Ein zentrales Problem des Klimawandels sind die sich verstärkenden Rückkopplungseffekte der globalen Temperaturerhöhung. Durch die Erwärmung kommt es zu Folgeeffekten, die zu einer weiteren Erhöhung der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre führen können und somit zu einer weiteren Aufheizung der Oberflächentemperatur beitragen. In diesem Synthesebericht werden Rückkopplungseffekte durch die Treibhausgase Methan, CO2 und Wasserdampf sowie durch die Verringerung der Eisflächen betrachtet.

Methan liegt in großen Mengen gebunden im Permafrostboden und als Methanhydrat in fester Form am Meeresboden vor. Durch den Klimawandel werden diese gebundenen Treibhausgase teilweise freigesetzt. Das Methanhydrat wird durch Schwankungen des Druckes und einem Anstieg der Temperatur des umgebenden Meerwassers instabil und geht in die gasförmige Phase über. Somit gelangt es in die Atmosphäre. Ebenso wird bei einer Erwärmung der Permafrostböden gelöstes, aber bisher im Boden eingeschlossenes, Methan frei. Problematisch ist dieser Rückkopplungseffekt vor allem wegen der äußerst klimaschädlichen Wirkung von Methan. Ein Kilogramm Methan trägt etwa 33-mal mehr zur globalen Erwärmung bei als die gleiche Masse CO2 [vgl. ShFa09]. Neuere Untersuchungen zeigen, dass in den letzten Jahren vor allem in arktischen Gebieten große Mengen zuvor gebundenen Methans freigesetzt wurden und den Klimawandel weiter beschleunigen [Quelle: ShSe10].

Auch bei der Konzentration von CO2 in der Atmosphäre spielen Rückkopplungseffekte eine bedeutende Rolle. Derzeit reduzieren die Ozeane noch die Konzentration von CO2 in der Luft (ein Drittel des von Menschen emittierten CO2 wird vom Meerwasser absorbiert). Der Rückkopplungseffekt beruht in der geringeren Löslichkeit von CO2 in Meerwasser bei zunehmenden Temperaturen. Der Anteil an emittierten CO2, den das Meer absorbiert, wird bei anhaltender globaler Erwärmung somit zurückgehen.

Der Einfluss von Wasserdampf auf den Klimawandel wird von zwei gegenläufigen Effekten bestimmt. Zum einen ist davon auszugehen, dass es auf Grund der Erwärmung der Ozeane auch zu einer höheren Konzentration von Wasserdampf in der Atmosphäre kommt. Dort reflektiert es die vom Erdboden emittierte Infrarotstrahlung. Da Wasserdampf mit einem Beitrag von etwa 60% das mit Abstand bedeutendste Treibhausgas ist, wird dieser Effekt zu einer zusätzlichen Verstärkung des Treibhauseffektes führen. Zum anderen führt eine Erwärmung der Meere auch zu vermehrter Wolkenbildung. Diese Wolkenbildung wirkt der globalen Erwärmung entgegen, da Wolken das Sonnenlicht reflektieren bevor es zur Erde gelangt. Welcher der beiden Effekte überwiegt ist noch nicht abschließend geklärt [Vgl. NASA06 und CeZh95].

Ein weiterer bedeutender Effekt ist der Rückgang der Eisflächen auf der Erdoberfläche. Eis reflektiert die Sonnenstrahlung besser als andere Erdoberflächen, wie Meereswasser oder schneeloser Boden. Dieser Effekt wird als Albedo-Effekt bezeichnet. Im Zuge des Klimawandels wird der Anteil der schnee- und eisbedeckten Erdoberfläche zurückgehen, wodurch weniger Sonnenstrahlung reflektiert und die globale Erwärmung noch zusätzlich verstärkt wird.
Insgesamt wird angenommen, dass die Rückkopplungseffekte geringer sind als noch vor wenigen Jahren befürchtet. Der Gesamtanteil dieser Verstärkungseffekte am Klimawandel kann derzeit nicht genau bestimmt werden. Schätzungen reichen je nach Erwärmungsszenario von 15-78% innerhalb des nächsten Jahrhunderts [Quelle: ScBr06].