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}} und politische Maßnahmen. Eine dieser Maßnahmen war die Einberufung des Intergovernmental Panel on Climate Change. (IPCC, im Deutschen oft als „Weltklimarat“ bezeichnet). Der Einschätzung des IPCC und dem gegenwärtigem wissenschaftlichem Verständnis folgend ist es „sehr wahrscheinlich“,Die Aussage folgt dem wissenschaftlichen Sprachgebrauch des vierten IPCC-Bericht, wonach „sehr wahrscheinlich“ eine mindestens 90-prozentige Wahrscheinlichkeit bedeutet. dass eine Verstärkung des natürlichen Treibhauseffektes durch menschliches Einwirken für die oben beschriebenen Temperaturanstiege ursächlich ist.Intergovernmental Panel on Climate Change (2007): [http://www.ipcc.ch/ipccreports/ar4-wg1.htm IPCC Fourth Assessment Report - Working Group I Report on "The Physical Science Basis"] mit Zusammenfassung für Entscheidungsträger [http://www.ipcc.ch/pdf/reports-nonUN-translations/deutch/IPCC2007-WG1.pdf deutsch]Hansen, J., Mki. Sato, R. Ruedy u. a. (2005): Efficacy of climate forcings. In: Journal of Geophysical Research, 110, D18104, {{DOI|10.1029/2005JD005776}} [http://pubs.giss.nasa.gov/docs/2005/2005_Hansen_etal_2.pdf (PDF, 20,5 MB)] Die anthropogene Erwärmung entsteht durch Verbrennen fossiler Brennstoffe, durch weltumfassende Entwaldung sowie Land- und insbesondere Viehwirtschaft. Dadurch wird das Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂) sowie weitere Treibhausgase wie Methan und Lachgas in der Erdatmosphäre angereichert, so dass die Wärmeabstrahlung von der Erdoberfläche in das Weltall erschwert wird.

Der mit Abstand größte Teil der abgelaufenen wie auch der erwarteten anthropogenen Erwärmung ist auf den bisherigen und bis heute zunehmenden Konzentrationsanstieg des Treibhausgases Kohlendioxid zurückzuführen. Durch starke Rückkopplungsprozesse ist die direkte Wärmewirkung des Kohlendioxids jedoch mit hoher Wahrscheinlichkeit deutlich kleiner als die erwarteten, aus der Erwärmung resultierenden, ebenfalls wärmenden Sekundäreffekte.

Bis zum Jahr 2100 wird, abhängig vom künftigen Treibhausgasausstoß und der tatsächlichen Reaktion des Klimasystems darauf (=Klimasensitivität), eine Erwärmung um 1,1 bis 6,4 °C erwartet. Dies hätte eine Reihe von Folgen: Verstärkte Gletscherschmelze, steigende Meeresspiegel, veränderte Niederschlagsmuster, zunehmende Wetterextreme, u.a. Die Vielzahl der Konsequenzen, die sich je nach Ausmaß der Erwärmung ergeben, ist kaum abschätzbar. Die große Schwankungsbreite der Temperaturprognosen ist weniger auf ein fehlendes Verständnis der natürlichen Prozesse, als viel mehr der unbekannten Reaktion der Menschheit auf die sich verändernden Bedingungen zuzurechnen.

Nationale und internationale Klimapolitik zielt sowohl auf die Vermeidung des Klimawandels wie auch auf die Anpassung an die zu erwartende Erwärmung ab.

Der wissenschaftliche Erkenntnisstand zur globalen Erwärmung wird durch den IPCC 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 Hauptgrundlage der politischen und wissenschaftlichen Diskussion des Themas wie auch der Aussagen dazu in diesem Artikel. Die IPCC-Darstellung und die daraus zu ziehenden Folgerungen stehen zugleich im Mittelpunkt der Kontroverse um die globale Erwärmung.

Klimaforschung

{{Hauptartikel|Klimatologie}}

Die Kenntnisse über die Ursachen und Folgen der globalen Erwärmung fußen hauptsächlich auf wissenschaftlichen Erkenntnissen aus der Klimaforschung.

Wissenschaftsgeschichte der globalen Erwärmung

{{Hauptartikel|Wissenschaftsgeschichte der globalen Erwärmung}}

Aufbauend auf die Entdeckung des Treibhauseffektes durch Jean Baptiste Joseph Fourier im Jahr 1824, identifizierte John Tyndall 1862 einige der für diesen Effekt verantwortlichen Gase, allen voran Wasserdampf und Kohlendioxid. Hieran anknüpfend, veröffentlichte Svante ArrheniusJaime Wisniak: Svante Arrhenius and the Greenhouse Effect. Indian Journal of Chem Technology 9 (2002) S. 165–173. 1896 als erster die Hypothese, dass die anthropogene CO₂-Anreicherung in der Atmosphäre die Erdtemperatur erhöhen könne,Svante Arrhenius (1896): On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground. In: Philosophical Magazine and Journal of Science, Vol. 41, S. 239–276 [http://www.globalwarmingart.com/images/1/18/Arrhenius.pdf (PDF, 8 MB)] womit die „Wissenschaft von der globalen Erwärmung“ im engeren Sinne begann.

In den späten 1950er Jahren wurde erstmals nachgewiesen, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre ansteigt. Auf Initiative von Roger Revelle startete Charles David Keeling 1958 auf dem Berg Mauna Loa (Hawaii, Big Island) regelmäßige Messungen des CO₂-Gehalts der Atmosphäre (Keeling-Kurve). Gilbert Plass nutzte 1956 erstmals Computer und erheblich genauere Absorptionsspektren des CO₂ zur Berechnung der zu erwartenden Erwärmung. Er erhielt 3,6 °C als Wert für die Klimasensitivität.The Carbon Dioxide Theory of Climatic Change, G.N. Plass, Tellus 8, S. 140–154, 1956 [http://pale.nsdl.org/cac/global_warming/Plass_1956.pdf Online, PDF]

1979 schrieb die National Academy of Sciences der USA im sog. Charney-Report, dass ein Anstieg der Kohlendioxidkonzentration ohne Zweifel mit einer signifikanten Klimaerwärmung verknüpft sei. Deutliche Effekte seien aufgrund der Trägheit des Klimasystems jedoch erst in einigen Jahrzehnten zu erwarten.Charney Report [http://www.atmos.ucla.edu/~brianpm/download/charney_report.pdf Online, PDF] Die ersten Computerprogramme zur Modellierung des Weltklimas wurden Anfang der 1980er Jahre geschrieben.

Das IPCC

{{Hauptartikel|Intergovernmental Panel on Climate Change}}

Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) wurde 1988 vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) gemeinsam mit der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) eingerichtet und ist der 1992 abgeschlossenen Klimarahmenkonvention beigeordnet. Das IPCC fasst für seine im Abstand von etwa 6 Jahren erscheinenden Berichte die weltweiten Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Klimaveränderung zusammen und bildet damit den aktuellen Stand des Wissens in der Klimatologie ab. Der Vierte Sachstandsbericht wurde 2007 veröffentlicht. Der Fünfte Sachstandsbericht wird voraussichtlich 2013 erscheinen.

Wie sicher sind die Erkenntnisse?

Seit über 100 Jahren ist die wärmende Wirkung von Treibhausgasen bekannt, deren Konzentrationsanstieg in der Erdatmosphäre dann Mitte der 50er Jahre des vorigen Jahrhunderts sicher nachgewiesen werden konnte. Da Schwankungen der Sonnenaktivität erst mit den Mitte der 1970er Jahre verfügbaren Satelliten hinreichend genau messbar waren, konnte bis in die 1980er Jahre nicht zweifelsfrei festgestellt werden, ob die damals gemessene Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur eine Folge der gestiegenen Treibhausgaskonzentration war. Bis in die 1980er Jahre war die anthropogene globale Erwärmung in Lehrbüchern zur Klimatologie daher als noch unbelegte Hypothese beschrieben.

