Als globale Erwärmung bezeichnet man den während der vergangenen Jahrzehnte beobachteten allmählichen Anstieg der Durchschnittstemperatur der erdnahen Atmosphäre und der Meere sowie die künftig erwartete steigende Erwärmung. Ihre hauptsächliche Ursache liegt nach dem gegenwärtigen wissenschaftlichen Verständnis „sehr wahrscheinlich“^[1] in der Verstärkung des natürlichen Treibhauseffektes durch menschliches Einwirken.^[2][3] Der anthropogene Treibhauseffekt entsteht durch Veränderung von Atmosphärenzusammensetzung und anderen klimarelevanten Faktoren, die mit dem übergeordneten Begriff Strahlungsantrieb quantitativ beschrieben werden können. Durch Verbrennen fossiler Brennstoffe und durch die weltumfassende Entwaldung wird Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre angereichert. Landnutzungsveränderungen wie Land- und Viehwirtschaft sind eine zusätzliche Ursache, besonders wegen des durch sie verursachten Ausstoßes weiterer bedeutender Treibhausgase wie Methan oder Lachgas.

Die Bezeichnung globale Erwärmung wurde im Verlauf der 1980er und 1990er Jahre geprägt und wird oft gleichbedeutend mit dem allgemeineren Begriff Klimawandel verwendet. Während der Begriff Klimawandel die natürliche Veränderung des Klimas auf der Erde über einen längeren Zeitraum beschreibt und damit die bisherige Klimageschichte umfasst, bezieht sich globale Erwärmung auf die durch Menschen verursachte gegenwärtige Klimaveränderung. Der damit verbundene Anstieg der Durchschnittstemperatur auf der Erde ist mit einer Vielzahl weiterer globaler, regionaler und lokaler Folgen verbunden.

Der wissenschaftliche Erkenntnisstand zur globalen Erwärmung wird durch den Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, im Deutschen oft als „Weltklimarat“ bezeichnet) diskutiert und zusammengefasst. Die Analysen des IPCC, dessen Vierter Sachstandsbericht 2007 veröffentlicht wurde, bilden den Forschungsstand über menschliche Einflussnahmen auf das Klimasystem der Erde ab. Sie sind eine wesentliche Basis der politischen und wissenschaftlichen Diskussion wie auch der Aussagen in diesem Artikel. Die IPCC-Darstellung und die daraus zu ziehenden Folgerungen stehen auch im Mittelpunkt der Kontroverse um die globale Erwärmung.

Bei der Betrachtung der Ursachen der globalen Erwärmung ist zu unterscheiden zwischen dem natürlichen Treibhauseffekt, der eine unerlässliche Voraussetzung für das Leben auf der Erde ist, und dessen menschengemachter Verstärkung durch den Ausstoß von Treibhausgasen, die zum anthropogenen Treibhauseffekt führen.

→ Hauptartikel: Treibhauseffekt

Der Treibhauseffekt lässt sich auf Treibhausgase wie Wasserdampf (H₂O), Kohlenstoffdioxid (CO₂), Methan (CH₄), Distickstoffoxid (N₂O, auch bekannt als Lachgas) und halogenisierte Verbindungen (FCKW und FKW) zurückführen. Diese lassen die von der Sonne kommende kurzwellige Strahlung weitgehend ungehindert auf die Erde durch, absorbieren aber einen Großteil der von der Erde ausgestrahlten Infrarotstrahlung, erwärmen sich und emittieren selbst Strahlung im längerwelligen Bereich (vgl. Kirchhoffsches Strahlungsgesetz). Diese Ausstrahlung findet in alle Richtungen statt, ein Teil davon ist in Richtung der Erdoberfläche gerichtet und wird als atmosphärische Gegenstrahlung bezeichnet. Durch diese den Treibhauseffekt bestimmende Strahlung erhält die Erdoberfläche mehr Strahlung und erwärmt sich stärker als dies allein durch die kurzwellige Strahlung der Sonne der Fall wäre. Diese Erhöhung der Strahlungsbilanz resultiert wiederum in der Intensivierung von Energieaustauschprozessen zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre durch langwellige Ausstrahlung, Konvektion und Transport latenter Wärme, die im Wasserdampf gespeichert ist. Das System Erdoberfläche-Atmosphäre steht hierbei im thermischen Gleichgewicht mit dem Weltraum, d.h. die Erde strahlt prinzipiell genau so viel Energie ab, wie sie von der Sonne erhält.

Die Treibhausgase Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan und Lachgas sind natürliche Bestandteile der Atmosphäre, daher wird die von ihnen verursachte Temperaturerhöhung als natürlicher Treibhauseffekt bezeichnet. Ohne sie läge die längerfristig und global gemittelte bodennahe Lufttemperatur der Erde bei etwa -18 °C und damit um ungefähr 33 °C unter dem heutigen Mittelwert von etwa +15 °C. Die Erde wäre damit für die meisten Lebewesen unbewohnbar. Die Hauptbestandteile der Erdatmosphäre, Stickstoff, Sauerstoff und Argon mit zusammen über 99,9 % Masseanteil entfalten so gut wie keine Treibhauswirkung. Lediglich die geringen Konzentrationen der Treibhausgase ermöglichen, zusammen mit Wasserdampf, durch ihre wärmende Wirkung Leben auf der Erde.

Seit der Industriellen Revolution verstärkt der Mensch den natürlichen Treibhauseffekt durch den Ausstoß von Treibhausgasen erheblich.^[4][5] Dabei entsteht die zusätzliche Erwärmung der Erdoberfläche nicht durch zusätzliche Absorption (die Atmosphäre ist in den relevanten Wellenlängenbereichen schon so gut wie undurchsichtig), sondern hauptsächlich durch Veränderung der Emission, da für den Treibhauseffekt nur Strahlung relevant ist, die die Erdoberfläche erreicht. Strahlung aus größeren Höhen wird von den Treibhausgasen weitgehend absorbiert. Da mit zunehmender Konzentration der Treibhausgase der Höhenbereich, aus dem die Strahlung die Erdoberfläche erreicht, immer niedriger wird, wird die Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht, immer stärker. Das ist so, weil in niedrigeren Höhen die Temperatur höher ist und die Strahlstärke mit der Temperatur steigt.

Nach Messungen aus Eisbohrkernen betrug die Konzentration von CO₂ in den letzten 800.000 Jahren nie mehr als 300 ppmV (parts per million, Teile pro Million Volumenanteil).^[6][7] Die Konzentration des CO₂ ist vor allem durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe sowie in geringerem Maße durch die Zementindustrie und großflächige Entwaldung seit Beginn der Industrialisierung auf heute über 385 ppmV gestiegen. Dies ist wahrscheinlich der höchste Wert seit 20 Millionen Jahren.^[8] Durch eine neue Methode, bei der fossile Planktonorganismen anhand ihrer Borisotopie untersucht werden, konnte nachgewiesen werden, dass der CO₂-Gehalt während der letzten 2,1 Millionen Jahren weitestgehend konstant geblieben ist und erst seit Beginn der Industrialisierung um rund 40 % höher liegt.^[9]

