Kipp-Punkte im Klimasystem: Es ist kompliziert

Regelmäßig wird davor gewarnt, dass der Klimawandel zu “Kipp-Punkten” führen kann: irreversible Situationen, in denen sich Savanne schnell in Wüste verwandeln kann oder der warme Golfstrom einfach aufhört zu fließen. Diese Warnungen beziehen sich oft auf räumliche Muster als Frühwarnsignale für Kipppunkte. Ein internationales Team von Ökologen und Mathematikern der Universitäten von Utrecht und Leiden hat diese Muster untersucht und ist zu einem überraschenden Ergebnis gekommen.

“Ja, wir müssen alles tun, was wir können, um den Klimawandel aufzuhalten”, so die Autoren in voller Übereinstimmung mit dem jüngsten IPCC-Bericht. “Aber die Erde ist viel widerstandsfähiger als bisher angenommen. Das Konzept der Kipp-Punkte ist zu einfach.” Die Wissenschaftler haben ihre Arbeit kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Die Bildung von räumlichen Mustern in Ökosystemen, wie die spontane Bildung komplexer Vegetationsmuster, wird oft als Frühwarnsignal für einen kritischen Übergang erklärt. Aber diese Muster scheinen es Ökosystemen tatsächlich zu ermöglichen, solchen Kipppunkten auszuweichen. Diese Erkenntnisse beruhen auf mathematischen Analysen von räumlichen Modellen und neuen Beobachtungen aus realen Ökosystemen.

Spontan entstehende Muster in der Natur werden oft als “Turing-Muster” bezeichnet, benannt nach dem berühmten britischen Mathematiker Alan Turing. Er beschrieb 1952, wie sich Muster in der Natur, wie etwa die Streifen auf dem Fell von Tieren, aus einer homogenen Ausgangslage heraus entwickeln können. In der Ökologie werden die Turing-Muster oft als Frühwarnsignale erklärt, weil sie auf Störungen hinweisen.

Turings Mechanismus der Musterbildung ist nach wie vor unumstritten. Aber die Tatsache, dass sich irgendwo ein Muster bildet, bedeutet nicht unbedingt, dass ein Gleichgewicht über einen Kipppunkt hinaus gestört ist. Ein Beispiel ist der Übergang von der Savanne zur Wüste. Dort kann man alle möglichen komplexen räumlichen Formen beobachten. Es handelt sich um eine räumliche Neuordnung, aber nicht unbedingt um einen Kipppunkt. Im Gegenteil: Diese sich wandelnden Muster sind eigentlich ein Zeichen von Anpassungsfähigkeit des Ökosystems.



Die Forscher entdeckten ein interessantes neues Phänomen in der Ökologie: Multistabilität. Das bedeutet, dass viele verschiedene räumliche Muster unter denselben Umständen gleichzeitig auftreten können. Jedes dieser Muster kann unter einer Vielzahl von Bedingungen und Klimaveränderungen stabil bleiben. Außerdem haben die Forscher festgestellt, dass jedes komplexe System, das groß genug ist, um räumliche Muster zu erzeugen, auch Kipppunkte umgehen kann.

Die Frage ist nun: Welche Systeme sind kippanfällig und welche nicht? Das bedeutet, dass weiter geforscht werden muss, um die genaue Rolle von Kipppunkten zu verstehen. Nur dann lässt sich feststellen, welche Bedingungen und räumlichen Muster zu Kipppunkten führen und welche nicht.

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