Die seit Mitte der 1970er Jahre festgestellte, ausgeprägte und bis heute ununterbrochene Klimaerwärmung kann mit Hilfe der seitdem deutlich verbesserten Messtechnik nicht primär auf solare Einflüsse oder andere natürliche Faktoren zurückgeführt werden, da sich diese seit dieser Zeit nur minimal veränderten. Während im dritten Sachstandsbericht des IPCC noch angegeben wurde, es sei „wahrscheinlich“, dass die festgestellte Erwärmung auf anthropogene Einflüsse zurückgeführt werden kann, wurde diese Aussage im vierten Sachstandsbericht von 2007 korrigiert; es heißt dort, der menschliche Einfluss sei „sehr wahrscheinlich“. Das IPCC schätzt den Grad des wissenschaftlichen Verständnisses über die Wirkungen von Treibhausgasen als „hoch“ ein.

Der in den IPCC-Berichten zum Ausdruck gebrachte wissenschaftliche Konsens wird von den wichtigsten nationalen Wissenschaftsakademien unter anderem aller G8-Länder ausdrücklich unterstützt.Royal Society (2001): The Science of Climate Change [http://www.royalsociety.org/displaypagedoc.asp?id=13619 (PDF)]Gemeinsame Stellungnahme der nationalen Wissenschaftsakademien der G8-Länder sowie Brasiliens, Indiens und Chinas. Herausgegeben von The Royal Society 2005: Joint science academies’ statement: Global response to climate change. Ref 08/05 [http://www.royalsoc.ac.uk/displaypagedoc.asp?id=20742 (PDF)]The National Academies (2007): Joint science academies’ statement on growth and responsibility: sustainability, energy efficiency and climate protection [http://www.nationalacademies.org/includes/G8Statement_Energy_07_May.pdf (PDF)]The National Academies (2008): Joint Science Academies’ Statement: Climate Change Adaptation and the Transition to a Low Carbon Society [http://www.nationalacademies.org/includes/climatechangestatement.pdf (PDF)]Siehe hierzu auch den englischen Wikipedia-Artikel Scientific opinion on climate change

die Australian[http://www.amos.org.au/publications/cid/3/t/publications AMOS Statement on Climate Change], die Canadian Meteorological and Oceanographic Society[http://www.cmos.ca/climatechangepole.html Position Statement on Global Warming] - Canadian Meteorological and Oceanographic Society (Updated, 2007), die American Physical SocietyAmerican Physical Society: [http://www.aps.org/policy/statements/07_1.cfm National Policy - 07.1: CLIMATE CHANGE] und das Network of African Science Academies.Network of African Science Academies (2007): Joint statement by the Network of African Science Academies (NASAC) to the G8 on sustainability, energy efficiency and climate change [http://www.interacademies.net/Object.File/Master/4/825/NASAC%20G8%20statement%2007%20-%20low%20res.pdf (PDF)] Einem Essay der Wissenschaftshistorikerin Naomi Oreskes aus dem Jahre 2004 zufolge ließ sich in einer Auswahl von 928 Abstracts aus einer wissenschaftlichen Datenbank mit dem Stichwort „global climate change“ kein einziges Abstract finden, das den grundlegenden, vom IPCC vertretenen Thesen widersprochen hätte.

Umfragen unter den Wissenschaftlern bieten eine Orientierung, wie sehr der in den IPCC-Berichten wiedergegebene Konsens unter Experten verbreitet ist.Siehe hierfür beispielsweise die Diskussionsbeiträge von Hans von Storch und Dennis Bray auf Climate Feedback: [http://blogs.nature.com/climatefeedback/2007/08/climate_scientists_views_on_cl_1.html Climate scientists' views on climate change: a survey], von Gavin Schmidt auf [http://www.realclimate.org/index.php/archives/2008/09/a-new-survey-of-scientists/ RealClimate.org: A new survey of scientists] vom 29. September 2008, oder von Stefan Rahmstorf in der KlimaLounge: [http://www.wissenslogs.de/wblogs/blog/klimalounge/allgemein/2008-11-10/seltsame-umfragen-von-storch-bray Seltsame Umfragen], [http://www.wissenslogs.de/wblogs/blog/klimalounge/allgemein/2008-11-11/seltsame-umfragen-post-kepplinger Seltsame Umfragen 2] und [http://www.wissenslogs.de/wblogs/blog/klimalounge/allgemein/2008-11-12/expertenbefragungen Seltsame Umfragen 3] Einer Umfrage aus dem Jahr 2007 zufolge bestätigen wenigstens 97 % der teilnehmenden Wissenschaftler 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.Brown, Fergus W.M., Roger A. Pielke, Sr., und James D. Annan (2007): Is there agreement amongst climate scientists on the IPCC AR4 WG1? Unveröffentlichte Studie [http://www.jamstec.go.jp/frsgc/research/d5/jdannan/survey.pdf (PDF)] Dies wurde auch in einer Umfrage von 2008 bestätigt. Demnach stimmen 97 Prozent der befragten 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“.Im Original: „Human activity is a significant contributing factor in changing mean global temperatures.“ Quelle: Doran, Peter T.; Kendall Zimmerman, Maggie (2009): Examining the Scientific Consensus on Climate Change. In: Eos, Vol. 90, No. 3, 20. Januar 2009 [http://tigger.uic.edu/~pdoran/012009_Doran_final.pdf (PDF)]

Klimaskepsis

{{Hauptartikel|Kontroverse um die globale Erwärmung}}

Der Themenkomplex der globalen Erwärmung war seit jeher Gegenstand kontroverser Diskussionen mit wechselnden Schwerpunkten. Während zu Anfang des 20. Jahrhunderts gezweifelt wurde, ob die theoretisch vorhergesagte Erwärmung messtechnisch überhaupt nachweisbar sei, wurde, als eine Erwärmung schließlich sichtbar wurde, gezweifelt, ob diese Erwärmung tatsächlich vom Menschen ausgelöst war. Von manchen Gruppen wird für die kommenden Jahrzehnte sogar eine globale Abkühlung vorausgesagt.Fritz Vahrenholt: Die kalte Sonne: Warum die Klimakatastrophe nicht stattfindet, Hoffmann und Campe, Hamburg 2012, ISBN 978-3-455-50250-3

Da der direkt wärmende Effekt der Treibhausgase nur ca. ein Drittel der erwarteten Erwärmung ausmacht und der größte Teil eine Folge nur schwer genau quantifizierbarer Rückkopplungsvorgänge ist, ist das Ausmaß der erwarteten Erwärmung ein Aspekt der Diskussion. Ebenso ist die kommende Klimaerwärmung möglicherweise historisch einzigartig, weswegen über einzelne Folgen dieser Erwärmung bisweilen nur spekuliert werden kann. Zwangsläufig ergeben sich damit auch Streitpunkte, wie von politischer Seite reagiert werden solle.

Ursachen

miniatur|Wachstumstrend der wichtigsten anthropogenen Treibhausgase zwischen 1978 und 2010. Kohlendioxid (links oben) und Lachgas (rechts oben) steigen unvermindert weiter an, während Methan (links unten) seit 1999 zunächst einige Jahre konstant blieb und erst jüngst wieder zunahm. FCKWs/FKWs (rechts unten) bleiben dank des [[Montreal-Protokoll|Montrealer Protokolls zum Schutz der Ozonschicht stabil bzw. nehmen teilweise sogar leicht ab.]]

