Die planetaren Grenzen und ihre Bedeutung

Was sind die planetaren Grenzen?

Die Art, wie wir Menschen mit den natürlichen Ressourcen umgehen, stellt eine grosse Belastung für unsere Umwelt dar und bringt viele Ökosysteme an ihre Grenzen. Da wir ohne diese Ökosysteme – wie saubere Luft oder fruchtbare Böden – nicht leben können, gefährden wir so unsere eigene Zukunft. Das Konzept der planetaren (Belastungs-) Grenzen hat neun Grenzen identifiziert, die den Handlungsspielraum für den Menschen begrenzen (siehe Grafik). Innerhalb dieser neun Grenzen, die weiter unten einzeln erläutert werden, können sich die Menschen bewegen und handeln, ohne die für uns überlebenswichtigen Umwelt-Systeme zu gefährden. Eine intakte Natur und eine stabile Umwelt sind somit gewährleistet. Inzwischen wurden alle Grenzen quantifiziert. Das Ergebnis: Mittlerweile wurden sechs von diesen neun Grenzen überschritten - regional sind es teilweise sogar noch mehr.

Azote for Stockholm Resilience Centre, based on analysis in Richardson et al 2023

Was passiert genau, wenn eine solche Grenze überschritten wird?

Die planetaren Grenzen zeigen bestimmte Schwellwerte auf. Werden diese überschritten, können Ökosysteme nicht mehr wie gewohnt funktionieren. Der Fortbestand der Menschheit ist dann gefährdet und schwerwiegende globale Umweltveränderung werden verursacht. Die Landwirtschaft braucht beispielsweise in vielen Regionen übermässig viel Dünger. Gelangt dieser in Gewässer führt das zu einem Fischsterben oder Abwandern der Fische in andere Gewässer.

Gibt es ein Zurück?

Dies kommt sehr auf den jeweiligen Prozess an. So bewirkte beispielsweise das Verbot der FCKW-Gase im Jahr 1989, dass sich die Ozonschicht erholen und sich das Ozonloch stetig verkleinern konnte.

Bei einigen Prozessen gibt es jedoch so genannte Kippelemente. Werden sie überschritten, wird eine (zumindest scheinbare) plötzliche Veränderung ausgelöst, die sehr schwer bis gar nicht rückgängig gemacht werden kann. Nehmen wir das Beispiel von Permafrostböden: Diese Böden haben über Jahrtausende Methan und Kohlenstoffdioxid eingelagert. Durch die Klimaerwärmung tauen diese Böden auf und über wenige Jahre wird das eingelagerte Methan und Kohlenstoffdioxid freigesetzt, was das Klima zusätzlich belastet. Selbst wenn es wieder kälter werden würde, würde es Jahrtausende dauern, bis diese Böden die gleiche Menge an Methan und Kohlenstoffdioxide wieder eingelagert hätten.

Was können wir also tun?

Für eine nachhaltige Wirtschaft gibt es die Strategien Effizienz, Konsistenz und Suffizienz. Für das eigene Verhalten helfen die Ansätze Avoid, Reduce, Reuse, Recycle and Rethink um den eigenen ökologischen Fussabdruck zu verringern und die eigenen Auswirkungen auf die Umwelt zu begrenzen.

Die planetaren Grenzen einzeln vorgestellt:

Ozeanversauerung

Etwa ein Viertel des CO2, das die Menschheit in die Atmosphäre ausstößt, löst sich schließlich in den Ozeanen. Dort bildet es Kohlensäure, welche die Chemie der Ozeane verändert und den pH-Wert des Oberflächenwassers senkt. Dieser erhöhte Säuregehalt verringert die Menge an verfügbaren Karbonat-Ionen, einem wesentlichen "Baustein", der von vielen Meerestieren für die Bildung von Schalen und Skeletten verwendet wird.

Ab einer bestimmten Konzentration erschwert der steigende Säuregehalt das Wachstum und Überleben von Organismen wie Korallen und einigen Muschel- und Planktonarten. Der Verlust dieser Arten würde die Struktur und Dynamik der Meeresökosysteme verändern und könnte möglicherweise zu einem drastischen Rückgang der Fischbestände führen. Im Vergleich zur vorindustriellen Zeit hat der Säuregehalt der Ozeane bereits um 30 Prozent zugenommen.

