Kipppunkte
André D. Thess
30. Dezember 2021
Die Behauptung: Der Klimaforscher Hans-Joachim Schellnhuber vom Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung PIK hat in einem vielzitierten Fachaufsatz „Tipping elements in the Earth System“ im Jahr 2009 das Konzept der Kipppunkte begründet. Das Wissenschaftsmagazin Quarks zitiert einen namentlich nicht näher benannten PIK-Mitarbeiter hierzu mit der Metapher: „Schiebt man eine Kaffeetasse ein Stück über den Schreibtischrand, passiert erst nichts. Problematisch wird es, wenn sie einen kritischen Punkt erreicht, an dem sie kippt und abstürzt.“
Meine Analyse: In den Fachgebieten Strömungsmechanik, angewandte Mathematik und nichtlineare Dynamik gibt es keine Zweifel, dass es sich beim Erdklima um ein nichtlineares System handelt, bei dem kleine Änderungen von CO2-Emission oder Sonneneinstrahlung große oder gar sprungartige Änderungen im Systemverhalten erzeugen können. In der Öffentlichkeit wird jedoch durch unwissenschaftliche Aussagen der falsche Eindruck erweckt, diese Kipppunkte ließen sich beim Klima ähnlich leicht vorhersagen wie der Absturz einer Kaffeetasse. Es ist aus diesem Grund hilfreich, sich an zwei unpolitischen Anschauungsbeispielen die Schwierigkeit der Vorhersage von „Kipppunkten“ zu veranschaulichen.
Das mögliche Erlahmen des Golfstroms durch den Klimawandel und die Anfang Dezember jeden Jahres gern gestellte Frage nach grünen oder weißen Weihnachten haben auf den ersten Blick nichts gemeinsam. Doch handelt es sich bei der Vorhersage beider Phänomene mathematisch um strömungsmechanische Simulationen, im Fachjargon „Navier-Stokes-Simulationen“ genannt. Die Vorweihnachtswoche 2021 zeigte beispielsweise hier zwar: „Die mittelfristigen Wettermodelle aus Europa und den USA sind sich einig: Es wird kalt im Dezember.“ Doch lagen die Prognosen unterschiedlicher Wettermodelle betreffs weißer Weihnachten teilweise weit auseinander. Damit ist keineswegs gesagt, dass Wettervorhersagen nutzlos sind. Das Beispiel zeigt lediglich, dass selbst bei kurzen Vorhersagezeiten von ein bis zwei Wochen Navier-Stokes-Simulationen bei komplizierten Wetterlagen den „Kipppunkt“ zwischen grünen und weißen Weihnachten nicht vorhersagen können.
Ein anderes Beispiel für die Schwierigkeit der Vorhersage von „Kipppunkten“ kommt aus der Geophysik. Experten vermuten, dass das Erdmagnetfeld innerhalb der nächsten zehntausend Jahre seine Polarität wechseln wird. Die Auswirkungen auf die Menschheit werden möglicherweise dramatischer sein als beim Klimawandel, da das Magnetfeld während des Umklappprozesses seine Schutzfunktion gegenüber ionisierenden Strahlen aus dem Weltall verliert. Da der „Magnetfeldwandel“, anders als der Klimawandel, jedoch in ferner Zukunft liegt, ist er politisch unergiebig. Die genaue Vorhersage des Zeitpunkts, an dem das Erdmagnetfeld umkippt, erfordert Navier-Stokes-Simulationen des flüssigen Erdkerns, gekoppelt an Magnetfeldsimulationen der Maxwell-Gleichungen – ein Problem von vergleichbarer mathematischer Komplexität wie die Klimasimulation. Es ist auf Grund der Nichtlinearität der Gleichungen weder heute noch in absehbarer Zeit möglich, den „Kipppunkt“ des Erdmagnetfeldes vorherzusagen.
Mein Fazit: Kipppunkte sind mathematische Eigenschaften komplexer strömungsmechanischer Systeme wie dem Erdklima, dem Wetter oder dem Erdmagnetfeld. Ihre genaue Vorhersage ist aus mathematischen Gründen nicht möglich. Es ist unwissenschaftlich, durch Kaffeetassenmärchen von diesem fundamentalen Sachverhalt abzulenken.
Der Autor: André D. Thess ist Professor für Energiespeicherung an der Universität Stuttgart und Autor des Buches „Sieben Energiewendemärchen?“ Kontakt: energiewendemaerchen@t-online.de