In der Klimatologie ist es heute Konsens, dass die gestiegene Konzentration der vom Menschen in die Erdatmosphäre freigesetzten Treibhausgase mit hoher Wahrscheinlichkeit die wichtigste Ursache der globalen Erwärmung ist,Naomi Oreskes (2004): The Scientific Consensus on Climate Change. In: Science Vol. 306 vom 4. Dezember (korrigiert: 21. Januar 2005) [http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/306/5702/1686.pdf (PDF, 81 KB)] da ohne sie die gemessenen Temperaturen nicht zu erklären sind.Meehl, Gerald A., Warren M. Washington, Caspar M Ammann, Julie M. Arblaster, T. M. L. Wigleiy und Claudia Tebaldi (2004): Combinations of Natural and Anthropogenic Forcings in Twentieth-Century Climate. In: Journal of Climate, Vol. 17, 1. Oktober, S. 3721–3727 [http://www.cgd.ucar.edu/ccr/publications/meehl_additivity.pdf (PDF)]Hansen, James u. a. (2007): Dangerous human-made interference with climate: a GISS modelE study. In: Atmospheric Chemistry and Physics, Vol. 7, S. 2287–2312 [http://pubs.giss.nasa.gov/docs/2007/2007_Hansen_etal_1.pdf (PDF, 6 MB)]Gabriele C. Hegerl, Thomas R. Karl, Myles Allen u. a.: Climate Change Detection and Attribution: Beyond Mean Temperature Signals. In: Journal of Climate, Vol. 19, Special Section, 15. Oktober 2006, S. 5058–5077, {{DOI|10.1175/JCLI3900.1}} [http://www.cru.uea.ac.uk/~nathan/pdf/hegerletal_jclimate_clivar.pdf (PDF)]

Treibhauseffekt

Treibhausgase lassen die von der Sonne kommende kurzwellige Strahlung weitgehend ungehindert auf die Erde durch, absorbieren aber einen Großteil der von der Erde ausgestrahlten Infrarotstrahlung. Dadurch erwärmen sie sich und emittieren selbst Strahlung im längerwelligen Bereich (vgl. Kirchhoffsches Strahlungsgesetz). Der in Richtung der Erdoberfläche gerichtete Strahlungsanteil wird als atmosphärische Gegenstrahlung bezeichnet. Hierdurch erwärmt sich die Erdoberfläche stärker als wenn allein die kurzwellige Strahlung der Sonne sie erwärmen würde. Das IPCC schätzt den Grad des wissenschaftlichen Verständnisses über die Wirkung von Treibhausgasen als „hoch" ein.

Das Treibhausgas Wasserdampf (H₂O) trägt mit 36-66%, Kohlendioxid (CO₂) mit 9-26%, und Methan mit 4-9% zum natürlichen Treibhauseffekt bei.Windows to the universe [http://www.windows2universe.org/earth/climate/greenhouse_effect_gases.html The greenhouse effekt and greenhouse gases] Die große Bandbreite erklärt sich folgendermaßen: Einerseits gibt es sowohl örtlich wie auch zeitlich große Schwankungen in der Konzentration dieser Gase. Zum Anderen überlappen sich deren Absorptionsspektren. Beispiel: Strahlung, die von Wasserdampf bereits absdorbiert wurde, kann von Kohlendioxid nicht mehr absorbiert werden. Das bedeutet, dass in einer (Eis-)Wüste, in der Wasserdampf nur wenig zum Treibhauseffekt beiträgt, die übrigen Treibhausgase mehr zum Gesamttreibhauseffekt beitragen, als in den feuchten Tropen.

Da die genannten Treibhausgase natürliche Bestandteile der Atmosphäre sind, wird die von ihnen verursachte Temperaturerhöhung als natürlicher Treibhauseffekt bezeichnet. Der natürliche Treibhauseffekt führt dazu, dass die Durchschnittstemperatur der Erde bei +14°C liegt. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt läge sie bei ca. -18°C.Roedel W.: Physik unserer Umwelt: Die Atmosphäre. 2. Auflage, Springer, Berlin 1994, ISBN 3-540-57885-4(S. 16)

Seit der Industriellen Revolution verstärkt der Mensch den natürlichen Treibhauseffekt durch den Ausstoß von Treibhausgasen, wie messtechnisch belegt werden konnte.R. Philipona, B. Dürr, C. Marty, A. Ohmura, M. Wild (2004): Radiative forcing – measured at Earth's surface – corroborate the increasing greenhouse effect. In: Geophysical Research Letters, Vol. 31, 6. Februar, [http://www.agu.org/pubs/crossref/2004/2003GL018765.shtml online]J.E. Harries, H.E. Brindley, P.J. Sagoo, R.J. Bantges (2001): Increases in greenhouse forcing inferred from the outgoing longwave radiation spectra of the Earth in 1970 and 1997. Ioughties’ confi Vol. 410, S. 355–357, 15. März, [http://www.nature.com/nature/journal/v410/n6826/abs/410355a0.html online]

Konzentrationsanstieg der wichtigsten Treibhausgase

{{Hauptartikel|Treibhausgas}}

Der Anteil aller vier Bestandteile des natürlichen Treibhauseffekts in der Atmosphäre ist seit dem Beginn der industriellen Revolution gestiegen.

Die Konzentration von CO₂ etwa ist vor allem durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe, durch die Zementindustrie und großflächige Entwaldung seit Beginn der Industrialisierung von vorindustriell ca. 280 ppm um 39% auf ca. 390 ppmV (parts per million, Teile pro Million Volumenanteil) im Jahr 2011 gestiegen.[http://www.globalcarbonproject.org/carbonbudget/10/hl-compact.htm Carbon Budget 2010], Bericht des Global Carbon Project von 2010 Dies ist wahrscheinlich der höchste Wert seit wenigstens 15 bis 20 Millionen Jahren.Prentice, I., u. a. (2001): The Carbon Cycle and Atmospheric Carbon Dioxide. in IPCC 2001: Climate Change 2001: The Scientific Basis (S. 185), siehe [http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/096.htm online]Aradhna K. Tripati, Christopher D. Roberts, Robert A. Eagle: Coupling of CO2 and Ice Sheet Stability Over Major Climate Transitions of the Last 20 Million Years, in Science, 4 December 2009: Vol. 326. no. 5958, S. 1394–1397 [http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1178296 Abstract Online] Nach Messungen aus Eisbohrkernen betrug die CO₂-Konzentration in den letzten 800.000 Jahren nie mehr als 300 ppmV.Siegenthaler, Urs, Thomas F. Stocker, Eric Monnin, Dieter Lüthi, Jakob Schwander, Bernhard Stauffer, Dominique Raynaud, Jean-Marc Barnola, Hubertus Fischer, Valérie Masson-Delmotte und Jean Jouzel (2005): Stable Carbon Cycle–Climate Relationship During the Late Pleistocene. In: Science, Vol. 310, No. 5752, S. 1313–1317, 25. November, siehe Abstract [http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/310/5752/1313/ online]Dieter Lüthi, Martine Le Floch, Bernhard Bereiter, Thomas Blunier, Jean-Marc Barnola, Urs Siegenthaler, Dominique Raynaud, Jean Jouzel, Hubertus Fischer, Kenji Kawamura und Thomas F. Stocker (2008): High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000–800,000 years before present. In: Nature. Vol. 453, S. 379–382, [http://www.nature.com/nature/journal/v453/n7193/full/nature06949.html online]

