Senckenberg Thema

Planetary Boundaries


Johan Rockström (Stockholm Resilience Centre) und 28 internationale Wissenschaftler*innen publizierten 2009 den Fachartikel A safe operating space for humanity, in dem sie neun Prozesse identifizieren, die die Stabilität und Belastbarkeit des Erdsystems regulieren. Die „quantitative boundaries“ sind Grenzen, deren Überschreitung das Risiko irreversibler und gravierender Umweltveränderungen erhöht.

Die 9 planetaren Belastungsgrenzen

1. Ozonabbau in der Stratosphäre

Die stratosphärische Ozonschicht in der Atmosphäre filtert die ultraviolette (UV) Strahlung der Sonne heraus. Wenn diese Schicht abnimmt, erreichen immer mehr UV-Strahlen den Boden. Dies kann zu vermehrtem Auftreten von Hautkrebs bei Menschen sowie zu Schäden an terrestrischen und marinen biologischen Systemen führen. Das Auftreten des Ozonlochs in der Antarktis ist ein Beweis dafür, dass erhöhte Konzentrationen anthropogener, ozonschädigender, chemischer Substanzen, die mit polaren Stratosphärenwolken wechselwirken, eine Schwelle überschritten haben. 

2. Verlust der Integrität der Biosphäre (Verlust und Aussterben der biologischen Vielfalt)

Die Millennium-Ökosystembewertung von 2005 kam zu dem Schluss, dass sich die Ökosysteme aufgrund menschlicher Aktivitäten in den letzten 50 Jahren schneller verändert haben als jemals zuvor in der Geschichte der Menschheit. Dies erhöhte das Risiko abrupter und irreversibler Veränderungen. Die Hauptveränderungstreiber sind die Nachfrage nach Nahrungsmitteln, Wasser und natürlichen Ressourcen, die einen schweren Verlust an biologischer Vielfalt verursachen und zu Veränderungen bei den Ökosystemleistungen führen. Die derzeit hohen Raten von Schäden und Aussterben von Ökosystemen können durch Bemühungen um den Schutz der Integrität lebender Systeme (der Biosphäre), einer Verbesserung des Lebensraums und der Konnektivität zwischen Ökosystemen verlangsamt werden, während die für die Menschheit erforderliche hohe landwirtschaftliche Produktivität erhalten bleibt.  

3. Chemische Verschmutzung und Freisetzung neuer Entitäten

Die Emissionen giftiger und langlebiger Substanzen wie synthetischer organischer Schadstoffe, Schwermetallverbindungen und radioaktiver Materialien sind einige der gravierendsten vom Menschen verursachten Veränderungen der planetaren Umwelt. Diese Verbindungen können potenziell irreversible Auswirkungen auf lebende Organismen und die physische Umwelt haben (durch Beeinflussung der atmosphärischen Prozesse und des Klimas).

Selbst wenn die Aufnahme und Bioakkumulation chemischer Verunreinigungen für Organismen auf einem subletalen Niveau liegt, können die Auswirkungen einer verminderten Fruchtbarkeit und des Potenzials einer dauerhaften genetischen Schädigung schwerwiegende Auswirkungen auf Ökosysteme haben, die weit entfernt von der Quelle der Verunreinigung liegen. Gegenwärtig ist es uns nicht möglich, eine einzige Grenze für die chemische Verschmutzung zu quantifizieren, obwohl das Risiko des Überschreitens der Erdsystemschwellen als hinreichend genau definiert angesehen wird, um als Priorität für Vorsichtsmaßnahmen und für die weitere Forschung in die Liste aufgenommen zu werden.

 

Prof. Johan Rockström zur Entstehung der Planetaren Belastungsgrenzen (planetary boundaries).

4. Klimawandel

Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Erde, die jetzt 390 ppmv CO2 in die Atmosphäre abgibt, bereits die Planetengrenze überschritten hat und sich mehreren Erdsystemschwellen nähert. Wir haben einen Punkt erreicht, an dem der Verlust des sommerlichen Meereises mit ziemlicher Sicherheit irreversibel ist. Dies ist ein Beispiel für eine genau festgelegte Schwelle, oberhalb derer schnelle physikalische Rückkopplungsmechanismen das Erdsystem in einen viel wärmeren Zustand mit einem Meeresspiegel von Metern über dem heutigen bringen können.

Die Abschwächung oder Umkehrung der terrestrischen Kohlenstoffsenken, zum Beispiel durch die anhaltende Zerstörung der Regenwälder der Welt, ist ein weiterer möglicher Wendepunkt, an dem Klima-Kohlenstoff-Kreislauf-Rückkopplungen die Erwärmung der Erde beschleunigen und die Klimaauswirkungen verstärken. Eine wichtige Frage ist, wie lange wir über diese Grenze bleiben können, bevor große, irreversible Schäden unvermeidbar werden.

