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System Erde: Katastrophen und "Tipping Points"

Copyright by Michael Bockhorst Samstag, 13. Februar 2010

Die bekanntesten Aussagen der Klimaforschung beziehen sich auf die langsame und langfristige Änderung von Temperaturen, Niederschlagsmengen usw. Zunehmend geraten aber auch spontane Änderungen im System Erde in den Fokus.

Beispiel katastrophales Ereignis - brechender Holzstab

Was sind Katastrophen?

Hier denkt man spontan an große Unglücke, die viele Menschen Not oder Tod bringen. Oft sind geologische oder meteorologische Katastrophen die Ursache. Diese ursächlichen Katastrophen haben alle eines gemeinsam: Ein Parameter im System wird stetig verändert. Ab einem bestimmten Wert dieses Parameters weicht das System nicht mehr stetig aus. Das System erfährt vielmehr einen Zustandswechsel.

Beispiele für Katastrophen

Als erstes Beispiel dient das Brechen eines dünnen Holzstabes. Dabei wird der Stab zunehmend gekrümmt. Der Kraftaufwand dazu steigt stetig, die Krümmung des Holzstabes wird immer stärker. Bis der Holzstab bricht. Der Holzstab erfährt dabei den Übergang vom Zustand "intakter Holzstab" zu "zwei Teile". Die Bildfolge haben Sie im Aufmacher-Text sicher schon entdeckt.

Als zweites Beispiel dient das Dehnen eines Verpackungs-Gummis. In weiten Bereichen ist die Dehnungskraft der Länge des Gummis sogar proportional. Das bedeutet, dass die aktuelle Länge z.B. bei doppelter Kraft auf das doppelte erhöht wird. Bis das Gummi reißt. Auch hier erfährt das "gestresste" Objekt einen Zustandswechsel: Von einem Ring zu einem nicht mehr geschlossen Stück Gummi-Schnur. Auch dies ist in einer Bildfolge dargestellt:

Beispiel katastrophales Ereignis - reissendes Gummiband

Erdbeben entstehen auf ähnliche Weise: Zwei Kontinentalplatten, die seitlich zueinander driften, können sich verhaken. Die Platten wandern zwar als solche noch immer. Aber die Platten bauen eine innere Spannung auf, weil sie sich an der Region, die verhakt ist, nicht bewegen können. Diese innere Verformung der Kontinentalplatten wird nicht bemerkt. Bricht nun das Gestein in dem Bereich der verhakten Berührungsflächen, kann sich die langsam aufgestaute Spannung plötzlich "entladen". Dabei schnellen die Ränder der Kontinentalplatten in ihre "entspannte" Form zurück. Diese Bewegung ist dann als Erdstoß oder schweres Erdbeben spürbar und führt im Falle schwerer Erdbeben zu den Katastrophen, die wir gut wahrnehmen. Etwa dem schweren Tsunami im indischen Ozean (2004) oder dem schweren Erdbeben in Haiti (2010).

"Tipping Points", auch Kipp-Punkte genannt

Kipp-Punkte in Systemen sind solche Zustände, bei denen ein System seinen Zustand schlagartig wechselt. Der Begriff Kipp-Punkt kann leicht verstanden werden, wenn man z.B. eine Vase durch seitlichen Druck mit dem Finger aus der Senkrechten bringt. Je höher der Druck, desto "schräger" die Lage. Bis die Vase unaufhaltsam umkippt, zumindest, wenn man sie lässt. (Bitte machen Sie eigene Versuche nicht unbedingt mit einer Glas-Vase, sondern verwenden Sie einen Kunstoffbecher! Das gibt weniger Ärger.)

Aber Kipp-Punkte müssen nicht zu einem augenfälligen Kippen führen. Wir haben bereits 3 Beispiele für Kipp-Punkte kennengelernt: Ein reißendes Verpackungsgummi, einen brechenden Holzstab und die Entstehung von Erdbeben. Kipp-Punkte können auch viel subtiler in Systemen verborgen sein. Dazu ein prominentes Beispiel aus der aktuellen Klimawandel-Diskussion:

Der arktische Eisschild des Nordpols besteht aus einer auf dem Meer schwimmenden Eisschicht. Zum Verständnis dieses Systems ist es wichtig zu wissen, dass Eis 70-90 Prozent des Sonnenlichtes reflektiert, während Meerwasser nur 10 Prozent des Sonnenlichtes zurückwirft. Wenn jedes Jahr 1 Meter einer solchen Eisschicht abschmelzen würde und die Eisschicht 20 Meter stark wäre, würde sich der Reflektionsgrad in den ersten 20 Jahren praktisch nicht verändern. Im Jahr 21 wäre das Eis weg. Damit würde 3 bis 4mal mehr Energie in der Arktis absorbiert. Sie würde sich deutlich erwärmen.

Mit dem letzten Beispiel haben wir gelernt, dass dsa System Erde ebenfalls Unter-Systeme besitzt, die bei stetiger Veränderung von Umgebungsbedingungen plötzlich in einen neuen Zustand gelangen können. Allerdings bereiten die realen Teilsysteme der Erde große Probleme, will man sie gut verstehen und Prognosen über ihre zukünftige Entwicklung anstellen. Reals Teilsysteme haben keine gleichmäßige Eisdicke und verändern diese im Jahreszeiten-Rhythmus, Russpartikel aus Europa können den Reflektionsgrad der Schneeschichten vermindern, zusätzliche Schneefälle können das Eis wieder aufstocken und: Die Teilsysteme unseres Planeten sind miteinander verzahnt.

Klimaforscher sind nicht zu beneiden

Die Klimaforschung hat als Objekt der Forschung ein Biest: Eine 10-köpfige Hydra, deren Köpfe ständig nachwachsen, sobald man einen abgeschlagen hat. Oder im Bild der Klimaforschung: Hat man ein Teilsystem besser verstanden, muss die Kopplung mit anderen Systemen neu erkundet und angepasst werden.

So wichtig die kritische Auseinandersetzung mit den Ergebnissen der Klimaforschung und dem IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Chance) ist, so wichtig ist die Unterstützung guter Klimaforschung. Die Klimaforschung als solche sollte aber auch eines vermeiden: Hysterie und Alarmismus. Was nicht bedeutet, das alarmierende Entwicklungen oder drohende Katastrophen unter den Tisch gekehrt werden.

Gefährliche Entwicklungen müssen so vermittelt werden, dass sie von allen Bürgern richtig eingeordnet werden können. Erst dann wächst das Verständnis für die potentielle Probleme eines Klimawandels, für die Ursachen und für Handlungsoptionen.

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