Der Volumenanteil von Methan stieg von 730 ppbV im Jahr 1750 auf 1.741 ppbV (parts per billion, Teile pro Milliarde Volumenanteil) im Jahr 1998 an. Dies ist ein Anstieg um 148% und wie bei Kohlendioxid der höchste Stand seit mindestens 800.000 Jahren.Laetitia Loulergue, Adrian Schilt, Renato Spahni, Valérie Masson-Delmotte, Thomas Blunier, Bénédicte Lemieux, Jean-Marc Barnola, Dominique Raynaud, Thomas F. Stocker und Jérôme Chappellaz (2008): Orbital and millennial-scale features of atmospheric CH4 over the past 800,000 years. In: Nature. Vol. 453, S. 383–386, [http://www.nature.com/nature/journal/v453/n7193/full/nature06950.html online] Als eine der Ursachen hierfür ist die ViehhaltungMaurice E. Pitesky, Kimberly R. Stackhouse, and Frank M. Mitloehner, Clearing the Air: Livestock’s Contribution to Climate Change. In Donald Sparks, editor: Advances in Agronomy, Vol. 103, Burlington: Academic Press, 2009, S. 1–40. anzuführen, gefolgt von weiteren landwirtschaftlichen Aktivitäten wie dem Anbau von Reis. Das Treibhauspotenzial von 1 kg Methan ist, auf einen Zeitraum von 100 Jahren betrachtet, 25 mal höher als das von 1 kg Kohlenstoffdioxid. Nach einer neueren Untersuchung beträgt dieser Faktor sogar 33, wenn Wechselwirkungen mit atmosphärischen Aerosolen berücksichtigt werden.Shindell, D. T.; Faluvegi, G.; Koch, D. M.; Schmidt, G. A.; Unger, N. und Bauer, S. E. (2009): Improved attribution of climate forcing to emissions. Science 326, Nr. 5953, S. 716–718. In einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre wird Methan jedoch oxidiert, meist durch Hydroxyl-Radikale. Ein einmal in die Atmosphäre gelangtes Methan-Molekül hat dort eine durchschnittliche Verweilzeit von zwölf Jahren.P. Forster, P., V. Ramaswamy et al.: Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge und New York 2007, S. 212, ([http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-chapter2.pdf PDF])

Im Kontrast dazu liegt die Verweildauer von Kohlendioxid teilweise im Bereich von Jahrhunderten. Die Ozeane nehmen atmosphärisches Kohlendioxid zwar sehr rasch auf: Ein CO₂-Molekül wird nach durchschnittlich 5 Jahren in den Ozeanen gelöst. Diese geben es jedoch aber auch wieder an die Atmosphäre ab, so dass ein Teil des vom Menschen emittierten Kohlendioxids letztlich für mehrere Jahrhunderte (ca. 30%) und ein weiterer Teil (ca. 20%) sogar für Jahrtausende im Kohlenstoffkreislauf von Hydrosphäre und Atmosphäre verbleibt.Nature Reports Climate Change Published online: 20 November 2008 | doi:10.1038/climate.2008.122 [http://www.nature.com/climate/2008/0812/full/climate.2008.122.html Carbon is forever]

Der Volumenanteil von Lachgas stieg von vorindustriell 270 ppbV auf mittlerweile 321 ppbV.[http://cdiac.ornl.gov/pns/current_ghg.html T.J. Blasing and Karmen Smith: Recent Greenhouse Gas Concentrations, CDIAC (Carbon Dioxide Information Analysis Center), 2006] Durch sein Absorptionsspektrum trägt es dazu bei, ein sonst zum Weltall hin offenes Strahlungsfenster zu schließen. Trotz seiner sehr geringen Konzentration in der Atmosphäre trägt es zum anthropogenen Treibhauseffekt etwa 6 % bei, da seine Wirkung als Treibhausgas 298 mal stärker ist als die von Kohlendioxid; daneben hat es auch eine recht hohe atmosphärischen Verweilzeit von 114 Jahren.

Die Wasserdampfkonzentration der Atmosphäre wird durch antropogene Wasserdampfemissionen nicht signifikant verändert, da zusätzlich in die Atmosphäre eingebrachtes Wasser innerhalb weniger Tage auskondensiert. Steigende globale Durchschnittstemperaturen führen jedoch zu einem höheren Dampfdruck, d.h. einer stärkeren Verdunstung. Der damit global ansteigende Wasserdampfgehalt der Atmosphäre treibt die globale Erwärmung zusätzlich an. Wasserdampf wirkt somit im Wesentlichen als Rückkopplungsglied. Diese "Wasserdampfrückkopplung" ist neben der Eis-Albedo-Rückkopplung die stärkste, positiv wirkende Rückkopplung im globalen Klimageschehen.S. Rahmstorf, H.J. Schellnhuber: Der Klimawandel. 6. Auflage. C.H. Beck, 2007

Aerosole

Aerosole liefern von allen festgestellten Beiträgen zum Strahlungsantrieb die größte Unsicherheit, und unser Verständnis über sie wird vom IPCC als "gering" bezeichnet. 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. Die verringerte Reflektivität (Albedo) von Schnee- und Eisflächen in Folge von darauf niedergegangenen Rußpartikeln wirkt ebenfalls erwärmend. In höheren Luftschichten hingegen sorgen Mineralpartikel durch ihre abschirmende Wirkung dafür, dass es an der Erdoberfläche kühler wirdNach der Explosion des Vulkans Krakatau am 27. August 1883 "sank vor allem auf der Nordhalbkugel die Durchschnittstemperatur um 0,5 bis 0,8 °C und hatte einen ungewöhnlich kühlen, verregneten Sommer mit katastrophalen Missernten zur Folge.".

Einen großen Unsicherheitsfaktor bei der Bemessung der Klimawirkung von Aerosolen stellt ihr Einfluss auf die ebenfalls nicht vollständig verstandene Wolkenbildung dar. Trotz der Unsicherheiten wird Aerosolen insgesamt eine deutlich abkühlende Wirkung zugemessen.

Nachrangige und fälschlich vermutete Ursachen

Eine Reihe von Faktoren beeinflussen das globale Klimasystem. In der Diskussion um die Ursachen der globalen Erwärmung werden oft Faktoren genannt, die nachrangig sind oder sogar kühlend auf das Klimasystem wirken.

So ist eine veränderte kosmische Strahlung nicht für die gegenwärtig beobachtete Erwärmung verantwortlich.Usoskin, I. G. & Kovaltsov, G. A. (2008):Cosmic rays and climate of the Earth: Possible connection.C. R. Geoscience 340: 441–450.{{DOI|10.1016/j.crte.2007.11.001}}Laut, Peter (2003): Solar activity and terrestrial climate: an analysis of some purported correlations. In: Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Vol. 65, S. 801–812, {{DOI|10.1016/S1364-6826(03)00041-5}} [http://stephenschneider.stanford.edu/Publications/PDF_Papers/Laut2003.pdf (PDF)]Evan, Amato T., Andrew K. Heidinger und Daniel J. Vimont: Arguments against a physical long-term trend in global ISCCP cloud amounts. In: Geophysical Research Letters, Vol. 34, 2007, L04701, {{DOI|10.1029/2006GL028083}} Die Erde ist ebenso wenig in einer Phase der Wiedererwärmung aus der kleinen Eiszeit.The Copenhagen Diagnosis (2009): Updating the World on the Latest Climate Science. I. Allison, N.L. Bindoff, R.A. Bindschadler, P.M. Cox, N. de Noblet, M.H. England, J.E. Francis, N. Gruber, A.M. Haywood, D.J. Karoly, G. Kaser, C. Le Quéré, T.M. Lenton, M.E. Mann, B.I. McNeil, A.J. Pitman, S. Rahmstorf, E. Rignot, H.J. Schellnhuber, S.H. Schneider, S.C. Sherwood, R.C.J. Somerville, K. Steffen, E.J. Steig, M. Visbeck, A.J. Weaver. The University of New South Wales Climate Change Research Centre (CCRC), Sydney, Australia, 60pp, [http://www.ccrc.unsw.edu.au/Copenhagen/Copenhagen_Diagnosis_LOW.pdf online (PDF)]