5. Ozeanversauerung

Rund ein Viertel des CO2, das die Menschheit in die Atmosphäre abgibt, wird letztendlich in den Ozeanen gelöst. Hier bildet sich Kohlensäure, die die Chemie der Ozeane verändert und den pH-Wert des Oberflächenwassers senkt. Dieser erhöhte Säuregehalt verringert die Menge der verfügbaren Carbonationen, ein wesentlicher „Baustein“, den viele Meeresspezies für die Bildung von Muscheln und Skeletten verwenden. Diese ansteigende Säure macht es Organismen wie Korallen und einigen Schalentieren und Planktonarten schwer, über eine Schwellenkonzentration hinauszuwachsen und zu überleben.

Der Verlust dieser Arten würde die Struktur und Dynamik der Ökosysteme der Ozeane verändern und könnte möglicherweise zu einem drastischen Rückgang der Fischbestände führen. Im Vergleich zu vorindustriellen Zeiten ist der Säuregehalt der Oberflächenmeere bereits um 30 Prozent gestiegen. Im Gegensatz zu den meisten anderen menschlichen Einflüssen auf die Meeresumwelt hat die Versauerungsgrenze des Ozeans Auswirkungen auf den gesamten Planeten. Dies ist auch ein Beispiel dafür, wie eng die Grenzen miteinander verbunden sind, da die atmosphärische CO2-Konzentration die zugrunde liegende Regelgröße sowohl für die Klima- als auch für die Ozeanversauerungsgrenzen ist, obwohl sie in Bezug auf verschiedene Erdsystemschwellen definiert sind.  

 

6. Süßwasserverbrauch und globaler Wasserkreislauf

Der Süßwasserkreislauf ist stark vom Klimawandel betroffen und seine Grenze ist eng mit der Klimagrenze verknüpft. Der Druck des Menschen ist jedoch heute die vorherrschende treibende Kraft, die das Funktionieren und die Verteilung der globalen Süßwassersysteme bestimmt. Die Folgen der menschlichen Veränderung von Gewässern umfassen sowohl Änderungen der Flussflüsse im globalen Maßstab als auch Verschiebungen der Dampfströme aufgrund von Landnutzungsänderungen.

Diese Verschiebungen im hydrologischen System können abrupt und irreversibel sein. Wasser wird immer knapper – bis zum Jahr 2050 sind wahrscheinlich etwa eine halbe Milliarde Menschen Wasserstress ausgesetzt, was den Eingriffsdruck in die Wassersysteme erhöht. Es wurde eine Wassergrenze im Zusammenhang mit der Verwendung von Frischwasser und den Anforderungen an die Umweltströmung vorgeschlagen, um die allgemeine Widerstandsfähigkeit des Erdsystems zu erhalten und das Risiko einer „Kaskadierung“ zu vermeiden.

7. Landsystemänderung

Land wird auf der ganzen Welt für den menschlichen Gebrauch genutzt. Wälder, Wiesen, Feuchtgebiete und andere Vegetationstypen wurden hauptsächlich in landwirtschaftliche Nutzflächen umgewandelt. Diese Landnutzungsänderung ist eine treibende Kraft für die gravierende Verringerung der biologischen Vielfalt und hat Auswirkungen auf die Wasserflüsse und den biogeochemischen Kreislauf von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor sowie anderen wichtigen Elementen.

Während jede Landbedeckungsänderung auf lokaler Ebene auftritt, können die aggregierten Auswirkungen Auswirkungen auf die Prozesse des Erdsystems auf globaler Ebene haben. Eine Grenze für menschliche Veränderungen an Landsystemen muss nicht nur die absolute Landmenge, sondern auch deren Funktion, Qualität und räumliche Verteilung widerspiegeln. Wälder spielen eine besonders wichtige Rolle bei der Kontrolle der damit verbundenen Dynamik der Landnutzung und des Klimas und bilden den Schwerpunkt der Grenze für den Landsystemwandel.

8. Stickstoff und Phosphor strömen in die Biosphäre und die Ozeane

Die biogeochemischen Kreisläufe von Stickstoff und Phosphor wurden vom Menschen infolge vieler industrieller und landwirtschaftlicher Prozesse radikal verändert. Stickstoff und Phosphor sind beide wesentliche Elemente für das Pflanzenwachstum, daher ist die Produktion und Anwendung von Düngemitteln das Hauptanliegen. Menschliche Aktivitäten wandeln heute mehr Luftstickstoff in reaktive Formen um als alle terrestrischen Prozesse der Erde zusammen. Ein Großteil dieses neuen reaktiven Stickstoffs wird in verschiedenen Formen an die Atmosphäre abgegeben und nicht von Nutzpflanzen aufgenommen. Wenn es regnet, verschmutzt es Wasserstraßen und Küstengebiete oder sammelt sich in der terrestrischen Biosphäre an.

