Mut in der Wissenschaft
Das Erdsystem hat Fieber

Disziplinäre Trägheit bremst Fortschritt aus. Integrative Erdsystemforschung kann die Patientin Erde ganzheitlich in den Blick nehmen.

Das Klima der Erde lässt sich –, vereinfacht –, mit der Gesundheit eines Menschen vergleichen. Nehmen wir an, eine Überdosis eines in geringen Mengen notwendigen Stoffs führt zu schweren, gefährlichen Nebenwirkungen. Die Behandlung eines solchen Polytraumas erfordert nicht nur Wissen, sondern auch Mut – den Mut, gegebenenfalls etablierte Handlungspfade zu verlassen und andere Lösungen zu wagen. 

Beim Menschen wissen wir, dass eine Temperaturgrenze bei 42 Grad erreicht ist. Eine höhere Körpertemperatur ist lebensgefährdend. Eine gute Ärztin, ein guter Arzt, wird mit der Senkung des hohen Fiebers nach der Ursache für die Krankheit suchen und danach trachten, diese zu beseitigen. 

Bei der globalen Erwärmung kennen wir die Ursache des Problems. Die Therapie kennen wir auch. Sie besteht in der deutlichen Senkung der anthropogenen Treibhausgasemissionen in den nächsten Jahrzehnten. 

Was über Ursachen und Therapie der "kranken" Erde bekannt ist 

Dass Dekarbonisierung und die Entwicklung von Methoden zur Begrenzung der menschengemachten globalen Erwärmung notwendig sind, ist unstrittig. Die physikalisch-chemische Kausalkette hierfür ist gut verstanden: Die Erwärmung seit dem Beginn des Industriezeitalters geht primär auf den Anstieg des Gehalts von Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre zurück. Dieser Anstieg resultiert weitgehend aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung. 

Für den Nachweis dieses Zusammenhangs erhielten Professor Syokuro Manabe und Professor Klaus Hasselmann 2021 den Physik-Nobelpreis. Sie nutzten Simulationen mit Klimamodellen, in denen sie entweder nur natürliche oder zusätzlich auch die anthropogenen als Antriebe vorgaben. Das Ergebnis: Nur unter Einbeziehung der veränderten Treibhausgaskonzentrationen lässt sich die beobachtete globale Erwärmung reproduzieren. Schon der schwedische Physiker und Chemiker Svante Arrhenius berechnete 1896, dass eine Steigerung der atmosphärischen CO2-Konzentration mit einer Erwärmung einherging. 

"Nur unter Einbeziehung der veränderten Treibhausgaskonzentrationen lässt sich die beobachtete globale Erwärmung reproduzieren."

Modelle und Messdaten belegen: Die Oberflächentemperatur der Erde steigt auf der Zeitskala von Jahrzehnten proportional zu den kumulativen weltweiten CO2-Emissionen. Dieser Zusammenhang begründet eine klare Aussage: Jede zusätzliche in die Atmosphäre gelangende Tonne CO2 führt zu einem weiteren globalen Temperaturanstieg. Dies führt wiederum zu häufigeren Wetterextremen wie Hitzewellen, bringt Meereis und Eisschilde zum Schmelzen und verändert den Wasserkreislauf. Die weitreichenden Auswirkungen der globalen Erwärmung auf Natur und Mensch begründen die Forderung nach schnellem Handeln. Die Emissionen drastisch, auf ein absolutes Minimum, zu verringern, ist das Mittel der Wahl, um den Temperaturanstieg zu verlangsamen und schließlich zu stoppen. Da die Emissionen global aber immer noch steigen, werden aller Voraussicht nach zusätzliche Maßnahmen erforderlich sein. 

Um die globale Erwärmung auf das im Pariser Klimaabkommen festgelegte Maß zu begrenzen, wird in allen plausiblen Szenarien zusätzlich eine aktive CO2-Entfernung aus der Atmosphäre (Carbon Dioxide Removal, auch Negative Emissionen genannt) notwendig sein. Eine schnellere und scheinbar attraktive Senkung der Erdtemperatur könnte mit der Schwächung der auf die Erde treffenden Sonnenstrahlung erzielt werden, was – in der geschilderten Krankheitsanalogie bleibend – mit der Fieberbekämpfung durch Wadenwickel verglichen werden könnte. Allerdings greifen derartige Geoengineering-Maßnahmen in die planetare Energiebilanz und den Wasserkreislauf ein und können mit unerwünschten Nebenwirkungen verbunden sein. 

Lücken beim Verständnis der Funktionsweise des Erdsystems 

Betrachten wir die Fieber-Analogie genauer, werden einige Herausforderungen der Erdsystemforschung deutlich: Ziehen wir die instrumentellen Messdaten der letzten rund 300 Jahre heran, so kennen wir lediglich einen Teil der Patientengeschichte. Es steht nur dieser spezielle Krankheitsverlauf zur Verfügung, um die Funktionsweise des Erdsystems zu verstehen. Über das Fieber hinaus zeigen sich weitere Veränderungen, wie Biodiversitätsverlust oder Meeresversauerung, die bei der Behandlung der Patientin Erde mit bedacht werden sollten. Manche Vitalparameter (Ozeanzirkulation, Waldausdehnung, Eisschilde) verändern sich so langsam, dass unklar ist, wo ihre Grenzwerte liegen. Die Paläoklimatologie beschäftigt sich mit der Rekonstruktion des Erdklimas der Vergangenheit und bietet einen weitreichenden Datenkontext, um Erdsystemmodelle in vergangenen Extremzuständen, aber auch bei der Simulation von Klimaübergängen zu überprüfen (Abbildung 1).