Ozonloch

Die Annahme, das Ozonloch sei eine wesentliche Ursache der Globalen Erwärmung, ist ebenso falsch, denn der Ozonabbau wärmt nicht unser Klima, er kühlt es.[http://www.atmosphere.mpg.de/enid/2__Ozon/-_Das_grosse_Missverstaendnis_1nf.html Dr. Elmar Uherek, Max-Planck-Institut Mainz, 2007] Der Ozonabbau wirkt hierbei auf zweierlei Arten: Die verringerte Ozon-Konzentration kühlt die Stratosphäre, da die UV-Strahlung dort nicht mehr absorbiert wird, wärmt hingegen die Tropospäre, wo sie absorbiert wird. Die kältere Stratosphäre schickt weniger wärmende Infrarotstrahlung nach unten und kühlt damit die Troposphäre. Insgesamt dominiert der Kühlungs-Effekt, so dass das IPCC folgert, dass der beobachtete Ozonschwund im Verlauf der letzten beiden Dekaden zu einem negativen Strahlungsantrieb auf das Klimasystem geführt hat,{{cite web |url=http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/223.htm |title=Climate Change 2001: Working Group I: The Scientific Basis |pages=Chapter 6.4 Stratospheric Ozone |year=2001 |work=Intergovernmental Panel on Climate Change Work Group I| accessdate=2012-05-18}} der sich auf etwa −0.15 ± 0.10 Watt pro Quadratmeter (W/m²) beziffern lässt.{{cite journal |title=IPCC/TEAP Special Report on Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System: Issues Related to Hydrofluorocarbons and Perfluorocarbons (summary for policy makers) |publisher= International Panel on Climate Change and Technology and Economic Assessment Panel |year=2005 |url=http://www.ipcc.ch/press/SPM.pdf |format=PDF |accessdate=2007-03-04 |archiveurl = http://web.archive.org/web/20070221055911/http://www.ipcc.ch/press/SPM.pdf |archivedate = February 21, 2007}}

Sonnenaktivität

Veränderungen in der Sonne wird ein geringer Einfluss auf die gemessene globale Erwärmung zugesprochen.Judith Lean (2010): Cycles and trends in solar irradiance and climate. In: Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, Volume 1, Issue 1, S. 111–122, {{DOI|10.1002/wcc.18}} Die seit 1978 direkt vom Orbit aus gemessene Änderung der Sonnenaktivität ist bei weitem zu klein, um als Hauptursache für die seither beobachtete Temperaturentwicklung in Frage zu kommen.Foukal, P., C. Fröhlich, H. Spruit und T. M. L. Wigley (2006): Variations in solar luminosity and their effect on the Earth's climate. In: Nature. 443, S. 161–166, 14. September, {{DOI|10.1038/nature05072}}M. Lockwood und C. Fröhlich (2007): Recent oppositely directed trends in solar climate forcings and the global mean surface air temperature. In: Proceedings of the Royal Society A, [http://www.pubs.royalsoc.ac.uk/media/proceedings_a/rspa20071880.pdf online (PDF)]Lean, Judith L. und David H. Rind (2008): How natural and anthropogenic influences alter global and regional surface temperatures: 1889 to 2006. In: Geophysical Research Letters, Vol. 35, L18701, {{DOI|10.1029/2008GL034864}} [http://pubs.giss.nasa.gov/docs/2008/2008_Lean_Rind.pdf (PDF)]klimafakten.de (2011): [http://www.klimafakten.de/behauptungen/die-sonne-verursacht-den-klimawandel#DetailedDescription Ja, die Sonne ist ein Klimafaktor. Doch schon seit Jahrzehnten entwickeln sich Klima und Sonnenaktivität auseinander]

Das IPCC schätzt den zusätzlichen Strahlungsantrieb durch die Sonne seit Beginn der Industrialisierung auf etwa 0,12 Watt pro Quadratmeter. Das 90-Prozent-Konfidenzintervall für diese Schätzung 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 (siehe auch Streuung) vom Dritten zum Vierten Sachstandsbericht von „sehr gering“ auf „gering“ zugenommen hat.

Abwärme

Bei fast allen Prozessen entsteht als Endprodukt Wärme, so bei der Produktion von elektrischem Strom, bei der Nutzung von Verbrennungsmotoren oder beim Betrieb von Computern. In den USA und Westeuropa trugen Gebäudeheizung, industrielle Prozesse und Verbrennungsmotoren im Jahr 2008 mit 0,39 W/m² bzw. 0,68 W/m² zur Erwärmung bei und haben damit deutlichen Einfluss auf das regionale Klimageschehen. Weltweit gesehen liegt der Beitrag jedoch bei 0,028 W/m² und ist somit derzeit nur mit ca 1% an der globalen Erwärmung beteiligt.{{cite journal| author=Flanner, M. G. |year=2009 |title=Integrating anthropogenic heat flux with global climate models |journal=Geophys. Res. Lett. |volume=36| issue=2 |pages=L02801 |doi=10.1029/2008GL036465 |bibcode=2009GeoRL..3602801F}}{{cite journal |url=http://www.agu.org/pubs/crossref/2004/2004GL019852.shtml |author=Block, A., K. Keuler, and E. Schaller |year=2004 |title=Impacts of anthropogenic heat on regional climate patterns |journal=Geophys. Res. Lett. |volume=31 |issue=12 |pages=L12211 |doi=10.1029/2004GL019852 |bibcode=2004GeoRL..3112211B}}

Gemessene und prognostizierte Erwärmung

Bisherige Temperaturerhöhung

miniatur|rechts|Anstieg der Lufttemperatur von 1975 bis 2009. Seit 1979 ergänzen Satellitendaten (rot und grün) die Messungen an Bodenstationen (blau).

Zwischen 1906 und 2005 nahmen die global gemittelten, bodennahen Lufttemperaturen um 0,74 °C ± 0,18 °C bzw. seit Beginn der Industrialisierung (ca. 1750) um 0,7 °C zu.[http://www.climatecongress.ku.dk/pdf/synthesisreport Zusammenfassender Kongress-Bericht und 6 "Key Messages" von 2009] Eine 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. Am ausgeprägtesten ist die Erwärmung von 1975 bis heute. Nach NOAA und NASA waren 2010 und 2005 die global wärmsten Jahre seit Beginn der Aufzeichnungen, dicht gefolgt von 1998.[http://www.giss.nasa.gov/research/news/20110112/ NASA GISS]NOAA [http://www.ncdc.noaa.gov/sotc/global/2010/13 National Climatic data center] 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.National Research Council (2006): Surface Temperature Reconstructions for the Last 2,000 Years. siehe [http://www.nap.edu/catalog/11676.html online] In den zurückliegenden 30 Jahren nahm die globale Durchschnittstemperatur nach Bodenmessungen um ca. 0,17 °C pro Jahrzehnt zu.Nach GISTEMP +0,166 °C/Jahrzehnt, nach HadCRUT3v +0,165 °C/Jahrzehnt und nach NCDC 0,166 °C/Dekade Eine vergleichbare Größenordnung wurde durch Satellitenmessungen ermittelt. Die Daten werden von verschiedenen Forschungsgruppen ausgewertet, die zu leicht unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Nach der Gruppe RSS beträgt der Trend 0,16 °CRemote Sensing Systems [http://www.remss.com/msu/msu_data_description.html#msu_decadal_trends Description of MSU and AMSU Data Products: Decadal Trends] und nach Messungen an der University of Alabama in Huntsville 0,14 °C pro JahrzehntUAH http://vortex.nsstc.uah.edu/data/msu/t2lt/uahncdc.lt für die letzten 30 Jahre.