In ähnlicher Weise wird ein relativ geringer Anteil von Phosphordüngemitteln, die für Lebensmittelproduktionssysteme verwendet werden, von Pflanzen aufgenommen; Ein Großteil des vom Menschen mobilisierten Phosphors gelangt auch in aquatische Systeme. Diese können unter Sauerstoffmangel leiden, wenn Bakterien die Algenblüten verzehren, die aufgrund der hohen Nährstoffversorgung wachsen. Ein erheblicher Teil des eingesetzten Stickstoffs und Phosphors gelangt ins Meer und kann Meeres- und Wassersysteme über ihre eigenen ökologischen Grenzen hinaus treiben. Ein regionales Beispiel für diesen Effekt ist der Rückgang des Garnelenfangs in der „toten Zone“ des Golfs von Mexiko, der durch Dünger verursacht wird, der in Flüssen aus dem Mittleren Westen der USA transportiert wird.

9. Atmosphärische Aerosolbeladung

Eine atmosphärische Aerosol-Planetengrenze wurde vor allem aufgrund des Einflusses von Aerosolen auf das Klimasystem der Erde vorgeschlagen. Durch ihre Wechselwirkung mit Wasserdampf spielen Aerosole eine wichtige Rolle im Wasserkreislauf, der die Wolkenbildung und die globalen und regionalen Muster der atmosphärischen Zirkulation beeinflusst, wie z. B. die Monsunsysteme in tropischen Regionen. Sie wirken sich auch direkt auf das Klima aus, indem sie verändern, wie viel Sonnenstrahlung in der Atmosphäre reflektiert oder absorbiert wird. Der Mensch verändert die Aerosolladung, indem er Luftverschmutzung ausstößt (viele Schadgase kondensieren zu Tröpfchen und Partikeln) und durch Landnutzungsänderungen die Freisetzung von Staub und Rauch in die Luft erhöht.

Veränderungen in Klimaregimen und Monsunsystemen wurden bereits in stark verschmutzten Umgebungen beobachtet. Angabe eines quantifizierbaren regionalen Maßes für eine Aerosolgrenze. Ein weiterer Grund für eine Aerosolgrenze ist, dass Aerosole viele lebende Organismen schädigen.

Die toxikologischen und ökologischen Wirkungen von Aerosolen können sich daher auf andere Erdsystemschwellen beziehen. Das Verhalten von Aerosolen in der Atmosphäre ist jedoch in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer geografischen Lage und Höhe in der Atmosphäre äußerst komplex. Während viele Beziehungen zwischen Aerosolen, Klima und Ökosystemen gut etabliert sind, müssen noch viele kausale Zusammenhänge ermittelt werden. Durch das Einatmen stark verschmutzter Luft sterben jährlich rund 800.000 Menschen vorzeitig. Die toxikologischen und ökologischen Wirkungen von Aerosolen können sich daher auf andere Erdsystemschwellen beziehen. Das Verhalten von Aerosolen in der Atmosphäre ist jedoch in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer geografischen Lage und Höhe in der Atmosphäre äußerst komplex.

Während viele Beziehungen zwischen Aerosolen, Klima und Ökosystemen gut etabliert sind, müssen noch viele kausale Zusammenhänge ermittelt werden. Durch das Einatmen stark verschmutzter Luft sterben jährlich rund 800.000 Menschen vorzeitig. Die toxikologischen und ökologischen Wirkungen von Aerosolen können sich daher auf andere Erdsystemschwellen beziehen. Das Verhalten von Aerosolen in der Atmosphäre ist jedoch in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer geografischen Lage und Höhe in der Atmosphäre äußerst komplex. Während viele Beziehungen zwischen Aerosolen, Klima und Ökosystemen gut etabliert sind, müssen noch viele kausale Zusammenhänge ermittelt werden. 

Mehr Infos

Wichtige Publikationen

Rockström, J., W. Steffen, K. Noone, Å. Persson, et.al. 2009. Planetary boundaries:exploring the safe operating space for humanity. Ecology and Society 14(2): 32

Rockström, J., Steffen, W., Noone, K., Persson, Å., et.al. 2009. A safe operating space for humanity. Nature 461: 472-475 DOI 10.1038/461472a

Steffen, W., K. Richardson, J. Rockström, S.E. Cornell, et.al. 2015. Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet. Science 347: 736, 1259855

Weiterführende Links