Im Jahr 2000 machten Kohlendioxidemissionen 78 % der anthropogenen Treibhausgasemissionen aus, Methan 14 % und Lachgas 7 %. Alle anderen Gase zusammen trugen lediglich 1 % bei.^[10] Im Jahr 2007 gelangten weltweit 36,7 Gt von Menschen zusätzlich produzierte CO₂-Äquivalente oder ca. 10 Gt Kohlenstoffäquivalente in die Atmosphäre, davon 8,5 Gt durch fossile Energien und 1,5 Gt durch Entwaldung und andere Landnutzungsveränderungen.^[11] Dies ist eine deutliche Steigerung gegenüber dem Durchschnitt der Jahre 2000 bis 2006, als 9,1 Gt Kohlenstoffäquivalente oder 33,4 Gt CO₂-Äquivalente in die Atmosphäre emittiert wurden.^[12][13] Der Volumenanteil von Methan beträgt statt 730 ppbV heute 1.783 ppbV (parts per billion, Teile pro Milliarden Volumenanteil). Dies ist der höchste Stand seit mindestens 800.000 Jahren.^[14] Als eine der Ursachen hierfür ist die Massentierhaltung^[15] anzuführen, gefolgt von weiteren landwirtschaftlichen Aktivitäten wie dem Anbau von Reis. Der Volumenanteil von Lachgas stieg von 270 ppbV auf mittlerweile 319 ppbV.^[16]

In der Klimatologie ist es Konsens, dass diese gestiegene Konzentration der vom Menschen in die Erdatmosphäre freigesetzten Treibhausgase mit hoher Wahrscheinlichkeit die wichtigste Ursache der globalen Erwärmung ist,^[17][18] da ohne sie die gemessenen Temperaturen nicht zu erklären sind.^[19][20][21] Das IPCC schätzt den Grad des wissenschaftlichen Verständnisses über die Wirkung von Treibhausgasen als „hoch" ein.^[2]

Im Jahr 2003 präsentierte der Klimatologe William Ruddiman die Hypothese, der Mensch habe nicht erst seit der Industriellen Revolution, sondern schon vor 5000 bis 8000 Jahren unter anderem durch Abholzung und Reisanbau das Klima verändert und so den Beginn einer neuen Eiszeit verhindert. Seine Hypothese wird seitdem von der Fachwelt mit großer Skepsis diskutiert.^[22] Ein Forscherteam der Universität Wisconsin-Madison konnte Ruddimans Hypothese jedoch durch präzise Analysen von Eisbohrkernen und mit Hilfe von Computersimulationen stützen.^[23]

Neben Treibhausgasen sind für den Strahlungsantrieb und die jeweils gegebene Erdmitteltemperatur noch andere Faktoren mitbestimmend, zum Beispiel die mit Anzahl und Wirkung der Sonnenflecken zusammenhängende Sonnenaktivität und feine Partikel in der Atmosphäre, die so genannten Aerosole.

Die Strahlungsintensität der Sonne wird im Rahmen des Gesamtprozesses unterschiedlich gewichtet. Das IPCC schätzt, dass die Sonne seit Beginn der Industrialisierung etwa 0,12 Watt pro Quadratmeter zur Erderwärmung beigetragen hat. Das 90-Prozent-Konfidenzintervall wird mit 0,06 bis 0,30 W/m² angegeben; im Vergleich dazu tragen die anthropogenen Treibhausgase mit 2,63 (± 0,26) W/m² zur Erwärmung bei. Das IPCC schreibt, dass der Grad des wissenschaftlichen Verständnisses bezüglich des Einflusses solarer Variabilität vom Dritten zum Vierten Sachstandsbericht von „sehr gering“ auf „gering“ zugenommen hat.^[2]

Die seit 1978 direkt aus dem Orbit gemessenen Veränderungen der Sonnenaktivität sind zu geringfügig, um die Ursache für die sich beschleunigende Erwärmung der letzten 30 Jahre gewesen zu sein.^[24] Eher hätte aufgrund der sinkenden Sonnenaktivität in den letzten Jahren sogar ein Abkühlung der Erde stattfinden müssen.^[25][26] Allerdings wird der solare Anteil an der globalen Erwärmung teils sehr kontrovers diskutiert.^[27]

Aerosole reflektieren teilweise einkommende Strahlung und tragen so zur Abkühlung der unteren Luftschichten bei. Welche Effekte sie genau auf das Klima haben, kann gegenwärtig nur mit recht großen Unsicherheiten beschrieben werden. Das IPCC stuft den Grad des wissenschaftlichen Verständnisses bezüglich der Aerosole zwischen „mittel“ und „gering“ ein.^[2]

Die Wirkung eines Aerosols auf die Lufttemperatur ist abhängig von seiner Flughöhe in der Atmosphäre. In der untersten Atmosphärenschicht, der Troposphäre, sorgen Rußpartikel für einen Temperaturanstieg, da sie das Sonnenlicht absorbieren und anschließend Wärmestrahlung abgeben. In der Region um den Indischen Ozean konnte beispielsweise der Beitrag einer so genannten permanenten „braunen Wolke“ an der regionalen Erwärmung auf etwa den gleichen Anteil beziffert werden wie der durch Treibhausgase.^[28] Ebenfalls zu einer Erwärmung führt die verringerte Reflexivität der Oberfläche (Albedo) von Schnee- und Eisflächen in Folge von darauf niedergegangenen Rußpartikeln. In höheren Luftschichten hingegen sorgen diese Partikel durch ihre abschirmende Wirkung dafür, dass es an der Erdoberfläche kühler wird. Neben Ruß kommen vor allem Mineralpartikel als Aerosole in der Atmosphäre vor. Sie werden hauptsächlich durch Landwirtschaft und Industrieanlagen aber auch in erheblichen Mengen natürlich durch die Wüsten^[29] freigesetzt. Ihre helle und reflektierende Oberfläche sorgt vermutlich ebenfalls hauptsächlich für eine Abkühlung der unteren Atmosphäre. Einen großen Unsicherheitsfaktor bei der Bemessung der Klimawirkung von Aerosolen stellt ihr Einfluss auf die ebenfalls nicht vollständig verstandene Wolkenbildung dar.

Trotz der besagten Unklarheiten wird der Nettoeffekt aller Schwebeteilchen als deutlich abkühlend eingeschätzt. Die nach dem Zweiten Weltkrieg schnell wachsende Wirtschaft und die in der Folge entstehende starke Luftverschmutzung haben dazu geführt, dass bis in die 1970er Jahre hinein ein starker aerosolbedingter Kühleffekt die eigentlich zu erwartende Erwärmung „maskiert“ hat (siehe Globale Abkühlung). Zwischen 1950 und 1975 verdoppelte sich der Ausstoß von Sulfaten von etwa 35 auf über 70 Millionen Tonnen jährlich, um dann zunächst auf diesem Niveau zu verharren und ab Ende der 1980er Jahre wieder zu fallen. 2000 lag der Sulfatausstoß bei etwa 55 Millionen Tonnen.^[30] Ab 1960 hatte sich der Ausstoß von Treibhausgasen rapide verstärkt, so dass die von den Sulfaten verursachte Luftverschmutzung die aufheizende Wirkung der Gase nicht mehr ausgleichen konnte.^[19] Die starke Präsenz von Sulfaten in der Atmosphäre ist zudem von deutlichen negativen Folgen begleitet, etwa in Form des sauren Regens oder verbreiteter auftretender Gesundheitsprobleme wie Asthma.

Außer dem Strahlungsantrieb existieren auch andere und z.T. weniger geklärte Einflüsse auf die globale Temperatur, die nicht direkt über die Strahlung wirken ^[2], wie z.B. Verdunstungskälte oder Diffusion ^[31].