In einer 2007 erschienenen Studie konnte der natürliche Anteil der Erwärmung des 20. Jahrhunderts auf unter 0,2 °C eingegrenzt werden.Ammann, Caspar M., Fortunat Joos, David S. Schimel, Bette L. Otto-Bliesner und Robert A. Tomas (2007): Solar influence on climate during the past millennium: Results from transient simulations with the NCAR Climate System Model. In: PNAS, Vol. 104, S. 3713–3718, {{DOI|10.1073/pnas.0605064103}}

Erwärmung der Ozeane

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.Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (2006): Die Zukunft der Meere – zu warm, zu hoch, zu sauer. Sondergutachten, Berlin [http://www.wbgu.de/wbgu_sn2006.pdf (PDF, 3,5 MB)] 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.Levitus, S., J. Antonov, and T. Boyer (2005), Warming of the world ocean, 1955–2003, Geophys. Res. Lett., 32, L02604, {{DOI|10.1029/2004GL021592}} Im Jahr 2005 wurde u.a. aufgrund der gemessenen Temperaturzunahme der Meere über eine Dekade errechnet, dass die Erde 0,85 Watt pro Quadratmeter mehr Energie aufnimmt als sie ins All abstrahlt.Hansen, J. u. a. Earths energy imbalance: Confirmation and implications. Science 308, 1431-1435 (2005) [http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/308/5727/1431 (abstract online)]Kevin E. Trenberth, John T. Fasullo, Jeffrey Kiehl: Earth's global energy budget, Bulletin of the American Meteorological Society {{DOI|10.1175/2008BAMS2634.1}} [http://web.archive.org/web/20080624223905/http://www.atmo.arizona.edu/students/courselinks/spring04/atmo451b/pdf/RadiationBudget.pdf online (PDF 900 kByte)] Die Energiezunahme der Weltmeere in Höhe von 14,5 × 10²² Joule entspricht der Energie von 100 Millionen Hiroshima-Atombomben; diese Energiemenge würde die unteren 10 Kilometer der Atmosphäre um 11 °C erwärmen.NOAA celebrates 200 years of science, service and stewardship, Top 10: Breakthroughs: Warming of the World Ocean [http://celebrating200years.noaa.gov/breakthroughs/warming_ocean/welcome.html#comparing Online]

Örtliche und zeitliche Verteilung der beobachteten Erwärmung

miniatur|Die Nordhalbkugel (rot) erwärmte sich etwas stärker als die Südhalbkugel (blau); Grund dafür ist der größere Anteil an Landfläche auf der Nordhemisphäre, die sich schneller aufheizt als Ozeane.

Luft über Landflächen erwärmt sich allgemein stärker als über Wasserflächen, NASA Goddard Institute for Space Studies: [http://www.columbia.edu/~mhs119/Temperature/T_moreFigs/ Temperature Anomalies in different regions] was bereits aus der ersten Abbildung dieses Artikels ersichtlich ist. Wegen des Flächenanteils der Ozeane von 71 % ist die Erwärmung der Landflächen im Mittel mehr als doppelt so groß wie über dem Meer. Dementsprechend 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[http://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs/Fig.A3.lrg.gif NASA: Hemispheric Temperature Change], 1880 bis 2007), wie auch die nebenstehende Graphik zeigt.

Die Nacht- und Wintertemperaturen stiegen etwas stärker an als die Tages- und Sommertemperaturen.Russell S. Vose u. a. (2005): Maximum and minimum temperature trends for the globe: An update through 2004. In: Geophysical Research Letters, Vol. 32, L23822. {{DOI|10.1029/2005GL024379}} [http://ams.confex.com/ams/pdfpapers/100744.pdf (PDF)]L. V. Alexander u. a. (2006): Global observed changes in daily climate extremes of temperature and precipitation. In: Journal of Geophysical Research Vol. 111, D05109, {{DOI|10.1029/2005JD006290}} Aufgeteilt nach Jahreszeiten wurde die größte Erwärmung während der Wintermonate gemessen, und dabei besonders stark über dem westlichen Nordamerika, Skandinavien und Sibirien.[http://data.giss.nasa.gov/cgi-bin/gistemp/do_nmap.py?year_last=2008&month_last=5&sat=4&sst=0&type=anoms&mean_gen=1203&year1=1900&year2=2008&base1=1951&base2=1980&radius=1200&pol=reg NASA: Surface Temperature Analysis: Maps. Sources and parameters: GHCN_GISS_1200km_Anom1203_1900_2008_1951_1980] 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. Besonders markant fiel die Erwärmung in der Arktis aus, wo sie im jährlichen Mittel etwa doppelt so hoch ist wie im globalen Durchschnitt.Arctic Climate Impact Assessment (2004): Arctic Climate Impact Assessment. Cambridge University Press, ISBN 0-521-61778-2, siehe [http://www.acia.uaf.edu/pages/scientific.html online]Intergovernmental Panel on Climate Change (2007): Report of Working Group II, Impacts, Adaptation and Vulnerability. Chapter 15: Polar Regions [http://www.gtp89.dial.pipex.com/15.pdf (PDF, 1 MB)] (englisch) Mit Ausnahme weniger Regionen ist die Erwärmung seit 1979 weltweit nachweisbar.Intergovernmental Panel on Climate Change (2007): IPCC Fourth Assessment Report - Working Group I Report "The Physical Science Basis", Chapter 3: Observations: Surface and Atmospheric Climate Change [http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-chapter3.pdf (PDF)]

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.U.S. Climate Change Science Program (2006): Temperature Trends in the Lower Atmosphere. Steps for Understanding and Reconciling Differences [http://www.climatescience.gov/Library/sap/sap1-1/finalreport/sap1-1-final-all.pdf (PDF, 9,4 MB)] 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.Remote Sensing Systems [http://www.ssmi.com/msu/msu_data_description.html#msu_decadal_trends RSS / MSU and AMSU Data Description] Diese Abkühlung wird zum einen durch den verstärkten Treibhauseffekt und zum anderen durch Ozonschwund durch FCKWs in der Stratosphäre verursacht.[http://www.atmosphere.mpg.de/enid/2__Ozon/-_Abkuehlung_1nh.html Dr. Elmar Uherek, : Stratosphärische Abkühlung, ESPERE-ENC Klimaenzyklopädie (Max Planck Institute für Chemie, Mainz), 11. Mai 2004]V. Ramaswamy, M. D. Schwarzkopf, W. J. Randel (1996): Fingerprint of ozone depletion in the spatial and temporal pattern of recent lower-stratospheric cooling. In: Nature. Vol. 382, S. 616–618, 15. August, siehe Abstract [http://www.nature.com/nature/journal/v382/n6592/abs/382616a0.html online] Wäre die Sonne maßgebliche Ursache, hätten sich sowohl die oberflächennahen Schichten, die niedere bis mittlere Troposphäre wie auch die Stratosphäre erwärmen müssen. Nach dem gegenwärtigen Verständnis heißt dies, dass der überwiegende Teil der beobachteten Erwärmung durch menschliche Aktivitäten verursacht sein muss.

miniatur|Einige Projektionen der Temperaturentwicklung bis 2100

Zeitweise Abkühlung

Eine 2008 veröffentlichte Studie hat gezeigt, dass die Temperaturabnahme von etwa 0,3 °C um 1945, die in den Daten des britischen Hadley Centre vorkommt, möglicherweise auf eine nicht korrigierte Abweichung bei der Messung der Meerestemperaturen zurückzuführen ist.{{cite journal|author=Thompson D.W.J., J.J. Kennedy, J.M. Wallace and P.D. Jones|year=2008|title=A large discontinuity in the mid-twentieth century in observed global-mean surface temperature|journal=Nature|volume=453|pages=646-649|doi=10.1038/nature06982}}

Die Phase globaler Abkühlung zwischen ca. 1940 und ca. 1975 wird hauptsächlich mit einer erhöhten Konzentration von Sulfat-Aerosolen in der Atmosphäre erklärt.