Im Gegensatz zu den meisten anderen Auswirkungen des Menschen auf die Meeresumwelt, die oft lokal begrenzt sind, hat die Versauerung der Ozeane Auswirkungen auf den gesamten Planeten. Sie ist auch ein Beispiel dafür, wie eng die Grenzen miteinander verknüpft sind, da die atmosphärische CO2-Konzentration die zugrundeliegende Steuerungsvariable sowohl für die Klima- als auch für die Ozeanversauerungsgrenze ist, obwohl sie durch unterschiedliche Schwellenwerte des Erdsystems definiert sind.

Intaktheit der Biosphäre

Die Millennium Ecosystem Assessment aus dem Jahr 2005 kam zu dem Schluss, dass sich die Ökosysteme in den letzten 50 Jahren aufgrund menschlicher Aktivitäten schneller verändert haben als je zuvor in der Geschichte der Menschheit, was die Gefahr abrupter und unumkehrbarer Veränderungen erhöht.

Die Grenze der genetischen Biodiversität wird an der Ausstreberate gemessen. E/MSY bedeutet extinction per million species-years. Innerhalb des grünen Bereiches wären wir bei <10 E/MSY, wobei das angestrebte Ziel bei 1 E/MSY liegt. Aktuell wird der Wert bei 100-1000 E/MSY veranschlagt.

Die wichtigsten Triebkräfte des Wandels sind die Nachfrage nach Nahrungsmitteln, Wasser und natürlichen Ressourcen, die zu einem starken Verlust der biologischen Vielfalt und zu Veränderungen der Ökosystemleistungen führen. Diese Triebkräfte sind entweder konstant, d. h. es gibt keine Anzeichen dafür, dass sie im Laufe der Zeit abnehmen, oder sie nehmen an Intensität zu.

Klimawandel

Jüngste Erkenntnisse zeigen, dass die Erde mit einem CO2-Gehalt von 417 ppm (globaler Durchschnitt 2022) in der Atmosphäre bereits diese planetarische Grenze überschritten hat und sich mehreren Kipppunkten des Erdsystems nähert.

Wir haben einen Punkt erreicht, an dem der Verlust des sommerlichen polaren Meereises mit ziemlicher Sicherheit irreversibel ist. Dies ist ein Beispiel für einen klar definierten Schwellenwert, bei dessen Überschreitung schnelle physikalische Rückkopplungsmechanismen das Erdsystem in einen viel wärmeren Zustand treiben können, bei dem der Meeresspiegel um mehrere Meter höher liegt als heute.

Die Schwächung oder Umkehrung der terrestrischen Kohlenstoffsenken, z. B. durch die fortschreitende Zerstörung der weltweiten Regenwälder, ist ein weiterer potenzieller Kipppunkt, bei dem die Rückkopplungen zwischen Klima und Kohlenstoffkreislauf die Erwärmung der Erde beschleunigen und die Klimaauswirkungen verstärken.

Eine wichtige Frage ist, wie lange wir über dieser Grenze bleiben können, bevor große, unumkehrbare Veränderungen unvermeidbar werden. Neuste Erkenntnisse im Journal Science zeigen, dass viele Kipppunkte bei einer Erwärmung über 1,5 Grad wahrscheinlich werden und nicht erst ab 2 Grad, wie vorher angenommen.

Atmosphärischer Aerosolgehalt

Eine planetarische Grenze für atmosphärische Aerosole wurde vor allem wegen des Einflusses von Aerosolen auf das Klimasystem der Erde vorgeschlagen. Durch ihre Wechselwirkung mit Wasserdampf spielen Aerosole eine entscheidende Rolle im Wasserkreislauf und beeinflussen die Wolkenbildung sowie die globalen und regionalen Muster der atmosphärischen Zirkulation, wie z. B. die Monsunsysteme in tropischen Regionen. Sie wirken sich auch direkt auf das Klima aus, indem sie die Reflexion oder Absorption der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre verändern.

Der Mensch verändert die Aerosolbelastung durch die Emission von Luftverschmutzung (viele Schadstoffgase kondensieren zu Tröpfchen und Partikeln) und durch den Landnutzungswandel, die die Freisetzung von Staub und Rauch in die Luft erhöhen. In stark verschmutzten Gebieten wurden bereits Verschiebungen im Klimasystem und im Monsun beobachtet, was ein quantifizierbares regionales Mass für eine Aerosolgrenze darstellt.

