Um den Klimawandel zu verstehen und Antworten auf diese global so bedeutende Herausforderung zu finden, arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der ganzen Welt zusammen. Wie die Klimaforschung sich entwickelt hat, mit welchen aktuellen Fragen sich die Forschenden beschäftigen und wer die wichtigen Akteure sind, haben wir auf dieser Seite zusammengefasst.
Der menschgemachte Klimawandel, seine Auswirkungen und seine Folgen stellen Natur wie Gesellschaft vor große Herausforderungen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kennen bereits seit über 100 Jahren den Zusammenhang zwischen der Menge des Spurengases CO2 in der Atmosphäre und der globalen Temperatur. In den vergangenen rund 40 Jahren konnte der Mensch als Hauptverursacher des beobachteten Klimawandels identifiziert und das Risiko einer ungebremsten Erderwärmung verstanden werden. Die enorme Komplexität des Klimasystems, seine chaotischen Anteile und die örtliche wie zeitliche Entgrenzung des Klimawandels stellen weiterhin hohe Anforderungen an die Forschung. Abstrakte, mathematische Klimamodelle und Szenarien loten mögliche „Zukünfte“ aus und liefern die Basis für gesellschaftliche Entscheidungen.
Die nachfolgende Timeline gibt in 18 Schritten einen ersten Überblick über die Fortschritte der Klimaforschung seit Entdeckung der Infrarotstrahlung durch Wilhelm Herschel in 1800 bis zum Start des ARGO-Programms in 2007. Als Hauptquelle diente das Buch und die dazugehörige Website „The Discovery of Global Warming“ (online abgerufen am 12. Januar 2021) von Spencer R. Weart, der bis zu seiner Emeritierung 2009 Direktor des Center for History of Physics des American Institute of Physics (AIP) war. Auf seiner Website finden sich ausführliche Informationen zur Geschichte der Klimaforschung. Außerdem danken wir Professor Christoph Schneider (HU/BUA) und Professor Wilfried Endlicher (HU/BUA) für die wissenschaftliche Beratung zu den Inhalten.
Herschel entdeckte im Jahr 1800 die Infrarotstrahlung, nachdem er Sonnenlicht durch ein Prisma lenkte und dahinter nicht nur in den sichtbaren Bereichen, sondern auch außerhalb des roten Endes des sichtbaren Spektrums einen Thermometer anbrachte. Die Temperatur stieg in diesem Bereich, und Herschel schloss daraus, dass dort eine unsichtbare Form von Energie wirksam sein müsse
Fourier beschreibt den Einfluss der Atmosphäre auf die Temperatur der Erde. In einem Artikel von 1824 beschrieb er zum ersten Mal die wesentlichen Mechanismen eines hypothetisch modellhaften Treibhauseffekts, dessen Vergleichskriterien zur Atmosphäre er herausarbeitete.
Die US-amerikanische Erfinderin und Forscherin Eunice Foote nimmt mit ihren Experimenten die Entdeckung des Treibhauseffekts vorweg. Die Veröffentlichung ihrer Arbeit 1856 wird jedoch kaum zur Kenntnis genommen.
Der irische Naturwissenschaftler Tyndall zeigt, dass bestimmte Gase – wie etwa CO2 – Infrarotstrahlung blockieren. Er kannte Eunice Footes Arbeiten vermutlich nicht.
Arrhenius veröffentlicht erste Berechnungen, wie sich eine Veränderung der CO2-Konzentration auf das Klima auswirken würde. Er erkennt, dass eine Erhöhung der CO2-Konzentration zu einer Erwärmung der Atmosphäre führt.
Callendar konnte 1938 auf der Basis von Temperaturmessungen erstmals die globale Erwärmung nachweisen, die er mit dem menschengemachten Treibhauseffekt in Verbindung brachte. Callendar argumentiert, dass eine globale Erwärmung durch den Treibhauseffekt bereits im Gange ist.
Flohn ist der erste deutsche Wissenschaftler, der sich mit dem Treibhauseffekt beschäftigt.
In den fünfziger und sechziger Jahren profitieren Klimaforschende von immer leistungsfähigeren Computern und ersten Wettersatelliten.