Die im Jahrzehnt zwischen 1998 und 2008 global weitgehend stagnierenden Temperaturen sind laut einer 2011 erschienenen Publikation auf eine Kombination von nur wenig wärmenden anthropogenen und natürlichen Klimafaktoren zurückzuführen. In dieser Zeit war die Sonnenaktivität gering und es bestanden meist La-Niña-Bedingungen im Pazifik; wie auch in den 1960er Jahren dämpften stark gestiegene Schwefeldioxidemissionen zusätzlich den wärmenden Einfluss stetig steigender Treibhausgaskonzentrationen. Diese waren in erster Linie auf Kohleverbrennung in China zurückzuführen.Proceedings of the national academy of sciences [http://www.pnas.org/content/early/2011/06/27/1102467108.abstract?sid=c6523653-bda6-4c44-9fcc-afb180db4bb1 Reconciling anthropogenic climate change with observed temperature 1998–2008]

Auch bei Annahme einer Erwärmung um 4 °C bis zum Ende des 21. Jahrhunderts wird es im Verlauf immer wieder Phasen der Stagnation oder sogar der Abkühlung geben. Diese Phasen können bis zu ca. 10 Jahre andauern. Ursachen sind der 11-jährige Sonnenfleckenzyklus, kühlende starke Vulkanausbrüche, sowie die natürliche Eigenschaft des Weltklimas, einen schwingenden Temperaturverlauf zu zeigen (AMO, PDO, ENSO). So kann beispielsweise das Auftreten von El-Niño- bzw. La-Niña-Ereignissen die globale Durchschnittstemperatur von einem Jahr auf das andere um 0,2 °C erhöhen bzw. absenken und für wenige Jahre den jährlichen Erwärmungstrend von ca. 0,02 °C überdecken aber auch verstärken. Bei La-Niña-Ereignissen wird Wärme in tiefere Ozeanschichten (>300m) befördert, wie anhand von Klimasimulationen nachvollzogen werden konnte.Model-based evidence of deep-ocean heat uptake during surface-temperature hiatus periods Gerald A. Meehl, Julie M. Arblaster, John T. Fasullo, Aixue Hu & Kevin E. Trenberth; Nature Climate Change 1,360–364(2011)doi:10.1038/nclimate1229 [http://www.nature.com/nclimate/journal/v1/n7/full/nclimate1229.html Online]

Um den Einfluss natürlicher Schwankungen vom "Signal" antropogener Erwärmungseinflüsse trennen zu können, ist eine Betrachtungszeitraum von mindestens 17 Jahren nötig.Separating signal and noise in climate warming [https://www.llnl.gov/news/newsreleases/2011/Nov/NR-11-11-03.html Online, beim Lawrence Livermore National Laboratory]

Rückkopplungen

Das globale Klimasystem ist von Rückkopplungen geprägt, die Temperaturveränderungen verstärken oder abschwächen. Eine die Ursache verstärkende Rückkopplung wird als positive Rückkopplung bezeichnet. Im globalen Klimageschehen sind nach heutigem Kenntnissstand die positiven Rückkopplungen deutlich stärker als die negativen Rückkopplungen.

Die beiden stärksten, positiv wirkenden Rückkoppplungsprozesse sind die Eis-Albedo-Rückkopplung und die Wasserdampf-Rückkopplung. Ein Abschmelzen der Polkappen bewirkt durch verminderte Reflexion einen zusätzlichen Energieeintrag über die Eis-Albedo-Rückkopplung. Die Wasserdampfrückkopplung entsteht dadurch, dass die Atmosphäre einer wärmeren Welt auch mehr Wasserdampf enthält. Da Wasserdampf das mit Abstand mächtigste Treibhausgas ist, wird dadurch ein eingeleiteter Erwärmungsprozess weiter verstärkt - unabhängig davon, was diese Erwärmung letztlich ausgelöst hat. Gleiches gilt übrigens auch bei einer Abkühlung, die durch die selben Prozesse weiter verstärkt wird. Zur quantitativen Beschreibung der Reaktion des Klimas auf Veränderungen der Strahlungsbilanz wurde der Begriff der Klimasensitivität etabliert. Mit ihr lassen sich unterschiedliche Einflussgrößen gut miteinander vergleichen.

Neben diesen beiden, physikalisch gut verstandenen Rückkopplungen, existieren jedoch noch weitere Rückkopplungsfaktoren, deren Wirken weit schwieriger abschätzbar ist:

Die Rolle der Wolken

miniatur|Niedrige Wolken kühlen die Erde durch ihre Sonnenreflexion, hohe Wolken erwärmen die Erde.

Wolken beeinflussen das Klima der Erde maßgeblich neben den Treibhausgasen Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ozon. Wolken reflektieren dabei einen Teil der einfallenden Sonnenenergie, die Helligkeit der Wolken stammt dabei von der reflektierten kurzwelligen Energie. Wenn die Optische Dicke niedriger Wolken größer wird, und somit mehr Energie zurückgestrahlt wird, sinkt die Temperatur der Erde und umgekehrt.

Hohe Wolken sind oft dünn und nicht sehr reflektierend. Sie lassen einen Großteil der Sonnenwärme durch, und da sie sehr hoch liegen, wo die Lufttemperatur sehr niedrig ist, strahlen diese Wolken nicht viel Wärme ab. Die Tendenz hoher Wolken ist, die Erde zu erwärmen. Niedrige Wolken sind oft dicht und reflektieren viel Sonnenlicht zurück in den Weltraum. Sie liegen dabei auch niedriger in der Atmosphäre, wo Temperaturen höher sind, und strahlen deshalb mehr Wärme ab. Die Tendenz niedriger Wolken ist, die Erde zu kühlen.

Die Vegetation und die Beschaffenheit des Bodens und insbesondere seine Versiegelung, Entwaldung oder Landwirtschaftliche Nutzung haben maßgeblichen Einfluss auf die Verdunstung und somit auf die Wolkenbildung und das Klima.NASA Facts (1999): [http://web.archive.org/web/20070226010413/http://eospso.gsfc.nasa.gov/ftp_docs/Clouds.pdf Clouds and the Energy Cycle]

Einfluss der Vegetation und des Bodens

Die Vegetation und die Bodenbeschaffenheit selbst haben neben der Wolkenbildung noch weitere Bedeutung für das Klima der Erde. Zum anderen reflektieren sie je nach Beschaffenheit das einfallende Sonnenlicht unterschiedlich. Reflektiertes Sonnenlicht wird als kurzwellige Sonnenstrahlung in den Weltraum zurückgeworfen (ansonsten wäre die Erdoberfläche aus Sicht des Weltalls ohne Infrarotkamera schwarz).

miniatur|Prozent des reflektierten Sonnenlichtes in Abhängigkeit von unterschiedlichen Erdoberflächenbeschaffenheiten

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Nicht nur der Verbrauch von fossilen Energieträgern führt zu einer Freisetzung von Treibhausgasen. Die intensive Bestellung von Ackerland und die Entwaldung sind ebenfalls eine bedeutende Treibhausgasquelle. Die Vegetation benötigt für den Prozess der Photosynthese Kohlendioxid zum Wachsen. Bäume benötigen CO₂ in weit größeren Mengen, als einfaches Getreide. Der Boden ist eine wichtige Senke, da er eine Menge an organischem Material beinhaltet, das Kohlenstoff enthält, das beim Ackerbau teilweise freigesetzt wird.ESPERE-ENC: [http://www.atmosphere.mpg.de/enid/2__Einfluss_des_Klimawandels/-_Beitrag_der_Landwirtschaft_3sa.html Der Beitrag der Landwirtschaft zu den Treibhausgasen]

Im Permafrost Westsibiriens lagern 70 Milliarden Tonnen Methan, in der Tiefsee ungleich größere Mengen Gashydratvorkommen.Gregory Ryskin: [http://pangea.stanford.edu/Oceans/GES205/methaneGeology.pdf Methane-driven oceanic eruptions and mass extinctions.] In: Geology. September 2003; v. 31; no. 9; S. 741–744.[http://ethomas.web.wesleyan.edu/ees123/clathrate.htm Clathrates - little known components of the global carbon cycle] Durch lokale Klimaveränderungen (z. B. +3 °C innerhalb von 40 Jahren in Westsibirien) könnten auch bei geringer globaler Erwärmung regional kritische Temperaturen erreicht werden; es besteht die Gefahr der Freisetzung der dort gespeicherten Methanressourcen in die Atmosphäre.[http://www.newscientist.com/article/mg18725124.500-climate-warning-as-siberia-melts.html Climate warning as Siberia melts.] In: New Scientist. 11. August 2005.