Als Hauptbeweis für die derzeitige globale Erwärmung gelten die seit etwa 1860 vorliegenden weltweiten Temperaturmessungen sowie die Auswertungen verschiedener Klimaarchive. Diese zeigen eine Zunahme der global gemittelten bodennahen Lufttemperatur um 0,74 °C (± 0,18 °C Fehlertoleranz) zwischen 1906 und 2005. Am ausgeprägtesten ist die Erwärmung von 1975 bis heute. 2005 war das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen.^[32] Eine zweite deutliche Erwärmungsphase war zwischen 1910 und 1945 zu beobachten, in der aufgrund der noch vergleichsweise geringen Konzentration von Treibhausgasen auch natürliche Schwankungen einen deutlichen Einfluss hatten. Die Zwischenphase ohne Erwärmung wurde hauptsächlich mit einer erhöhten Konzentration von schwefelhaltigen Staubteilchen (Sulfat-Aerosole) in der Luft erklärt, welche zunächst einen direkten abkühlenden Effekt haben, deren Gesamtwirkung auf das Klima aber nicht genügend erforscht ist.^[33] Eine 2008 veröffentlichte Studie hat gezeigt, dass die Temperaturabnahme von etwa 0,3 °C um 1945, die in den Daten des britischen Hadley Center vorkommt (siehe rechts), möglicherweise auf eine nicht korrigierte Abweichung bei der Messung der Meerestemperaturen zurückzuführen ist.^[34]

In den zurückliegenden 30 Jahren nahm die globale Durchschnittstemperatur nach Bodenmessungen um ca. 0,17 °C pro Jahrzehnt zu.^[35] Eine vergleichbare Größenordnung wird durch Satellitenmessungen erreicht. Die Satellitendaten werden von verschiedenen Forschungsgruppen ausgewertet, die zu leicht unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Nach RSS (Remote Sensing Systems) beträgt der Trend 0,155 °C^[36] und nach UAH (University of Alabama in Huntsville) 0,13 °C pro Jahrzehnt^[37] für die letzten 30 Jahre.

Neben der Luft haben sich auch die Ozeane erwärmt. Während sich diese insgesamt seit 1955 aufgrund ihres enormen Volumens und ihrer großen Temperaturträgheit nur um 0,037 °C aufgeheizt haben, erhöhte sich ihre Oberflächentemperatur im selben Zeitraum um 0,6 °C.^[38] Der Energieinhalt der Weltmeere nahm zwischen Mitte der 1950er Jahre bis 1998 um ca. 14,5 × 10²² Joule zu, was einer Heizleistung von 0,2 Watt pro m² der gesamten Erdoberfläche entspricht.^[39] Verglichen mit den Schwankungen der Jahreszeiten sowie beim Wechsel von Tag und Nacht erscheinen die genannten Zahlen gering, als globale Änderung des Klimas bedeuten sie jedoch sehr viel – besonders wenn man die um nur etwa 6 °C niedriger liegende Durchschnittstemperatur auf der Erde während der letzten Eiszeit bedenkt.^[40] Die Energiezunahme der Weltmeere in Höhe von 14,5 × 10²² Joule entsprechen der Energie von einer Milliarde Hiroshima-Atombomben.^[41]

Wissenschaftler des US-amerikanischen National Research Council gehen von den gegenwärtig höchsten erlebten Temperaturen seit mindestens 400 Jahren aus, wahrscheinlich sogar seit wenigstens 1000 Jahren.^[42]

Mit der Ausnahme weniger Regionen ist seit 1979 weltweit eine Erwärmung zu verzeichnen gewesen.^[43] Die Luft über Landflächen erwärmt sich allgemein stärker als über Wasserflächen.^[44] Folglich stiegen die Temperaturen auf der Nordhalbkugel, auf der sich der Großteil der Landflächen befindet, in den vergangenen 100 Jahren stärker an als auf der Südhalbkugel.^[45] Die Nacht- und Wintertemperaturen stiegen etwas stärker an als die Tages- und Sommertemperaturen.^[46][47] Aufgeteilt nach Jahreszeiten wurde die größte Erwärmung während der Wintermonate gemessen, und dabei besonders stark über dem westlichen Nordamerika, Skandinavien und Sibirien.^[48] Im Frühling stiegen die Temperaturen am stärksten in Europa sowie in Nord- und Ostasien an. Im Sommer waren Europa und Nordafrika am stärksten betroffen, und im Herbst entfiel die größte Steigerung auf den Norden Nordamerikas, Grönland und Ostasien.^[43] Besonders markant fiel die Erwärmung in der Arktis aus, wo sie im jährlichen Mittel etwa doppelt so hoch ist wie im globalen Durchschnitt.^[49][50]

Neben einer abnehmenden Zahl extremer Kälteereignisse kam es auch zu zunehmenden Hitzewellen.^[43][51] Zwischen 1950 und 1980 verringerte sich zunächst die Anzahl von Tagen mit extremer Kälte mehr als die Zahl der Hitzetage zunahm; die Tiefsttemperaturen stiegen während dieser Zeit stärker an als die Höchsttemperaturen (um 0,204 °C bzw. 0,141 °C pro Jahrzehnt).^[46] Seit 1980 zeigt sich dieser Trend nicht mehr, seitdem erhöhen beide Werte praktisch in gleichem Maße (0,295 °C bzw. 0,287 °C pro Jahrzehnt).^[46]

Für die verschiedenen Luftschichten der Erdatmosphäre wird theoretisch eine unterschiedliche Erwärmung erwartet und faktisch auch gemessen. Während sich die Erdoberfläche und die niedrige bis mittlere Troposphäre erwärmen sollten, lassen Modelle für die höher gelegene Stratosphäre eine Abkühlung vermuten.^[52] Tatsächlich wurde genau dieses Muster in Messungen gefunden. Die Satellitendaten zeigen eine Abnahme der Temperatur der unteren Stratosphäre von 0,314 °C pro Jahrzehnt während der letzten 30 Jahre.^[53] Diese Abkühlung wird zum einen durch den verstärkten Treibhauseffekt und zum anderen durch Ozonschwund durch FCKWs in der Stratosphäre verursacht.^[54][55] Wäre die Sonne maßgebliche Ursache, hätten sich alle Schichten gleichermaßen erwärmen müssen.^[52] Nach dem gegenwärtigen Verständnis heißt dies, dass der überwiegende Teil der beobachteten Erwärmung durch menschliche Aktivitäten verursacht sein muss. In einer 2007 erschienenen Modellstudie konnte entsprechend der natürliche Anteil an der Erwärmung des 20. Jahrhunderts auf unter 0,2 °C eingegrenzt werden.^[56]

Bei einer Verdoppelung der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre gehen Klimaforscher^[2] davon aus, dass die Erhöhung der Erdmitteltemperatur innerhalb von 2 °C bis 4,5 °C liegen wird. Dieser Wert ist auch als Klimasensitivität bekannt. Das IPCC rechnet abhängig von den Zuwachsraten aller Treibhausgase und dem angewandten Modell bis 2100 mit einer Zunahme der globalen Durchschnittstemperatur um 1,1 °C bis 6,4 °C.

Der dabei maßgebliche, allerdings auch der mit der größten Unsicherheit behaftete Parameter ist die Prognose über die zukünftige Entwicklung der Weltwirtschaft. Da das Wirtschaftswachstum der Welt in der Vergangenheit stark mit dem Verbrauch an fossilen Energieträgern korrelierte^[57] und dies auch in der näheren Zukunft erwartet werden kann, erklärt sich hieraus die relativ große Bandbreite der von den Klimatologen prognostizierten globalen Erwärmung.

