Kipppunkte und abrupte Veränderungen

Schwellenwerte im Klimasystem, die, einmal überschritten, große, sich selbst erhaltende und oft irreversible Veränderungen in Eisschilden, Ozeanzirkulation und Ökosystemen auslösen.

Definition

Ein Klima-Kipppunkt ist ein kritischer Schwellenwert, jenseits dessen sich ein Teil des Klimasystems durch selbstverstärkende Rückkopplungen in einen neuen Zustand reorganisiert, oft abrupt und auf menschlichen Zeitskalen irreversibel.

Scope

Dieses Thema behandelt Klima-Kipppunkte und das Potenzial für abrupte, nichtlineare Veränderungen unter anhaltendem Antrieb. Es behandelt die wichtigsten Kippelemente, einschließlich der grönländischen und westantarktischen Eisschilde, der atlantischen Umwälzzirkulation, des Permafrostkohlenstoffs sowie der Amazonas- und borealen Wälder, die Rückkopplungen, die eine Veränderung festschreiben können, sobald ein Schwellenwert überschritten ist, die Evidenz aus vergangenen abrupten Ereignissen und die Herausforderung, Frühwarnsignale für bevorstehende Übergänge zu erkennen.

Core questions

• Welche Komponenten des Klimasystems können Kipppunkte überschreiten?
• Welche Rückkopplungen machen einen Übergang, einmal ausgelöst, selbstverstärkend?
• Bei welchen Erwärmungsgraden könnten diese Schwellenwerte überschritten werden?
• Können Frühwarnsignale eines sich nähernden Kipppunkts erkannt werden?

Key theories

Kippelemente und Rückkopplungen

Bestimmte großräumige Komponenten können durch allmählichen Antrieb über einen Schwellenwert hinausgedrängt werden, wonach interne Rückkopplungen sie in einen qualitativ anderen Zustand versetzen, der weitgehend unabhängig von weiterem Antrieb ist.

Kritisches Verlangsamen als Frühwarnung

Wenn sich ein System einem Kipppunkt nähert, verlangsamt sich seine Erholung von kleinen Störungen, was zu steigender Autokorrelation und Varianz führt, die als statistische Frühwarnindikatoren dienen können.

Mechanisms

Positive Rückkopplungen können Teile des Klimasystems bistabil machen: zum Beispiel können Eis-Albedo- und Höhenrückkopplungen einen Eisschild zu weiterem Verlust verpflichten, sobald er einen bestimmten Punkt überschreitet, und Süßwassereintrag kann die atlantische Umwälzzirkulation bis zum Kollaps schwächen. In der Nähe solcher Schwellenwerte erholt sich das System immer langsamer von Störungen, was prinzipiell einen nachweisbaren Frühwarn-Fingerabdruck hinterlässt, bevor der abrupte Übergang eintritt.

Clinical relevance

Kipppunkte stellen unwahrscheinliche, aber folgenreiche Risiken großer, abrupter und irreversibler Veränderungen dar, weshalb sie in Risikobewertungen und Argumenten zur Begrenzung der Erwärmung als Vorsichtsmaßnahme eine prominente Rolle spielen.

Evidence & guidelines

Der Sechste Sachstandsbericht des IPCC bewertet mehrere Kippelemente als möglich, wenn auch meist mit geringer Wahrscheinlichkeit bei niedrigeren Erwärmungsgraden, und stellt fest, dass die Wahrscheinlichkeit abrupter und irreversibler Veränderungen mit dem Ausmaß und der Geschwindigkeit der Erwärmung zunimmt.

History

Die Erkenntnis aus der Paläoklimatologie, dass sich das System abrupt ändern kann, motivierte den modernen Kipppunkt-Rahmen, der 2008 von Lenton und Kollegen formalisiert wurde und die wichtigsten Kippelemente katalogisierte und die Forschung an Schwellenwerten und Frühwarnsignalen anregte.

Debates

Nähe und Wahrscheinlichkeit des Überschreitens von Kipppunkten

Wie nahe wichtige Kippelemente an ihren Schwellenwerten sind und wie wahrscheinlich es ist, dass sie bei bestimmten Erwärmungsgraden überschritten werden, wird diskutiert, da die Schwellenwerte schlecht eingegrenzt sind.

Key figures

• Timothy Lenton
• Stefan Rahmstorf
• Hans Joachim Schellnhuber
• Marten Scheffer

Seminal works

• lenton2008
• ipccar6wg1

Frequently asked questions

Was ist ein Klima-Kipppunkt?

Es ist ein Schwellenwert, jenseits dessen sich ein Teil des Klimasystems, wie ein Eisschild oder eine Meeresströmung, durch selbstverstärkende Rückkopplungen in einen neuen Zustand verschiebt, oft irreversibel.

Wurden bereits Kipppunkte überschritten?

Es ist nicht eindeutig belegt, aber einige Bewertungen deuten darauf hin, dass Teile der westantarktischen und grönländischen Eisschilde sowie einige Warmwasserkorallenriffe möglicherweise bereits nahe an oder jenseits von Schwellenwerten liegen.