Eine Berechnung unter Annahme von derartiger Rückkopplungen wurde von Wissenschaftlern der University of California, Berkeley erstellt, die annahmen, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre sich von den derzeitigen etwa 390 ppmV bis 2100 auf etwa 550 ppmV erhöhen wird. Dies sei allein der von der Menschheit bewirkte anthropogene Zuwachs. Die erhöhte Temperatur selbst stößt dann Prozesse an, die zu zusätzlicher Freisetzung von Treibhausgasen, insbesondere Kohlendioxid und Methan, führen. Bei ansteigender Temperatur erfolgt eine erhöhte Freisetzung von Kohlendioxid aus den Weltmeeren und die beschleunigte Verrottung von Biomasse, was zusätzliches Methan und Kohlendioxid freisetzt. Durch diese positive Rückkopplung könnte die globale Erwärmung um 2 °C stärker ausfallen als gegenwärtig angenommen wird.Feedback Loops in Global Climate Change Point to a Very Hot 21st Century. [http://www.lbl.gov./Science-Articles/Archive/ESD-feedback-loops.html Online-Version] In: Berkeley Lab Research News. 2006. Aus diesem und anderen Gründen schätzt Barrie Pittock in Eos, der Publikation der American Geophysical Union, dass die zukünftige Erwärmung über die vom IPCC genannten Bandbreiten hinausgehen könnte. Er nennt acht Gründe für seine Vermutung, darunter unter anderem auch den Rückgang der globalen Verdunkelung und Rückkopplungs-Effekte durch Biomasse.Barrie Pittock: Are Scientists Underestimating Climate Change? In: Eos. Vol. 87, No. 34, 22. August 2006, S. 340–341 [http://se-server.ethz.ch/staff/af/Fi159/P/Pi076.pdf (PDF)]

Prognostizierte Erwärmung

Bei einer Verdoppelung der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre gehen Klimaforscher davon aus, dass die Erhöhung der Erdmitteltemperatur innerhalb von 2 °C bis 4,5 °C liegen wird. Dieser Wert ist auch als Klimasensitivität bekannt und ist auf das vorindustrielle Niveau (von 1750) bezogen, ebenso wie der dafür maßgebende Strahlungsantrieb; mit dieser Größe werden alle bekannten, die Strahlungsbilanz der Erde beeinflussenden Faktoren vom IPCC quantitativ beschrieben und vergleichbar gemacht. 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.

Zum Vergleich: die schnellste Erwärmung im Verlauf von der letzten Eiszeit zur heutigen Warmzeit war eine Erwärmung um etwa ein Grad pro 1000 Jahre.Legett, J. 2005 Dangerous Fiction, Review of Michael Crichton's State of Fear. New Scientist 2489, 5. März 2005, S. 50Suess, Hans E. (1956). "Absolute Chronology of the Last Glaciation." Science 123: 355-57

Einflussfaktoren auf die zu erwartenden Treibhausgasemissionen

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 korrelierteNew Economics Foundation (Januar 2006): Growth Isn't Working [http://www.neweconomics.org/gen/uploads/hrfu5w555mzd3f55m2vqwty502022006112929.pdf (PDF, ca. 890 KB)] und dies auch in der näheren Zukunft erwartet werden kann, erklärt sich hieraus die relativ große Bandbreite der von den Klimatologen prognostizierten globalen Erwärmung.

miniatur|Karte der berechneten globalen Temperaturverteilung zum Ende des 21. Jahrhunderts. In diesem verwendeten HadCM3-Klimamodell beträgt die durchschnittliche Erwärmung 3 °C. Ein weiterer wahrscheinlicher Einfluss ist ein Rückgang der Förderung konventionellen Erdöls aufgrund des Eintretens des Globalen Erdölfördermaximums (sog. "Peak Oil"), das von vielen Experten bis etwa 2030, möglicherweise jedoch auch deutlich früher, erwartet wird. Wird das dann fehlende Öl durch nicht-konventionelles Erdöl wie z.B. Ölsande ausgeglichen, so kann sich die Menge an Treibhausgasen bis zu einem Faktor von 2,5 vergrößern und Anstrengungen zur Reduktion von Emissionen zunichtemachen.Matthias Brake: [http://www.heise.de/tp/r4/artikel/31/31678/1.html Das Erdölzeitalter wird schmutziger.] In: telepolis. 8. Dezember 2009.[http://www.heatingoil.com/blog/peak-oil-is-still-a-cause-for-concern-say-70-of-geologists-at-summit1110/ Peak Oil is Still a Cause for Concern, Say 70 % of Geologists at Summit], Charlotte LoBueno auf heatingoil.com am 10. November 2009Michael Kläsgen, Chef der Internationalen Energieagentur warnt vor Engpass: Die nächste Ölkrise kommt bestimmt. In: Süddeutsche Zeitung. 28. Februar 2008, S. 25 - Siehe auch: [http://www.spiegel.de/wirtschaft/0,1518,610455,00.html Knappes Öl: Energieagentur warnt vor Mega-Wirtschaftskrise 2013.] auf: Spiegel Online. 28. Februar 2008.

Langfristige Betrachtung und daraus resultierende Konsequenzen

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.Susan Solomon, Gian-Kasper Plattner, Reto Knutti, Pierre Friedlingstein: Irreversible climate change due to carbon dioxide emissions. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America {{DOI|10.1073/pnas.0812721106}} [http://www.pnas.org/content/early/2009/01/28/0812721106.full.pdf+html Online (PDF)] In weiteren Szenarien wurden die Emissionen schrittweise bis zum Ende unseres Jahrhunderts fortgesetzt und dann ebenfalls abrupt beendet. Dabei wurden wesentliche Annahmen und Aussagen, die im 4. IPCC-Bericht über die folgenden 1000 Jahre gemacht wurdenGian-Kasper Plattner u. a.: Long-Term Climate Commitments Projected with Climate-Carbon Cycle Models. In: Journ. of Clim. 21 (Nr.12) 2008, S. 2721–2751., bestätigt und verfeinert.

Implizit wurde dabei ein nahezu verschwindendes Wachstum der anthropogenen Abwärmeproduktion vorausgesetzt, die anderenfalls in den nächsten Jahrhunderten zu noch höheren Temperaturen führen würde, wie einfache Abschätzungen zeigen.R. Döpel: ‚‘Über die geophysikalische Schranke der industriellen Energieerzeugung. Wissenschaftl. Zeitschrift der TH Ilmenau, ISSN 0043-6917, Bd. 19 (1973, H.2), S. 37-52, [http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=12380 online.]. Dazu H. Arnold: Robert Döpel and his Model of Global Warming, (2011) [http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17744. pdf]. 1. Auflage: Robert Döpel und sein Modell der globalen Erwärmung. Eine frühe Warnung - und die Aktualisierung. Universitätsverlag Ilmenau 2009. ISBN 978-3-939473-50-3.