Ein weiterer Grund für eine Aerosolgrenze ist die Tatsache, dass Aerosole schädliche Auswirkungen auf viele Lebewesen haben. Durch das Einatmen stark verschmutzter Luft sterben jedes Jahr etwa 800.000 Menschen vorzeitig. Die toxikologischen und ökologischen Auswirkungen von Aerosolen können daher mit anderen Schwellenwerten des Erdsystems zusammenhängen. Das Verhalten von Aerosolen in der Atmosphäre ist jedoch äusserst komplex und hängt von ihrer chemischen Zusammensetzung sowie von ihrer geografischen Lage und Höhe in der Atmosphäre ab.

Während viele Zusammenhänge zwischen Aerosolen, Klima und Ökosystemen bekannt sind, müssen viele kausale Zusammenhänge noch ermittelt werden.

Süsswassernutzung

Der Süsswasserkreislauf wird durch den Klimawandel stark beeinflusst, und seine Grenzen sind eng mit den Klimagrenzen verknüpft. Dennoch ist der Druck des Menschen heute die vorherrschende treibende Kraft, die die Funktionsweise und Verteilung der globalen Süsswassersysteme bestimmt.

Zu den Folgen der menschlichen Eingriffe in die Gewässer gehören sowohl Veränderungen der Flussläufe auf globaler Ebene als auch Verschiebungen der Dampfströme infolge der veränderten Landnutzung. Diese Verschiebungen im hydrologischen System können abrupt und unumkehrbar sein. Wasser wird immer knapper - bis 2050 wird voraussichtlich eine halbe Milliarde Menschen unter Wasserstress leiden, was den Druck erhöht, in die Wassersysteme einzugreifen.

Es wurde eine Wassergrenze vorgeschlagen, die sich an der verbrauchsorientierten Süsswassernutzung und dem ökologischen Wasserbedarf orientiert, um die allgemeine Widerstandsfähigkeit des Erdsystems zu erhalten und das Risiko einer "Kaskadierung" lokaler und regionaler Schwellenwerte zu vermeiden.

Stratosphärischer Ozonabbau

Die stratosphärische Ozonschicht in der Atmosphäre filtert die ultraviolette (UV) Strahlung der Sonne. Wenn diese Schicht abnimmt, erreichen immer mehr UV-Strahlen den Boden. Dies kann zu einem erhöhten Auftreten von Hautkrebs beim Menschen sowie zu Schäden an biologischen Systemen auf dem Land und im Meer führen.

Das Auftreten des antarktischen Ozonlochs war der Beweis dafür, dass die erhöhten Konzentrationen anthropogener ozonabbauender chemischer Substanzen in Wechselwirkung mit den polaren Stratosphärenwolken eine Schwelle überschritten und die antarktische Stratosphäre in ein neues Regime versetzt hatten.

Glücklicherweise scheinen wir dank der im Rahmen des Montrealer Protokolls ergriffenen Massnahmen auf einem Weg zu sein, der es uns ermöglicht, innerhalb dieser Grenze zu bleiben.

Neue Substanzen und modifizierte Lebensformen

Eine der wichtigsten vom Menschen verursachten Veränderungen der Umwelt ist die Emission toxischer und langlebiger Stoffe wie synthetische organische Schadstoffe, Schwermetallverbindungen und radioaktives Material.

Diese Verbindungen können potenziell irreversible Auswirkungen auf lebende Organismen und die physische Umwelt (durch Beeinflussung der atmosphärischen Prozesse und des Klimas) haben.

Selbst wenn die Aufnahme und Bioakkumulation chemischer Verunreinigungen für die Organismen nicht tödlich ist, können die Auswirkungen der verminderten Fruchtbarkeit und die potenziellen dauerhaften genetischen Schäden schwerwiegende Folgen für Ökosysteme haben, die weit von der Quelle der Verunreinigung entfernt sind.

So haben persistente organische Verbindungen zu einem dramatischen Rückgang der Vogelpopulationen geführt und die Fortpflanzung und Entwicklung von Meeressäugern beeinträchtigt.

Änderung biogeochemischer Flüsse

Die biogeochemischen Kreisläufe von Stickstoff und Phosphor sind durch den Menschen infolge zahlreicher industrieller und landwirtschaftlicher Prozesse radikal verändert worden. Stickstoff und Phosphor sind beide wesentliche Elemente für das Pflanzenwachstum, weshalb die Herstellung und Ausbringung von Düngemitteln das Hauptproblem darstellt.