Die wechselvolle Klimageschichte zeigt: Das Erdklima kann sich aufgrund von externen Antrieben, wie der sich über Jahrtausende hinweg wandelnden saisonalen Sonneneinstrahlung, aber auch durch interne Erdsystemdynamik wie Tektonik, Evolution und Wechselwirkungen zwischen den Komponenten Atmosphäre, Biosphäre, Ozean, Land und Cryosphäre verändern. In Deutschland wurde in den letzten Jahren der Mut aufgebracht, diese Interaktionen und Rückkopplungen in die Erdsystemmodelle einzubeziehen. So kann inzwischen der wechselseitige Einfluss von Eisschilddynamik, Ozean- und Atmosphärenzirkulation mit Erdsystemmodellen untersucht werden. 

Dennoch sind auch diese Modelle weiterhin nur eingeschränkt zuverlässig, etwa für Vorhersagen der regionalen Klimavariabilität oder des Kohlenstoff- und Wasserkreislaufs. Dies ist problematisch, denn, um wieder auf die Gesundheitsanalogie zurückzukommen, Prognosen für den Krankheits- und Heilungsverlauf und die Wahl von Heilmitteln für die Erde benötigen die Modellierung genau dieser Stoffkreisläufe sowie eine Berücksichtigung der langsamen wie auch schnellen Rückkopplungen zwischen den Erdsystemkomponenten. 

Scheinbare Irrwege bereichern das Methodenspektrum 

Es ist notwendig, die Unsicherheiten der Modelle mit Mut klar zu kommunizieren. Komplexe Klimamodelle sollten genutzt werden, um die Ursachen und die vielfältigen Auswirkungen des anthropogen verursachten Klimawandels wissenschaftlich zu etablieren. Es fehlen in den Modellen jedoch wichtige langsame Rückkopplungsprozesse auf Zeitskalen von Jahrhunderten. Diese sind nötig, um natürliche Klimaschwankungen der Vergangenheit in den Modellen abzubilden. Darauf basierend können belastbare Projektionen der Klimaentwicklung für die kommenden Jahrhunderte erstellt werden. 

Ohne die Kenntnis vergangener Klimazustände suchen wir nach Behandlungsmethoden, obwohl wir die Patientin Erde mit ihren blinden Flecken im Krankheitsverlauf kaum kennen. Bei einem Polytrauma ruft ein Ärzteteam Fachleute aus unterschiedlichen Disziplinen zusammen. Integrative Erdsystemforschung, die etablierte und neue Disziplinen wie auch innovative Methoden zusammenbringt, kann die Erde ganzheitlich in den Blick nehmen. Wie schon der Philosoph Platon betonte, ist Mut die Fähigkeit, Risiken bewusst einzugehen, weil man die Zusammenhänge versteht. In der Wissenschaft kann dies bedeuten, Disziplingrenzen zu überschreiten, insbesondere wenn die bisherigen Methoden an ihre Grenzen stoßen. 

"Dass neue Methoden zunächst auf Skepsis stoßen oder übersehen werden, ist nicht neu."

Scheinbare Irrwege bereichern das Methodenspektrum. Mein Weg in die Erdsystemforschung führte mich von der Informatik über die Medizinphysik zur Glaziologie. Dabei wurde mir klar: Methoden lassen sich oft zwischen Disziplinen übertragen – doch diese Perspektive stößt nicht selten auf Widerstand, gespeist aus akademischem Konservatismus oder Paradigmenresistenz. Dass neue Methoden zunächst auf Skepsis stoßen oder übersehen werden, ist nicht neu. Die bahnbrechenden Erkenntnisse von Galilei und Darwin aber auch Arrhenius’ Berechnungen zur Klimawirkung von CO2 sind Beispiele. Dies ist Ausdruck disziplinärer Trägheit, die Fortschritt oft bremst. Wer sich davon nicht entmutigen lässt, wird belohnt: mit neuen Erkenntnissen und der Gewissheit, dass scheinbare Irrwege oft zu neuen Perspektiven und Lösungen führen. 

Unvorhergesehene wissenschaftliche Möglichkeiten nutzen 

Künstliche Intelligenz und immer bessere paläoklimatische Daten (Proxydaten) bieten heute unvorhergesehene Möglichkeiten, um komplexe Wechselwirkungen und Rückkopplungen im Erdsystem zu entschlüsseln. Dass dies notwendig ist, zeigen aktuelle Ereignisse wie die jüngsten Hitzewellen im Sommer 2026 oder die Schwäche der Modelle, die Stärke ungewöhnlicher Meeresströmungen (El Niño) vorherzusagen. Denn während wir bereits genug wissen, um Handlungsempfehlungen auszusprechen, deuten die Unsicherheiten in Klimamodellen darauf hin, dass das Erdsystem möglicherweise stärker veränderlich sein könnte als bisher angenommen. 

Wenn interdisziplinär über Fächer hinweg zusammengearbeitet wird, können wir Modelle entwickeln, die nicht nur prominente Ereignisse der Vergangenheit wie das Entstehen und Vergehen von Eiszeiten erklären, sondern auch langfristige Zukunftsprojektionen erlauben. Arbeiten Natur-, Geistes-, Sozial- und Politikwissenschaften zusammen, können erfolgreiche Wege zur Dekarbonisierung und zusätzlicher Entfernung von CO2 aus der Luft eine Basis für langfristige Klimastabilisierung werden. Die Klimakrise wartet nicht. Wir müssen jetzt gesellschaftlich und wissenschaftlich die Weichen stellen – mit Mut, mit neuen Methoden und mit dem Willen, Grenzen zwischen Disziplinen zu überwinden.