerung von heute gut 7 auf knapp 9 Milliarden Menschen angewachsen sein wird und dass sich damit der weltweite Energieverbrauch im Vergleich zum Jahr 2000 verdoppelt haben wird. Die erneuerbaren Energien werden dann knapp die Hälfte des globalen Energiebedarfs decken können. Das extreme RCP8.5-Szenario geht hingegen davon aus, dass die Treibhausgaskonzentration bis zum Jahr 2100 auf mehr als 900 ppm ansteigt und dass die Weltbevölkerung im selben Zeitraum auf 12 Milliarden Menschen anwächst. Im Vergleich zum Jahr 2000 wird sich der Energieverbrauch etwa vervierfacht haben. Kohle wird den größten Teil des Energiebedarfs decken. Die beiden anderen Szenarien erwarten Entwicklungen, die zwischen den beiden Extremen liegen. Das RCP4.5-Szenario geht bei einer CO 2 -Konzentration von 538 ppm von dem 4,5-Fachen der Strahlungsleistung aus. Das RCP6.0-Szenario erwartet bei 670 ppm die 6-fache Strahlungsleistung. Die direkte Folge des starken CO 2 -Ausstoßes ist die langsame Erwärmung der Atmosphäre, die eine Erwärmung der Ozeane nach sich zieht. Aufgrund seiner chemisch-physikalischen Eigenschaften kann Wasser sehr viel Wärme aufnehmen, heizt sich dabei aber deutlich langsamer als Die mittlere globale Erdoberflächentemperatur wird auf alle Fälle steigen beim RCP8.5-Szenario um mehr als 4 Grad Celsius gegenüber Nur beim RCP2.6-Szenario lässt sich das Ziel, die Erderwärmung auf 2 Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen, noch einhalten. die Atmosphäre auf. Dank dieser großen Energieaufnahme fungieren die Ozeane als wichtiger Wärmepuffer, da sie das Aufheizen der Atmosphäre mildern. Nach Angaben des Weltklimarats haben die Meere zwischen 1971 und 2010 den Großteil derjenigen Wärmemenge aufgenommen, die durch den vom Menschen verursachten Treibhauseffekt generiert wurde. Insgesamt hat der sogenannte obere Ozean (0 bis 700 Meter Tiefe) 64 Prozent und der tiefere (700 bis 2000 Meter) 29 Prozent aufgenommen. 3 Prozent sind in das Schmelzen von Eis eingegangen, und weitere 3 Prozent haben zur Erwärmung der Landoberfläche der Kontinente beigetragen. Nur etwa 1 Prozent trug zur Erwärmung der Atmosphäre bei. Steigen die CO 2 -Emissionen weiterhin, werden höchstwahrscheinlich nach und nach auch die tieferen Wasserschichten der Ozeane einen Teil dieser Mengen aufnehmen. In welchem Maße, ist bislang aber noch unsicher. Für die obere Schicht der Ozeane (bis in eine Tiefe von 700 Metern) geht das moderate RCP2.6-Szenario aber davon aus, dass die Temperatur weltweit bis 2100 um durchschnittlich 0,5 Grad Celsius zunehmen wird. Dabei ist zu bedenken, dass sich verschiedene Meeresregionen je nach edingungen vor Ort unterschiedlich stark erwärmen werden. Das pessimistische RCP8.5-Szenario hingegen erwartet, dass die Temperatur in den oberen 700 Metern des Meeres bis 2100 gar um mehr als 3 Grad Celsius steigt. Für manche Gebiete in der Arktis wird RCP8.5 zufolge gar mit einer Erhöhung der Wassertemperatur um bis zu 5 Grad Celsius gerechnet. Auch was den Meeresspiegelanstieg betrifft, gibt es einen deutlichen Unterschied zwischen den Szenarien. Dem RCP2.6-Szenario entsprechend ist mit einem Anstieg des Meeresspiegels von 26 bis 60 Zentimetern zu rechnen. Nach dem RCP8.5-Szenario könnte der Anstieg sogar bis knapp 100 Zentimeter betragen. Insgesamt zeigen die aktuellen IPCC-Szenarien sehr deutlich, welche konkreten Folgen der Klimawandel für die Ozeane nach sich ziehen wird. Mit welcher Wahrscheinlichkeit verschiedene Folgen wie etwa extreme Stürme oder Überflutungen