Des Weiteren kann das Klimasystem noch einige „Überraschungen“ in Form von Rückkopplungen beinhalten. Diese können die globale Erwärmung entweder verstärken oder abschwächen. Zum Beispiel führt die schmelzende Eisdecke in der Arktis zu einer Verringerung der Albedo. Das an der Stelle des bisherigen Eises dann vorzufindende dunklere Meerwasser nimmt deutlich mehr Wärmeenergie auf und führt zu weiterem Abschmelzen des umliegenden Polareises. Solche Rückkopplungen sind sehr schwierig zu modellieren. Dennoch schätzt aus diesem und anderen Gründen ein Beitrag von Barrie Pittock in Eos, der Publikation der American Geophysical Union, dass die zukünftige Erwärmung unter Umständen noch über die vom IPCC genannten Bandbreiten hinausgehen könnte. Unter den acht Gründen für seine Vermutung befinden sich unter anderem der Rückgang der globalen Verdunkelung, das vorher ungeahnt schnelle Zurückweichen des arktischen Meereises und das Auftreten von mit Biomasse zusammenhängenden Rückkopplungs-Effekten.^[58]

Eine Berechnung unter Annahme von solchermaßen ungünstig eintretenden Rückkopplungen wurde von Wissenschaftlern der University of California, Berkeley erstellt. Diese nahmen an, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre sich von den derzeitigen etwa 385 ppmV bis 2100 auf etwa 550 ppmV erhöhen wird. Dies sei allein der von der Menschheit bewirkte anthropogene Zuwachs. Die Forscher machen dann darauf aufmerksam, dass die erhöhte Temperatur selbst wieder ökologische und chemische Prozesse anstößt oder verstärkt, die zu zusätzlicher Freisetzung von Treibhausgasen, insbesondere Kohlendioxid und Methan, führen. Sie nennen die bei ansteigender Temperatur erhöhte Freisetzung von Kohlendioxid aus den Weltmeeren und die beschleunigte Verrottung von Biomasse, was zu zusätzlichen Mengen an Methan und Kohlendioxid führt. Am Ende kommen sie zu dem Ergebnis, dass die globale Erwärmung noch um 2 °C stärker ausfallen kann, als dies mit den Klimasimulationen ohne Berücksichtigung dieser Rückkopplung der Fall wäre.^[59]

Erschwert werden derartige, globale Prognosen auch noch durch das Auftreten von separaten und nur schwer zu modellierenden, lokalen Rückkopplungsprozessen in der Arktis, in der unmittelbaren Nachbarschaft von sich zurückziehenden Gletschern oder im Permafrost Westsibiriens. Durch derartige lokale Klimaveränderungen (z. B. +3 °C innerhalb von 40 Jahren in Westsibirien) können wiederum auch bei geringer globaler Erwärmung vor Ort wichtige kritische Grenzwerte erreicht werden.^[60]

Derartige lokale Phänomene sind von zentraler Bedeutung in der Nähe bedeutender Methanvorkommen. Ein besonderes Augenmerk gilt hier dem sibirischen Permafrost mit 70 Milliarden Tonnen Methan^[60] und den ungleich größeren Gashydratvorkommen in der Tiefsee.^[61][62]

Von verschiedenen Gruppen wird für die kommenden Jahre eine vorübergehende Abmilderung des globalen Erwärmungstrends vorhergesagt. Sollte sich dies bestätigen, wird der Abschwächung jedoch eine beschleunigte Erwärmung folgen, da sie lediglich die Folge einer überlagerten, natürlichen Schwingung des Klimasystems wäre.^[63][64][65]

Nach einer im Jahr 2009 erschienenen Studie wird die gegenwärtig bereits angestoßene Erwärmung noch für mindestens 1000 Jahre irreversibel sein, selbst wenn heute alle Treibhausgasemissionen vollständig gestoppt würden.^[66]

→ Hauptartikel: Folgen der globalen Erwärmung

Wegen der Auswirkungen auf menschliche Sicherheit, Gesundheit, Wirtschaft und Umwelt ist die globale Erwärmung mit großen Risiken behaftet. Einige mit ihr zusammenhängende Umweltveränderungen sind schon heute wahrzunehmen. Diese Veränderungen wie die verringerte Schneebedeckung, der steigende Meeresspiegel, die Gletscherschmelze und zu beobachtende Wetterveränderungen gelten neben den Temperaturmessungen als Belege für den Klimawandel. Sie sind Beispiele für jene Konsequenzen der globalen Erwärmung, die nicht nur Aktivitäten des Menschen beeinflussen, sondern auch die Ökosysteme. Die Folgen des Klimawandels könnten dabei so vielfältig und umfassend sein, dass im Folgenden nur ein kleiner Ausschnitt von ihnen aufgezeigt werden kann.

• Gesundheitsrisiken bestehen zum einen durch die steigenden Lufttemperaturen. Hitzewellen werden öfter auftreten, während extreme Kälteereignisse wahrscheinlich seltener werden. Dabei steigt die Zahl heißer Tage nicht notwendigerweise im gleichen Ausmaß, wie die Zahl kalter Tage abnimmt. Nimmt gleichzeitig zum Mittel der Temperatur auch ihre Varianz zu, treten heiße und sehr heiße Tage deutlich öfter auf, als kalte Tage seltener werden.^[67] Eine vom WWF in Auftrag gegebene und vom Kieler Institut für Weltwirtschaft erstellte Studie zeigt, dass sich bis zum Jahr 2100 die Anzahl der Hitzetoten in Deutschland um zusätzliche 5.000 Tote ohne Berücksichtigung der demographischen Entwicklung beziehungsweise um 12.000 Tote mit Einbeziehung der veränderten Altersstrukturen erhöhen kann. Gleichzeitig käme es zu einem Rückgang an Kältetoten um 3.000 Tote beziehungsweise 5.000 Tote.^[68] Eine andere Studie geht für Großbritannien bei einer Erwärmung um 2 °C von 2.000 zusätzlichen Hitzetoten sowie 20.000 weniger Kältetoten aus.^[69]
• Außerdem kann es zu einer weiteren Verbreitung von wärmeliebenden Schädlingen (z. B. Zecken, Borkenkäfer) und Krankheitserregern (zum Beispiel Malaria^[70]) in Regionen kommen, die heute für diese zu kühl sind.^[71][72] Da die Verbreitung von Malaria jedoch primär vom medizinischen und hygienischen Standard eines Landes abhängt, sind von dieser Gefahr in erster Linie die Entwicklungsländer betroffen, während die Gefahr einer erneuten Ausbreitung von Malaria in Europa sehr gering ist.^[73]
• Im Zuge der globalen Erwärmung kommt es zu einem Anstieg des Meeresspiegels. Dieser erhöhte sich in den letzten Jahrzehnten um je 1 cm bis 2 cm und aktuell um 3 cm pro Jahrzehnt^[74], was besonders küstennahe Gebiete und Inseln in den Ländern bedroht, die sich keine Küstenschutzmaßnahmen leisten können. Nach verschiedenen Szenarien des IPCC sind bis zum Jahr 2100 Erhöhungen des Meeresspiegels zwischen 0,19 m und 0,58 m möglich. Unsicherheiten der Schätzungen liegen in der menschlichen Reaktion (Klimapolitik) sowie der Abschätzung für die zu erwartende Schmelzrate des grönländischen Eisschildes. Grund für den bisherigen Anstieg sind die thermische Ausdehnung des Wassers sowie die Aufnahme von Schmelzwasser aus Gletschern. Durch den weiter ansteigenden Meeresspiegel erhöht sich in den Küstenregionen der potenzielle Schaden durch Sturmfluten.^[75]
• Die Ozeane werden nicht nur wärmer, sondern sie nehmen auch Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und versauern dadurch.^[76] Die Auswirkungen auf die Meere und die stark betroffenen Korallen können erheblich sein, da sie ihr stützendes Kalkskelett nicht mehr bilden können. Da besonders zahlreiche Kleinstlebewesen am Anfang der ozeanischen Nahrungskette auf schützende Kalkschichten angewiesen sind, sind die Auswirkungen auf das Ökosystem Ozean möglicherweise beträchtlich.^[38]
• Durch die steigenden Lufttemperaturen verändern sich weltweit Verteilung und Ausmaß der Niederschläge. Weil wärmere Luft mehr Wasser aufnehmen kann, erhöht sich die Verdunstungsrate, wodurch die durchschnittliche Niederschlagsmenge steigt, in einzelnen Regionen jedoch auch die Trockenheit zunehmen könnte. Durch den wärmeren Indischen Ozean kam es etwa im Osten Afrikas zu zunehmend schweren Trockenperioden,^[77][78] während es in den Trockengebieten Pakistans zu mehr Regen kam.^[79] Die zunehmende Verdunstung führt gleichzeitig zu einem höheren Risiko schwerer Niederschläge und damit auch von Überschwemmungen in Form von Hochwasser.^[80][81]
• Durch gestiegene Niederschlagsmengen, Temperatur und CO₂-Gehalt der Atmosphäre hat das Pflanzenwachstum in den letzten Jahrzehnten zugenommen. So stieg es zwischen 1982 und 1999 um sechs Prozent im weltweiten Durchschnitt, besonders jedoch in den Tropen und der gemäßigten Zone der Nordhalbkugel.^[82] Ebenso wurde die Sahelzone, in der es in den 1970ern und frühen 1980ern zu schweren Dürren kam, in den letzten beiden Jahrzehnten deutlich grüner.^[83]
• Laut der World Meteorological Organization gibt es bislang Anhaltspunkte für und wider ein Vorhandensein eines anthropogenen Signals in den bisherigen Aufzeichnungen über tropische Wirbelstürme, doch bislang könnten keine gesicherten Schlussfolgerungen gezogen werden.^[75] Einigen Studien zu Folge habe die Hurrikan-Intensität in den vergangenen Jahrzehnten zugenommen^[84][85] und lasse sich direkt mit steigenden Meerestemperaturen in Einklang bringen.^[86] Wie die WMO festhält sind die zunehmenden Auswirkungen von Hurrikans in erster Linie auf die ansteigende Konzentration von Bevölkerung und Infrastruktur in Küstenregionen zurückzuführen.^[75] Nach einer Studie von Pielke et al. (2008) hätte bspw. der "Great Miami Hurricane" von 1926 bei heutiger Küstenbesiedlung einen Schaden von 140–157 Milliarden Dollar (doppelt so viel wie Hurrikan Katrina) angerichtet.^[87] Zu einem ähnlichen Ergebnis kommt eine Studie von Brooks und Doswell (2001), die die Intensität von Tornados untersuchte.^[88] Eine Studie von Knutson et al. (2008) prognostiziert einen langfristig sinkenden Trend in der Hurrikanintensität bei fortschreitender Globaler Erwärmung.^[89]
• Die wirtschaftlichen Folgen sind nach gegenwärtigen Schätzungen beträchtlich. Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung schätzt, dass ein ungebremster Klimawandel bis zum Jahr 2050 bis zu 200 Billionen US-Dollar volkswirtschaftliche Kosten verursachen könnte (wobei diese Schätzung mit großen Unsicherheiten behaftet ist).^[90] Der am 30. Oktober 2006 veröffentlichte Stern-Report der britischen Regierung nennt an zu erwartenden Schäden durch den Klimawandel bis zum Jahr 2100 Werte zwischen 5 % bis 20 % an der globalen Wirtschaftsleistung. Effektive Präventionsmaßnahmen (insbesondere die Reduktion von CO₂) kosten dem gegenüber knapp 1 % am Welt-BIP und sind deutlich wirtschaftlicher als das Beheben von Unwetterschäden (wobei allerdings zu beachten ist, dass Extremwetter wie Hurrikans auch bei erfolgreicher Reduktion von CO₂ auftreten werden). Zwei Jahre nach der Veröffentlichung sagte Stern, dass die in seinem Bericht gemachten Angaben zur tolerablen Konzentration an Treibhausgasen noch zu optimistisch gewesen und eine stärkere Reduktion nötig sei. In der Folge lägen die Präventionskosten etwa doppelt so hoch wie von ihm zuvor veranschlagt.^[91] Sterns Schätzungen der zu erwartenden Schäden durch den Klimawandel sind nach Meinungen anderer Ökonomen zu hoch angesetzt.^[92][93][94] Besonders gravierend sei, dass Stern die Präventionskosten lediglich bis 2050 veranschlagt, die Schadenssummen aber bis 2100.^[95] Dagegen unterstützen andere Ökonomen die Ergebnisse des Stern Reports^[96][97] und werfen den Kritikern u. a. vor Quellen selektiv und verzerrt zu betrachten.^[98]

Die Risiken für Ökosysteme auf einer erwärmten Erde wachsen erheblich mit dem Grad des Temperaturanstiegs. Nach einer Studie von William Hare vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung sind die Risiken unterhalb einer Erwärmung von 1 °C vergleichsweise gering, für anfällige Ökosysteme jedoch bereits nicht zu vernachlässigen. Zwischen 1 °C und 2 °C Erwärmung liegen signifikante und auf regionaler Ebene mitunter substanzielle Risiken vor. Eine Erwärmung oberhalb von 2 °C birgt erhöhte Risiken für das Aussterben zahlreicher Tier- und Pflanzenarten, deren Lebensräume nicht länger ihren Anforderungen entsprechen. Diese Arten werden verdrängt oder können aussterben, wenn sie den sich geografisch schnell verschiebenden Ökozonen nicht folgen können.^[99] Andere Arten können sich unter den veränderten Bedingungen stärker ausbreiten. Bei über 3 °C droht sogar der völlige Kollaps von Ökosystemen, deutlich verstärkt auftretende Hunger- und Wasserkrisen sowie weitere sozioökonomische Schäden, besonders in Entwicklungsländern.^[100] Einer Studie der York University zufolge könnte der erwartete globale Temperaturanstieg ein neues Massensterben auslösen, dem mehr als 50 Prozent der Tier- und Pflanzenarten zum Opfer fallen.^[101]

Schließlich erfolgt die globale Erwärmung nicht zwingend graduell, sondern sie kann auch abrupt stattfinden. Auch wenn das folgende Szenario als zumindest mittelfristig sehr unwahrscheinlich bewertet wird, kann der Klimawandel zu veränderten Meeresströmungen und hierbei besonders zu einem Versiegen des Nordatlantikstroms, einem Ausleger des Golfstroms, führen. Dies hätte einen massiven Kälteeinbruch in ganz Westeuropa und Nordeuropa zur Folge. Falls sich das Klima weiter erwärmt, könnte es mit der Zeit auch zu Veränderungen anderer ozeanischer Strömungen kommen, mit weitreichenden Konsequenzen für den globalen Energiehaushalt. Diese Worst-Case-Annahme war Thema einer Studie des US-Verteidigungsministeriums von 2003, die von massiven politischen Umwälzungen in Folge einer solchen Entwicklung ausging.^[102] Einer Anfang 2008 veröffentlichten Studie zufolge, ist es infolge der Erwärmung seit der letzten Eiszeit zu einer Verstärkung der ozeanischen Zirkulation gekommen, und eine weitere Erwärmung der mittleren Atmosphärenschichten in Zusammenhang mit der Globalen Erwärmung würde zu einer weiteren Verstärkung der Meeresströmungen führen.^[103]

→ Hauptartikel: Klimapolitik

Das Ausmaß der möglichen Konsequenzen der globalen Erwärmung führt zur Frage, wie diese verhindert oder ihre Folgen zumindest gemildert werden können. Die Grenze von tolerablem zu „gefährlichem“ Klimawandel wird politisch beispielsweise von der Europäischen Union mit einer Erwärmung um höchstens 2 °C benannt. Auch der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) empfiehlt die Erwärmung bei höchstens 2 °C zu begrenzen.^[104] Bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts müsste dafür der CO₂-Ausstoß um etwa 80 % bis 90 % im Vergleich zu 2005 reduziert werden, damit die CO₂-Konzentration nicht über 450 ppm steigt ^[105]. Nach Mitteilung der Umweltstifung WWF Deutschland müssten die Treibhausgasemissionen bis 2050 gar um mindestens 95% gesenkt werden, um die dramatischen Folgen des Klimawandels noch abzuwenden ^[106].

Bislang zeigt die Entwicklung der weltweiten Emissionen von Treibhausgasen allerdings weiterhin einen deutlichen Anstieg und keine Verminderung an.

Auf globaler, regionaler und lokaler Ebene sind zahlreiche Maßnahmen zum Klimaschutz möglich und teilweise bereits beschlossen. Global stellen die Klimarahmenkonvention (UNFCCC) der Vereinten Nationen und das daran angeschlossene Kyoto-Protokoll die einzig völkerrechtlich verbindlichen Regelungen zum Klimaschutz dar. Die Klimarahmenkonvention wurde 1992 in New York City verabschiedet und im gleichen Jahr auf der UN-Konferenz für Umwelt und Entwicklung (UNCED) in Rio de Janeiro von den meisten Staaten unterschrieben. Mit der Rahmenkonvention geht als neu entstandenes Prinzip der Staatengemeinschaft einher, dass auf eine massive Bedrohung der globalen Umwelt auch ohne endgültige Beweise für ihr genaues Ausmaß reagiert werden soll. Auf der Rio-Konferenz wurde auch die Agenda 21 verabschiedet, die seitdem Grundlage für viele lokale Schutzmaßnahmen ist.

Die derzeit 189 Vertragsstaaten der Rahmenkonvention treffen sich jährlich auf der UN-Klimakonferenz. Die bekannteste dieser Konferenzen fand 1997 im japanischen Kyōto statt und brachte als Ergebnis das sogenannte Kyoto-Protokoll hervor. Hierin wurde die Reduktion der Treibhausgasemissionen aller industrialisierten Staaten auf ein bestimmtes Niveau festgeschrieben. Einigen dieser Staaten wurden noch begrenzte Steigerungen ihres Ausstoßes zugestanden. Das Kyoto-Protokoll enthält aus Sicht des Klimaschutzes nur vergleichsweise geringe und unzureichende Reduktionsverpflichtungen bis zum Jahr 2012. Die USA, die daran nicht beteiligt waren, haben für den derzeitigen Post-Kyoto-Prozess Reduktionsverpflichtungen und Beiträge zum Emissionsrechtehandel zugesagt, die denjenigen der EU vergleichbar sind ^[107].

Die Staats- und Regierungschefs der Europäischen Union haben sich 2007 auf das Ziel verständigt, den CO2-Ausstoß bis zum Jahr 2020 um mindestens 20 % zu senken (im Vergleich zu 1990).^[108] Die Europäische Kommission hat dazu 2008 Vorschläge unterbreitet^[109] – etwa im Hinblick auf eine Revision des EU-Emissionshandelssystems ^[110] – die zu der Entschließung des Europäischen Parlaments vom 4. Februar 2009 mit dem Titel "2050: Die Zukunft beginnt heute -Empfehlungen für eine künftige integrierte EU-Klimaschutzpolitik" ^[111] geführt hat.

→ Hauptartikel: Klimaschutz

Neben der politischen existieren auf der technischen Ebene eine Vielzahl von Optionen zur Verminderung von Treibhausgasemissionen. So ließe sich theoretisch auch mit heutigen Mitteln ein effektiver Klimaschutz realisieren.^[112] Besonders den erneuerbaren Energien kommt hierbei eine Schlüsselrolle zu.^[113] Die bestehenden Schwierigkeiten und vor allem die Kosten einer solchen Vermeidungsstrategie hemmen bislang die notwendigen Investitionen. Dem gegenüber wurde ein vollständiger Klimaschutz mit Kosten von weniger als 1 % des Welt-Bruttosozialprodukts geschätzt.^[114][115] Im Kontrast zu den genannten möglichen Schäden eines ungebremsten Klimawandels würde dieser Vermeidungsansatz je nach Quelle unter 30 Billionen Dollar kosten. Die Kosten für rasche globale Maßnahmen gegen die Belastung der Erdatmosphäre beziffert Nicholas Stern, der frühere Chefökonom der Weltbank, mit 275 Milliarden Euro.^[116]

Zudem bestehen Möglichkeiten, durch individuelle Verhaltensumstellungen und veränderten Konsum, einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Hierzu können unter anderem verstärkte Energieeinsparung durch sparsameres Verhalten oder den Einsatz effizienterer Geräte, der Umstieg auf umweltfreundlichere Verkehrsmittel, der Kauf von Produkten der eigenen Region, was emissionsintensive weite Transportwege vermeidet, die Verkürzung der Nahrungskette durch Umstieg von tierischen auf pflanzliche Nahrungsmittel, sowie die Investition in erneuerbare Energieträger im privaten Bereich, gezählt werden.

→ Hauptartikel: Klimatologie

Mit den Methoden der Klimaforschung ist das Problem der globalen Erwärmung in den vergangenen Jahrzehnten immer weiter untersucht worden. Die Hauptarbeit der Klimatologie in diesem Bereich besteht in der Feldbeobachtung und der Auswertung klimatologischer Daten. Hierzu gehören Temperaturmessungen, Niederschlagsdaten, Satellitenbilder, Eisbohrkerne, das Wanderverhalten von Tierarten und vieles mehr. Entgegen der weit verbreiteten Annahme, die globale Erwärmung sei hauptsächlich durch Computermodelle ermittelt worden, sind die so gesammelten Daten der eigentliche Kern des Wissens um den Klimawandel.

Eine Beschreibung der Geschichte der Wissenschaft über die globale Erwärmung findet sich bei Spencer R. Weart, Direktor des Center for History of Physics in den USA.^[117] Ihm zufolge hat den Beginn der Erforschung der globalen Erwärmung vermutlich Jean Baptiste Joseph Fourier (1768–1830) mit seiner Entdeckung des Treibhauseffektes im Jahr 1824 gemacht. John Tyndall konnte 1862 auf Fouriers Arbeiten aufbauend einige der für diesen Effekt verantwortlichen Gase identifizieren, allen voran Wasserdampf und Kohlendioxid. Über dreißig Jahre später, im Jahr 1896, veröffentlichte der schwedische Wissenschaftler Svante Arrhenius (1859–1927) als erster darauf aufbauend die Theorie, dass die Anreicherung von Kohlendioxid in der Atmosphäre die Temperatur auf der Erde erhöhen könnte.^[118] Für diesen war die Zeitskala, auf der sich solche Veränderungen abspielen konnten, allerdings auf zehntausende von Jahren gestreckt.