Revelle und Suess weisen nach, dass die Ozeane das vom Menschen produzierte CO2 nicht komplett aufnehmen werden.
Keeling verbessert die Methoden zur Messung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre und stellt fest, dass die Konzentration jährlich ansteigt. Er beginnt die Messungen 1958 auf dem Mauna Loa (Hawaii), die seitdem fortlaufend aktualisiert werden. Die Grafik der CO2-Daten ist als Keeling-Kurve bekannt.
Manabe und Wetherald sind die Ersten, die ein globales Klimamodell entwickeln, indem sie Wärmetransport durch Konvektion in ihr Modell integrieren. Sie berechnen, dass eine Verdopplung der CO2-Konzentration eine Erwärmung der Erde um zwei Grad Celsius zur Folge hätte.
Rasool und Schneider beschäftigen sich mit der Wirkung anthropogener Aerosole, wie etwa Rußpartikeln, auf das globale Klima.
Forscherinnen und Forscher beginnen Bohrkerne aus Grönland und der Antarktis zu analysieren, um mehr über klimatische Veränderungen der Vergangenheit herauszufinden.
Ende der siebziger Jahre sind sich Klimaforschende größtenteils einig, dass sich die Erdatmosphäre aufwärmt und nicht abkühlt. Ein von der US National Academy of Science ernanntes Expertenpanel kommt zu dem Schluss, dass eine Verdopplung der CO2-Konzentration sehr wahrscheinlich zu einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur von 1,5 bis 4,5 Grad Celsius führen wird.
Im Juni 1988 spricht Klimaforscher James Hansen vor einem Ausschuss des US-Senats und warnt vor den Folgen des Klimawandels. Im November wird das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), das in Deutschland als Weltklimarat bekannt ist, als zwischenstaatliche Institution vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen gegründet.
1992 wird auf dem Weltgipfel für Umwelt und Entwicklung in Rio de Janeiro die UN-Klimarahmenkonvention ins Leben gerufen, kurz UNFCCC. Im Übereinkommen wird das Ziel festgehalten, „die Stabilisierung der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre auf einem Niveau zu erreichen, auf dem eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems verhindert wird“.
Der Klimawandel hält sich nicht an Ländergrenzen. Die Klimaforschung ist deshalb sehr international aufgestellt, außerdem interdisziplinär (unterschiedliche Wissenschaftsdisziplinen arbeiten zusammen) und transdisziplinär (Wissenschaft und Praxis arbeiten zusammen). Neben dem naturwissenschaftlichen Systemverständnis spielt das Verständnis des menschlichen Gesellschaftssystems, der gesellschaftlichen Möglichkeiten von Resilienz sowie Innovation und Transformation eine immer größere Rolle. Diese Entwicklung bildet sich in den heutigen Forschungsvorhaben ab, in denen neben den Naturwissenschaften (Meteorologie, Ozeanographie, Biogeochemie, Physik …) immer öfter Sozialwissenschaften (Politologie, Ökonomie, Soziologie, Psychologie, Kommunikationswissenschaften …) sowie Technik und Ingenieurswissenschaften zusammenarbeiten. Längst stehen Klimaforschung und Gesellschaft vor der Frage: „Warum wissen wir so viel und handeln so wenig?“ Dieses als „knowledge-action gap“ bezeichnete Phänomen beschäftigt immer mehr Expertinnen und Experten aus Wissenschaft und Praxis. Das in immer mehr Ländern anerkannte Politikziel, bis zur Mitte des Jahrhunderts klimaneutral zu leben und zu wirtschaften, erfordert gut aufeinander abgestimmte Transformationspfade in allen gesellschaftlichen Bereichen. Inter- und transdisziplinäre Forschung sowie Praxistests in Reallaboren liefern die nötigen Innovationen.
Gleichzeitig gibt es weiterhin Bedarf, das naturwissenschaftliche Verständnis des Klimasystems zu vertiefen. Zum Beispiel können die Ozeane – eine der größten Klimakomponenten des Erdsystems – erst durch die Entwicklung neuer Techniken (moderne Forschungsschiffe, Tauchgeräte, Messbojen…) besser beforscht und verstanden werden. Ein anderes Beispiel ist das riesige Eisschild, das Grönland bedeckt und bei völligem Abschmelzen einen Meeresspiegelanstieg von rund sieben Metern verursachen würde. Derzeit arbeitet die Forschung an einem besseren Verständnis der sich durch den Klimawandel beschleunigenden Abschmelzprozesse.