eintreten, lässt sich heute allerdings noch nicht genau abschätzen. Zudem sind manche Folgen besser vorhersehbar als andere. Wie stark das Meer versauert, lässt sich beispielsweise durch relativ einfache chemische Gleichungen abschätzen. Wie stark Wirbelstürme zunehmen, hängt hingegen von vielen physikalischen Größen ab. Der Weltklimarat ordnet seine Zukunftsaussagen deshalb danach, wie wahrscheinlich bestimmte Phänomene auftreten werden. Dabei wird zwischen folgenden Kategorien unterschieden: sehr hohe Wahrscheinlichkeit, hohe Wahrscheinlichkeit, mittlere Wahrscheinlichkeit, geringe Wahrscheinlichkeit, sehr geringe Wahrscheinlichkeit. Weltbevölkerung (Milliarden) Primärenergieverbrauch in Trillionen Joule [ Exajoule (EJ)] 13,5 12,0 10,5 9,0 7,5 6,0 4,5 3,0 1,5 RCP8.5-Szenario RCP6.0-Szenario RCP4.5-Szenario RCP2.6-Szenario Sonne, Wind, Erdwärme ioenergie Kernenergie Gas Öl Kohle 2000 RCP2.6 RCP4.5 RCP6.0 RCP Aus einer Reihe von erechnungen hat der Weltklimarat Szenarien entworfen, die mögliche Entwicklungen des Klimawandels darstellen. Für diese Szenarien wurden Ursachen und Auswirkungen genauer betrachtet. Einen besonderen Einfluss auf den Verlauf des Klimawandels und die Zunahme der globalen durchschnittlichen Lufttemperatur haben demnach die evölkerungsentwicklung und die damit verbundene Zunahme des Verbrauchs fossiler Rohstoffe. Das RCP2.6-Szenario ist am optimistischsten, das RCP8.5- Szenario am pessimistischsten. 104 Kapitel 03 edrohung durch Klimawandel und Naturgefahren 105 Emissionsszenario Repräsentative Konzentrationspfade (RCPs) 2100 CO 2 - Konzentration (ppm) mittlerer Meeresspiegelanstieg (m) Emissionsszenario mittlerer Meeresspiegelanstieg (m) niedrig ,24 (0,17 0,32) 0,44 (0,28 0,61) niedrig 0,35 0,72 0,41 0,85 0,50 1,02 mittel ,26 (0,19 0,33) 0,53 (0,36 0,71) mittel 0,26 1,09 0,27 1,51 0,18 2,32 hoch ,25 (0,18 0,32) 0,55 (0,38 0,73) (sehr) hoch 0,58 2,03 0,92 3,59 1,51 6,63 sehr hoch ,29 (0,22 0,38) 0,74 (0,52 0,98) Durch die Meereserwärmung wird der Sauerstoffmangel in der Tiefe heute noch verstärkt. Das liegt daran, dass biochemische Prozesse bei höheren Temperaturen grundsätzlich schneller ablaufen, weil die daran beteiligten biochemischen Substanzen reaktiver sind. Das gilt auch für den Stoffwechsel von akterien. Die akterien bauen die Reste des in die tieferen Wasserschichten abgesunkenen toten Planktons ab, wobei Sauerstoff verbraucht wird. Je höher die Temperaturen sind, desto reger ist der akterienstoffwechsel und desto mehr Sauerstoff wird auch verbraucht. 3.4 Für den Zeitraum bis zum Jahr 2100 entwirft der Weltklimarat verschiedene Szenarien, die sich anhand der CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre unterscheiden. Diese hängt unter anderem vom Wachstum der Weltbevölkerung und deren Energieverbrauch ab. Für das RCP8.5-Szenario mit der höchsten atmosphärischen CO 2 -Konzentration wird der stärkste Meeresspiegelanstieg erwartet. Wie sich die Weltbevölkerung, der Energieverbrauch und andere Einflussfaktoren in der Zeit nach 2100 entwickeln werden, ist heute noch kaum abzuschätzen. Der Weltklimarat verwendet deshalb für die Zeit nach 2100 nicht die vier differenzierten RCP-Szenarien, sondern drei Emissionsszenarien. Das hohe Emissionsszenario ist dennoch mit dem RCP8.5-Szenario vergleichbar, weil es ebenfalls weiter von einer starken Nutzung fossiler Rohstoffe ausgeht. Es erwartet für das Jahr 2500 einen Meeresspiegelanstieg von bis zu 6,63 Metern. Küsten- und Meeresorganismen Muscheln (mittlere reiten) Pteropoden (hohe reiten) 3.6 Seit 1957 untersuchen Forscher regelmäßig das Wasser an einem bestimmten Punkt der Eckernförder ucht an der Ostseeküste. Heute werden dazu moderne Wasserschöpfer verwendet, die in verschiedenen Tiefen Wasserproben nehmen. wuchern schließlich den lasentang und andere Großalgen zu. Der lasentang, der auf Sonnenlicht für die Photosynthese angewiesen ist, stirbt ab. Dadurch steht eine unnatürlich große Menge an abgestorbener iomasse zur Verfügung, die in die tieferen Wasserschichten absinkt und von akterien abgebaut wird. Damit wird verstärkt Sauerstoff verbraucht, der wegen der ausgeprägten Sprungschicht ohnehin nur noch in geringen Mengen vorhanden ist. Vor allem in den Monaten Juli und August können sich dann in der Tiefe sauerstofffreie Zonen bilden. Seit mehreren Jahren beobachten die Forscher deshalb im Hochsommer einen Zusammenbruch der Lebensgemeinschaft in den bodennahen Wasserschichten der Eckernförder ucht. Die eobachtungen aus der Eckernförder ucht decken sich mit Messwerten, die man für die ganze Ost- Warmwasserkorallen Krill (hohe reiten) A C Mangroven C C D D D Fische C C C Seegras (mittlere reiten) A A A A D D Kohlenstoffaufnahme des offenen Meeres C C D Fischfang (mittlere und hohe reiten) Küstenschutz C D Erholungsfunktion von Korallenriffen Muschelfischerei und Aquakultur (mittlere reiten) Fischfang (niedrige reiten) Ökosystemleistungen Auswirkungen Risiko nicht nachweisbar mittleres Risiko hohes Risiko sehr hohes Risiko Grad der Gewissheit aktuell und für die Repräsentativen Konzentrationspfade (Representative Concentration Pathways, RCPs) des IPCC A sehr hoch hoch C mittel D gering E sehr gering Emissionsszenarien aktuell RCP2.6-Szenario IPCC RCP8.5-Szenario IPCC 3.5 Durch den Klimawandel sind viele Organismen und Ökosystemleistungen des Meeres und insbesondere auch der Küstengewässer stark bedroht. Der Weltklimarat gibt unterschiedliche Wahrscheinlichkeiten an, mit denen bestimmte Folgen eintreten können. Die hier dargestellten Veränderungen müssen nicht zwangsläufig bedeuten, dass Arten aussterben, sondern können vielmehr auch zur Konsequenz haben, dass sich die Lebensräume verändern, weil die jeweiligen Organismen in andere Gebiete abwandern, die für sie noch optimale edingungen bieten. Einzigartige Messwerte aus 60 Jahren Wie sich die Meereserwärmung heute konkret auswirkt, haben Wissenschaftler für die deutsche Ostsee mithilfe einer einzigartigen Zeitreihe herausgefunden, deren Daten bis zum Jahr 1957 zurückreichen. Regelmäßig messen die Forscher an derselben Position in der Eckernförder ucht die Temperatur, den Nährstoff- und den Sauerstoffgehalt des Wassers sowie weitere Parameter. Die Daten zeigen, dass im Laufe der vergangenen Jahre der Nährstoffgehalt im Wasser abgenommen hat, was höchstwahrscheinlich auf einen geringeren Eintrag von Land zurückzuführen ist. Erstaunlicherweise kommt es heute in den Frühjahrs- und Sommermonaten trotzdem in den tieferen Wasserschichten zu einem Sauerstoffmangel. In 25 Meter Tiefe hat der Sauerstoffgehalt in der Eckernförder ucht deutlich abgenommen, wobei die niedrigsten Werte zwischen Mai und September auftreten. Zeitweise ist das Wasser in der Tiefe gänzlich sauerstofffrei. Der Grund dafür ist höchstwahrscheinlich die Meereserwärmung, die an der Ostseeküste zu zweierlei Phänomenen führt, die miteinander gekoppelt sind. Zum einen bewirkt die Erwärmung der oberen Wasserschichten eine stärkere Ausprägung der Sprungschicht,
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