Durch menschliche Aktivitäten wird heute mehr atmosphärischer Stickstoff in reaktive Formen umgewandelt als durch alle terrestrischen Prozesse der Erde zusammen. Ein grosser Teil dieses neuen reaktiven Stickstoffs wird in verschiedenen Formen in die Atmosphäre abgegeben, anstatt von den Pflanzen aufgenommen zu werden. Wenn er abregnet, verschmutzt er die Wasserwege und Küstengebiete oder reichert sich in der terrestrischen Biosphäre an. In ähnlicher Weise wird ein relativ kleiner Teil der Phosphordünger, die in der Lebensmittelproduktion eingesetzt werden, von den Pflanzen aufgenommen; ein Grossteil des vom Menschen mobilisierten Phosphors gelangt ebenfalls in aquatische Systeme. Diese können unter Sauerstoffmangel leiden, wenn Bakterien die Algenblüten verzehren, die als Reaktion auf das hohe Nährstoffangebot wachsen.

Ein erheblicher Teil des ausgebrachten Stickstoffs und Phosphors gelangt ins Meer und kann dazu führen, dass marine und aquatische Systeme ihre eigenen ökologischen Schwellenwerte überschreiten. Ein regionales Beispiel für diesen Effekt ist der Rückgang der Garnelenfänge in der "toten Zone" des Golfs von Mexiko, der durch Düngemittel verursacht wurde, die über Flüsse aus dem Mittleren Westen der USA transportiert wurden.

Landnutzungswandel

Überall auf der Erde wird Land für die menschliche Nutzung umgewandelt. Was früher Wälder, Grasland, Feuchtgebiete und andere Vegetationstypen waren, sind heute immer häufiger landwirtschaftliche Nutzflächen. Diese Landnutzungsänderung ist eine der treibenden Kräfte für den gravierenden Rückgang der Biodiversität und hat Auswirkungen auf die Wasserströme und den biogeochemischen Kreislauf von Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und anderen wichtigen Elementen.

Auch wenn jede Veränderung der Bodenbedeckung auf lokaler Ebene stattfindet, können die aggregierten Auswirkungen Folgen für die Erdsystemprozesse auf globaler Ebene haben. Eine Grenze für die vom Menschen verursachten Veränderungen der Bodensysteme darf nicht nur die absolute Menge des Bodens widerspiegeln, sondern muss auch seine Funktion, Qualität und räumliche Verteilung berücksichtigen.

Den Wäldern kommt hierbei eine besondere Bedeutung zu, denn sie sind massgeblich für weitere Dynamiken, wie den Klimawandel, verantwortlich. Deshalb stehen Wälder auch im Mittelpunkt, wenn es um die Grenzwerte für die Landnutzungsänderungen geht.

Quelle: Stockholm Resilience Center

Quelle: Stockholm Resilience Center

Weitere Unterlagen zu den planetaren Grenzen findest du hier:

🎥 Videos

📃 Artikel, Studien und Literatur

🎧 Podcasts

🎥 Das Video Die planetaren Belastbarkeitsgrenzen – und was sie für die Zukunft der Menschheit bedeuten illustriert das Konzept der planetaren Belastbarkeitsgrenzen

🎥 Johan Rockström, der Wissenschaftler hinter den planetaren Belastbarkeitsgrenzen, stellt das Planetary Boundaries Framework beim TED Global 2010 vor

📃 Im Artikel Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet wird den dringenden Bedarf eines Paradigma wechsels diskutiert

📃 Die Studie A safe operating space for humanity bespricht wie wichtig die Identifizierung und Quantifizierung der planetarer Grenzen ist, damit menschliche Aktivitäten nicht zu inakzeptablen Umweltveränderungen führen

📃 Die Studie Doughnut economics: 7 Ways to Think Like a 21st Century Economist geht der Frage nach, was passieren würde, wenn man eine Ökonomie aufbauen würde, welche die langfristigen Ziele der Menschen verfolgt

📃 Die Studie The Boundaries of the Planetary Boundary Framework: A Critical Appraisal of Approaches to Define a “Safe Operating Space” for Humanity diskutiert kritisch das Konzept der planetaren Grenzen

📃 Die Studie Umwelt-Fussabdrücke der Schweiz 1996-2015 geht auf die konsumbedingte Umweltbelastung der Schweizer ein

🎥 In dieser Diskussion am WEF stellt Johan Rockström das Konzept der planetaren Grenzen vor

📃 Schau dir die Webseite des Stockholm Resilience Centre an um mehr über die planetaren Grenzen zu erfahren