In den 1930er Jahren bemerkten einige US-Amerikaner, dass sich die Temperaturen in ihrer Region in den vorangehenden Jahrzehnten erhöht hatten. Die Erwärmung war jedoch zu gering, um eindeutig dem Anstieg der Treibhausgaskonzentration zugeschrieben werden zu können. Im Jahr 1937 wies der Physiker G.S. Callendar auf die wärmende Wirkung der bei Nutzung fossiler Brennstoffe entstehenden Kohlendioxidemissionen hin.^[119] Der deutsche Klimatologe Hermann Flohn war in Deutschland der erste Wissenschaftler, welcher aufgrund empirischer Daten auf den Klimawandel aufmerksam machte. Flohn veröffentlichte 1941 seinen ersten Artikel zur globalen Erwärmung, Die Tätigkeit des Menschen als Klimafaktor in der Zeitschrift für Erdkunde. In den späten 1950er Jahren wurde dann erstmals nachgewiesen, dass sich künstlich freigesetztes Kohlendioxid in der Atmosphäre anreichert. Pionierarbeit leistete hierbei der US-Amerikaner Roger Revelle als Direktor der Scripps Institution of Oceanography. Der ebenfalls dort angestellte Charles David Keeling (1928–2005) bestieg 1958 den Berg Mauna Loa auf Hawaii (Big Island) und begann dort mit regelmäßigen Messungen des CO₂-Gehalts in der Atmosphäre. Dabei fand er ein typisches, schwankendes Muster des Kohlendioxidanteils von etwa 5 ppm CO₂ pro Jahr, das auf die im Frühjahr wachsende Vegetation der größeren Landfläche der Nordhalbkugel zurückzuführen ist. Trotz der Schwankungen wurde bald klar, dass der Gesamtanteil des Treibhausgases in der Atmosphäre kontinuierlich anstieg. Beide Phänomene sind gut sichtbar in der sägezahnartig nach oben weisenden, nach ihrem Ersteller benannten Keeling-Kurve.

Gilbert Plass nutzte 1956 erstmals Computer zur genaueren Berechnung der zu erwartenden Erwärmung. Zudem konnte er seine Rechnungen auf ebenso erst seit kurzem verfügbare, erheblich genauere Absorptionsspektren des CO₂ aufbauen. Er erhielt 3,6° als Wert für die Klimasensitivität.^[120]

1969 begann US-Präsident Richard Nixon erste Initiativen zur Koordination umweltpolitischer Maßnahmen auf internationaler Ebene. Angedacht war dabei, dies im Rahmen eines dritten zivilen Standbeins der NATO durchzuführen.^[121] Das Verteidigungsbündnis brachte neben fachlicher Kapazitäten im Bereich Wetterkunde und Atmosphärenphysik insbesondere Erfahrung im Bereich der internationalen Forschungskoordination mit und sollte den direkten Zugang auf Regierungsebene garantieren. Nixons Beauftragter Daniel Patrick Moynihan brachte neben Saurem Regen mit dem (damalige Übersetzung) Gewächshauseffekt auch anthropogene Klimaeinflüsse als zentrales politisches Thema auf die internationale Agenda. Die Initiative wurde von Kanzler Kiesinger zunächst interessiert aufgenommen und intensive Vorarbeiten auf Verwaltungsebene begonnen, aber kurz darauf von der Bundesregierung abschlägig beschieden und damit insgesamt auf Eis gelegt. ^[121]

Die Umweltbewegung der 1970er und 80er Jahre thematisierte zunächts vor allem Umweltverschmutzung, weniger den Klimaaspekt. Anfang der 70er Jahre wurde das wachsende Umweltbewußtsein vom vormaligen Außenminister Willy Brandt unter dem Schlagwort Blauer Himmel über der Ruhr erfolgreich im Wahlkampf genutzt. Bundeskanzler Brandt setzte die Behandlung von Umweltthemen im Rahmen der Nord-Süd-Kommission international federführend durch, die seitdem in der Forschung wie der politischen Koordination zivil und weit über die Grenzen der NATO hinaus stattfindet.

Gefahren einer globalen Erwärmung waren damals in der Öffentlichkeit im Gegensatz zur damals akuten Luftverschmutzung kaum präsent. Die Luftverschmutzung hat zudem über eine globale Verdunkelung mit zu der zwischen den 1940er und 1970er Jahren beobachteten globalen Abkühlung beigetragen. 1979 wurde seitens der National Academy of Sciences im Charney-Report eine kommende, durch anthropogene Treibhausgase bedingte Klimaerwärmung vorausgesagt.^[122] Erste Computerprogramme zur Modellierung des Klimas wurden geschrieben und begannen die Wirkung eines erhöhten CO₂-Gehalts in der Atmosphäre zu simulieren. Im Jahr 1988, dem damals wärmsten seit Beginn der Aufzeichnungen, richtete die internationale Staatengemeinschaft dann ein wissenschaftliches Gremium ein, das systematisch die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf das Klima untersuchen sollte: Das IPCC.

→ Hauptartikel: Intergovernmental Panel on Climate Change

Als internationale Institution wurde 1988 der Zwischenstaatliche Ausschuss über den Klimawandel (Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)) eingerichtet. Er fasst für seine Berichte die weltweiten Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Klimaveränderung zusammen und bildet damit den aktuellen Stand des Wissens in der Klimatologie ab. Die jüngste Zusammenfassung, der Vierte Sachstandsbericht, wurde in drei Teilschritten zwischen Februar und Mai 2007 veröffentlicht. In jedem Sachstandsbericht werden mehrere tausend wissenschaftliche Einzelbeiträge gesichtet und zusammenfassend dargestellt.

Im aktuellen vierten IPCC-Bericht wird als Bandbreite aller Modelle und aller Szenarien bis 2100 eine Erhöhung der bodennahen Lufttemperatur von 1,1 °C bis 6,4 °C und eine Erhöhung des Meeresspiegels von 0,19 m bis 0,58 m prognostiziert. Die hauptsächliche Ursache der Erderwärmung sind mit einer angegebenen Wahrscheinlichkeit von über 90 % „sehr wahrscheinlich“ die menschlichen Emissionen von Treibhausgasen. Das IPCC berücksichtigt auch die von den erwarteten Klimaänderungen verursachten Folgen für die Zivilisation und wägt die Kosten der erwarteten Folgen gegen die Kosten der vorgeschlagenen Maßnahmen ab. Die IPCC-Berechnungen der zukünftig wahrscheinlichen Erwärmung basieren auf diversen Klimamodellen. Insgesamt wurden 400 computerberechnete Simulationen durchgeführt. In Abhängigkeit von den diversen Grundannahmen resultieren unterschiedliche Mengen von Treibhausgasen und Aerosolen, die vom Menschen verursacht werden. Die Daten berücksichtigen dabei auch die Vorhersagen von ökonomischen Modellen.

Die Berichte des IPCC können als Abbildung einer Konsensposition innerhalb der Klimatologie gelten, da sie alle relevanten Informationen und Ergebnisse aus Fachbeiträgen bündeln. Der starke Konsens wird von den wichtigsten nationalen Wissenschaftsakademien unter anderem aller G8-Länder ausdrücklich unterstützt.^{[125][76][126][127][128]} Wenigstens weitere 30 nationale und internationale wissenschaftliche Gesellschaften teilen ebenfalls prinzipiell die IPCC-Positionen, darunter die European Science Foundation^[129] und die European Geosciences Union^[130], die Weltorganisation für Meteorologie (WMO)^[131], die American^[132] und die britische Royal Meteorological Society^[133], die Australian^[134] und die Canadian Meteorological and Oceanographic Society^[135], die American Physical Society^[136] und das Network of African Science Academies.^[137] Diesen Konsens verdeutlicht schließlich auch ein Essay der Wissenschaftshistorikerin Naomi Oreskes, dem zufolge sich in einer Auswahl von 928 Abstracts aus einer wissenschaftlichen Datenbank mit dem Stichwort „global climate change“ unter diesen kein einziger finden ließ, der den grundlegenden vom IPCC vertretenen Thesen widersprochen hätte.^[17]

Eine weitere Möglichkeit, Positionen in der Klimaforschung zu ermitteln, sind Umfragen unter den Wissenschaftlern. Diese können entweder aufgrund selektiver Teilnahme an der Umfrage oder missverständlich formulierten Fragen seitens der Umfragenden zu verzerrten Ergebnissen führen, bieten aber dennoch zumindest eine grobe Orientierung.^[138]

Einer online veröffentlichten internationalen Umfrage aus dem Jahr 2007 zufolge teilen 45-50 % der Klimaforscher die Positionen des IPCC, während jeweils 15-20 % die IPCC-Berichte für unter- oder übertrieben halten. Wenigstens 97 % der teilnehmenden Wissenschaftler bestätigen die Aussage, wonach die menschlichen Emissionen von Kohlendioxid einen wichtigen Bestandteil des Klimasystems darstellen und wenigstens teilweise für die Erwärmung der letzten Jahrzehnte verantwortlich seien.^[139] Dieser Wert wurde auch in einer nachfolgend durchgeführten unabhängigen Umfrage von 2008 bestätigt. Demnach stimmen 97 Prozent der an der Umfrage teilgenommenen Klimaforscher, die auch aktiv in ihrem Fachgebiet publizieren, der Aussage zu: „Menschliche Aktivität ist ein signifikant beitragender Faktor bei der Veränderung der mittleren globalen Temperatur“.^[140]

Bei einer Umfrage im Sommer 2006 unter deutschen Klimaforschern gaben 38 % der Befragten an, die These der anthropogenen Ursachen der Temperaturerhöhung im 20. Jahrhundert gelte als bewiesen, 56 % gaben an, diese These werde hier und dort noch angezweifelt und 5 % zufolge werde diese These noch heftig angezweifelt. 46 % der befragten Klimaforscher gaben an, dass die Klimaentwicklung der letzten 50 Jahre überwiegend vom Verhalten des Menschen beeinflusst sei, 27 % gaben anthropogene und natürliche Faktoren zu gleichen Teilen als wahrscheinlichste Ursache an, 11 % stimmten für überwiegend natürliche Ursachen.^[141] Die Umfrage wurde unter anderem wegen unpräziser Fragestellungen kritisiert, die eine unausgewogene Interpretation der Daten ermöglicht.^[142]

→ Hauptartikel: Klimamodell

In Ermangelung einer Ersatzerde, mit der reale Experimente möglich wären, werden zur Berechnung des globalen Klimas in der Zukunft sehr aufwändige Computermodelle verwendet. Diese benötigen entsprechend leistungsfähige Supercomputer, um in vertretbarer Zeit das Klima zu modellieren.^[143]

Die Modellierung des Klimas befindet sich in einer steten Weiterentwicklung.^{[144][145][146]} Die Berechnung des Klimas anhand von Modellen ist wegen der Komplexität des Klimasystems mit Unsicherheiten verbunden. Diese bringen eine nicht zu vernachlässigende Fehlergrenze besonders bei Berechnungen in die Zukunft mit sich, stellen aber nach derzeitigem Kenntnisstand keine prinzipielle Hürde für die Berechnung von Temperaturen, Niederschlagsverhältnissen und weiteren Effekten der globalen Erwärmung dar. Die verfügbaren Klimamodelle wurden entsprechend angepasst, um den Verlauf des Klimas im 20. Jahrhundert recht genau wiederzugeben, so dass auch Ergebnisse für das 21. Jahrhundert trotz ihrer Fehlerspanne als plausibel angesehen werden können.

Von Klimamodellen nachvollzogene Elemente des Klimas der Erde umfassen neben den selbstverständlichen jahreszeitlichen Übergängen oder dem Tag-Nacht-Wechsel mit unterschiedlicher Genauigkeit auch Besonderheiten wie Vulkanausbrüche, Hitzewellen oder El Niños. Neben den Treibhausgasen in der Atmosphäre werden besonders Aerosole, Wolken, Ozon und Wechselwirkungen mit den Ozeanen wie auch die Einwirkung von solaren Veränderungen berücksichtigt. Dabei wird beispielsweise die Temperaturentwicklung genauer abgebildet als die Verteilung und die Menge von Niederschlägen. Eine Einschränkung der Klimamodelle stellt bislang vor allem ihre räumliche Auflösung dar. Diese erlaubt bereits relativ genaue Berechnungen für die kontinentale Ebene. Regionale Modelle weichen jedoch noch stark von dem tatsächlich beobachteten Klima ab. Die weitere Verfeinerung der regionalen Auflösung stößt einstweilen an die Grenzen des jeweiligen Standes der Computerentwicklung. Diesen Zusammenhang präzisiert eine im Sommer 2006 durchgeführte Studie unter 133 deutschen Klimaforschern ^[141]. Hier gaben ca. 17 % der deutschen Klimaforscher an, die empirischen und theoretischen Voraussetzungen für die Berechnung des Klimas seien "heute schon erfüllt". 67 % der Forscher gaben an, dass die Voraussetzungen "noch nicht, aber in Zukunft erfüllbar" seien, nur 8 % halten dies für "prinzipiell nicht erfüllbar" und die restlichen 8 % hatten keine Meinung. Es wird weltweit sehr intensiv an der Verfeinerung der Klimamodelle geforscht.

• Kontroverse um die globale Erwärmung
• Strahlungshaushalt der Erde
• Meteorologie
• Ökobilanz
• Die Grenzen des Wachstums

• Kirstin Dow und Thomas E. Downing: Weltatlas des Klimawandels - Karten und Fakten zur globalen Erwärmung. Europäische Verlagsanstalt (eva) 2007, ISBN 978-3-434-50610-2
• Hartmut Graßl: Wetterkatastrophen und Klimawandel. Sind wir noch zu retten? Pg Verlag, München 2005, ISBN 3-937624-80-5
• Intergovernmental Panel on Climate Change: Climate Change 2007. Vierter Sachstandsbericht des IPCC, Berichte der Arbeitsgruppe 1: The Physical Science Basis, der Arbeitsgruppe 2: Impacts, Adaptation and Vulnerability, und der Arbeitsgruppe 3: Mitigation of Climate Change (englisch)
• Le Monde diplomatique: Atlas der Globalisierung spezial: Klima. taz, Berlin 2008, ISBN 978-3-937683-16-4
• Hermann Ott und Heinrich-Böll-Stiftung: Wege aus der Klimafalle. oekom Verlag 2007, ISBN 978-3-86581-088-5
• Stefan Rahmstorf und Hans Joachim Schellnhuber: Der Klimawandel. Beck, München 2006, ISBN 3-406-50866-9
• Hans Joachim Schellnhuber, W. Cramer, N. Nakicenovic, T. Wigley, G. Yohe (Hrsg.): Avoiding Dangerous Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge 2006, ISBN 0-521-86471-2 (englisch)
• Christian D. Schönwiese: Klimatologie. Ulmer, Stuttgart 2003 (2. Aufl.), ISBN 3-8252-1793-0

• Website des IPCC und dessen Vierter Sachstandsbericht (englisch)
• Hamburger Bildungsserver: Materialsammlung zum Thema Klima – basierend auf den Ergebnissen des Vierten IPCC-Berichts 2007 und das Klimawiki
• Agenda 21: Lexikon Klimawandel, Klimaerwärmung, Klimageschichte
• Klimawandel-Dossier bei der Bundeszentrale für politische Bildung
• Spencer Weart: The Discovery of Global Warming, Geschichte der Wissenschaft über den menschlichen Klimawandel (englisch)
• Current Greenhouse Gas Concentrations – regelmäßig aktualisierte Seite mit Messwerten der Treibhausgaskonzentrationen (englisch)
• Christian-D. Schönwiese und Reinhard Janoschitz 2008: Klima-Trendatlas Europa 1901-2000 PDF-Datei 11 MB
• Klimawandel – Warum ändert sich unser Klima? (UmweltWissen - Bayerisches Landesamt für Umwelt; PDF-Datei; 326 kB)

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