Der Klimawandel zählt zu den kollektiven Handlungsproblemen von globaler Reichweite, zu dessen Lösung wissenschaftliches Wissen erforderlich ist. Die Bereiche wissenschaftsbasierte Kommunikation und Beratung werden daher immer wichtiger, um den globalen Suchprozess nach einer effizienten Transformation in ein postfossiles Zeitalter und einer kostengünstigen Anpassung an den nicht mehr vermeidbaren Klimawandel möglichst irrtums-arm gestalten zu können.
Auf internationaler Ebene hat sich dafür ein breites Bündnis wissenschaftlicher und nicht- wissenschaftlicher Akteure formiert. Hierzu zählen die Vereinten Nationen (UN) und ihr Umweltprogramm (UNEP) sowie die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) und der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC). Seit seiner Gründung im Jahr 1988 fasst der IPCC etwa alle sieben Jahre in seinen Sachstandsberichten den wissenschaftlichen Kenntnisstand zum Klimawandel für politische Entscheidungsträger zusammen, ohne dabei spezielle Handlungsempfehlungen für die Politik auszusprechen. Erste Kontaktstelle in Deutschland für alle Fragen rund um die Arbeit des Weltklimarats ist die Deutsche IPCC-Koordinierungsstelle. Die Erkenntnisse aus den IPCC-Sachstandsberichten fließen direkt in die Verhandlungen der jährlichen Weltklimakonferenzen (COP – Conferences of the Parties) ein.
Bereits im Jahre 1980 wurde vom International Council for Science (ICSU) und der WMO das internationale Weltklimaforschungsprogramm World Climate Research Programme (WCRP) gegründet, um international und koordiniert das naturwissenschaftliche Systemverständnis zu befördern. Das 10-jährige Forschungsprogramm „Future Earth“ folgte 2012. Ziel dieser Initiative ist es, integrative und lösungsorientierte Nachhaltigkeitsforschung zu fördern.
Auf europäischer Ebene hat vor allem das Rahmenprogramm der Europäischen Kommission für Forschung und Innovation (Horizon 2020) wichtige Impulse für weitere Forschung gesetzt. Zum 1. Januar 2021 wurde „Horizon2020“ durch das umfangreichere Folgeprogramm „Horizon Europe“ ersetzt. Dabei bilden die Wissenschaftsexzellenz, globale Herausforderungen und die industrielle Wettbewerbsfähigkeit Europas sowie „Innovatives Europa“ die drei inhaltlichen Schwerpunkte des Programms.
Auf nationaler Ebene erfolgt Klimaforschung in zahlreichen Strukturen und unter diversen Schwerpunkten. Die Finanzierung ist überwiegend durch die Bundesländer und das Bundesforschungsministerium (BMBF) gesichert. Die Strukturen lassen sich grob folgendermaßen einteilen:
Die Drittmittelforschung ist ein wesentlicher Treiber von Innovationen. Das Forschungsprogramm für Nachhaltigkeit (FONA) des BMBF fördert derzeit angewandte und problemorientierte Forschung in den Themenfeldern Zukunftsstadt, Energiewende und nachhaltiges Wirtschaften.
Zu nennen ist auch das Deutsche Komitee für Nachhaltigkeitsforschung in Future Earth (DKN Future Earth), eine Gründung des BMBF, des Bundesumweltministeriums (BMU) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). DKN Future Earth agiert als unabhängiges, wissenschaftliches Beratergremium gegenüber Forschungsförderern sowie als nationale Plattform für Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen, die sich mit dem Thema globale Nachhaltigkeit befassen.
Die genannten Forschungseinrichtungen forschen mit unterschiedlichen Schwerpunkten und haben teilweise unterschiedliche Adressaten. Eine trennscharfe Aufteilung ist nicht möglich und auch nicht gewollt, denn sie würde der notwendigen Freiheit der Forschung zuwiderlaufen. Allerdings kann man der Klimaforschung grob diese sechs Aufgaben zuweisen: