GlobalTip – Kipppunkte, Dynamik und Wechselwirkungen von sozialen und ökologischen Systemen

Menschliche Eingriffe und der Klimawandel belasten Ökosysteme bis an deren Stabilitätsgrenzen – sie nähern sich einem Kipppunkt. „GlobalTip“ erforscht gesellschaftliche und ökologische Wirkungsketten, die die Lebensbedingungen der Menschen drastisch verändern.

Weltweit verändert der Mensch die natürlichen Ökosysteme durch Bodenbearbeitung, (Über-)Nutzung von Ressourcen und Urbanisierung. Daneben treten Belastungen durch klimatische Veränderungen auf. So gefährdet beispielsweise die zunehmende Erosion landwirtschaftlicher Böden durch vermehrte Extremereignisse wie Starkregen und langanhaltende Trockenperioden die langfristige Ernährungssicherung. Denn die Abtragung des besonders fruchtbaren Oberbodens sowie die damit einhergehende Verringerung der Bodenproduktivität mindern die landwirtschaftlichen Erträge. Problematisch ist zudem, dass immer mehr Waldböden, die vor Erosion schützen, als Ackerflächen übernutzt und damit zunehmend zerstört werden.

Bei diesen Entwicklungen spielen komplexe Wechselwirkungen zwischen sozial-ökonomischen und ökologischen Faktoren eine große Rolle, die sich gegenseitig noch weiter verstärken können. Dabei kann es zu abrupten und nur schwer oder nicht umkehrbaren Zustandswechseln kommen, sogenannten Kipppunkten oder auch Tipping Points. Diese Kipppunkte führen dazu, dass sowohl lokal als auch global Ökosystemleistungen für den Menschen erheblich reduziert werden, wie etwa die Sauerstoffproduktion, die Kohlendioxid-Bindung oder die Bodenfruchtbarkeit. Entsprechend reduzieren sich auch die natürlichen Kapazitäten für die Nahrungsmittelproduktion. So entstehen Gefahren für unsere Gesundheit und das gesellschaftliche Wohlergehen. Der „Globale Bericht zu Kipppunkten" (Global Tipping Point Report 2023), welcher während der Weltklimakonferenz COP28 Ende 2023 von mehr als 200 Fachleuten aus über 90 Ländern veröffentlicht wurde, betont die Notwendigkeit und Dringlichkeit weiterer Forschung zu Kipppunkten und zu den Wechselwirkungen zwischen gesellschaftlichen und ökologischen Systemen. Laut Bericht ist beispielsweise weniger darüber bekannt, wie sich das Überschreiten von Kipppunkten in ökologischen Systemen auf gesellschaftliche Systeme auswirkt, als über die direkten Folgen innerhalb von Ökosystemen. Grund dafür sind begrenzte Erfahrungswerte mit Kipppunkten sowie zeitverzögerte Reaktionen von gesellschaftlichen Systemen.

Global forschen, lokal Maßnahmen empfehlen

Bereits 2017 startete das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das internationale und interdisziplinäre Forschungsprogramm „Kipppunkte, Dynamik und Wechselwirkungen von sozialen und ökologischen Systemen". In der ersten Förderphase (BioTip) von 2017 bis 2023 stellte das BMBF rund 20 Millionen Euro für die Forschungsprojekte zur Verfügung. Aktuell unterstützt das BMBF die zweite Förderphase (GlobalTip) von 2023 bis 2025 mit weiteren rund 13 Millionen Euro.

Ziel der ersten Förderphase „BioTip" war es, die Forschung und das wissenschaftliche Verständnis rund um Kipppunkte an Land und im Meer zu vertiefen und Wissenslücken zu schließen. Einige Forschungsprojekte konnten bereits Kipppunkte nachweisen sowie Indikatoren identifizieren, die auf einen Kipppunkt hinweisen. Dafür wurden unterschiedliche Methoden aus verschiedenen Fachdisziplinen angewendet, wie etwa mathematische Modellierungen, psychologische Modelle und experimentelle Feldstudien. Auch die intensive Zusammenarbeit der Forschungsprojekte mit Vertreterinnen und Vertretern der Gesellschaft, Wirtschaft und Politik in den Forschungsgebieten verbesserte das Verständnis zur Entstehung von Kipppunkten – vor allem für die betroffenen Menschen vor Ort.

Aufbauend auf den Ergebnissen von „BioTip" ist das Ziel der zweiten Forschungsphase „GlobalTip" insbesondere die Entwicklung von Handlungsstrategien und Anpassungsmaßnahmen zur Vermeidung von Kipppunkten. Diese sollen eine Transformation hin zu nachhaltigen Gesellschaften fördern und negative Auswirkungen auf die Ökosysteme verhindern. Ein weiterer Fokus von „GlobalTip" liegt auf der Erforschung der Leistungsfähigkeit von Ökosystemen sowie der Untersuchung sozial-ökonomischer Entwicklungen, denen zwecks Schutzes unserer Lebensgrundlage entgegengewirkt werden muss. Für die Politik werden erforderliche Handlungsstrategien für mehr Nachhaltigkeit erarbeitet und in globale Prozesse eingebracht – wie beispielsweise in den Weltklimarats IPCC und den Weltbiodiversitätsrat IPBES.

Die in den Projekten entwickelten Anpassungsmaßnahmen betreffen insbesondere die lokale Wirtschaft und Bevölkerung. Daher setzt „GlobalTip" weiterhin auf einen Dialog mit den Menschen vor Ort, die auf die Ökosysteme als direkte Lebensgrundlage angewiesen sind. Außerdem arbeiten die Forscherinnen und Forscher eng mit Politik, Wirtschaft und gesellschaftlichen Akteuren vor Ort zusammen, um die entscheidenden Prozesse, die die Resilienz unserer Umwelt erhöhen, irreversible Veränderungen der Ökosysteme verhindern und widerstandsfähige gesellschaftliche Systeme fördern, zu identifizieren und zu initiieren.

GlobalTip-Projekte im Überblick

Das BMBF fördert in der zweiten Phase des Forschungsprogramms „Kipppunkte, Dynamik und Wechselwirkungen von sozialen und ökologischen Systemen" sechs Projekte mit nationalen und internationalen Kontexten.

Das Humboldtstrom-Auftriebssystem (Humboldt Upwelling System HUS) vor der Westküste Perus ist der produktivste Fischgrund der Welt. Dort wird durch kaltes und nährstoffreiches Wasser das Wachstum von Plankton angeregt, das wiederum als Nahrung für kommerziell genutzte Fischarten wie Sardellen dient. Veränderungen in diesem Ökosystem aufgrund der zunehmenden Erwärmung der Ozeane haben nicht nur Auswirkungen auf die Gesundheit der Ozeane und der Fischpopulationen in der Region, sondern auch auf den weltweiten Fisch- und Meeresfrüchtemarkt. Zudem droht diese Region einen Kipppunkt zu überschreiten, wenn sich durch Überfischung die Fischpopulationen verringern. Im Projekt Humboldt-Tipping wird ein interdisziplinäres Konsortium von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Deutschland und Peru mehrere zukünftige Szenarien für das Humboldtstrom-Auftriebssystem entwerfen, die der Politik vor Ort helfen werden, Strategien für die Zukunft zu entwickeln. Die sich daraus ergebenden Anpassungsoptionen für die lokalen Küstengemeinden sowie für die industrielle und gewerbliche Fischerei werden einen wichtigen Beitrag zum Handel mit Meeresfrüchten und zur globalen und lokalen Ernährungssicherheit leisten. Außerdem sollen nachhaltige Strategien für den Fischfang entwickelt werden, um einem Kipppunkt entgegenzuwirken.

Laufzeit: 01.09.2023-31.08.2025

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Der Viktoriasee ist der zweitgrößte Süßwassersee der Welt und wird von Tansania, Uganda und Kenia gemeinsam genutzt. Die dort betriebene Nilbarschfischerei ist eine wichtige Nahrungs- und Einkommensquelle für die wachsende Anrainerbevölkerung von rund vier Millionen Menschen. Nicht nachhaltige Fischereimethoden können zum Überschreiten eines ökologischen Kipppunkts führen, was wiederum erhebliche Auswirkungen auf die Lebensgrundlagen und die Nahrungsverfügbarkeit für Millionen von Menschen hätte.

Ein Schlüssel, um das Ökosystem des Viktoriasees langfristig zu verbessern, liegt in einer Verhaltensänderung der Fischer. Das Projekt MultiTip-ER kombiniert mathematische Modellierungen, Studien zu psychologischen Modellen und experimentelle Feldstudien, um besser zu verstehen, welche Handlungen und Ereignisse Verhaltensänderungen der Fischer begünstigen. Die Forschenden suchen nach Eingriffsmöglichkeiten, um das Überschreiten eines Kipppunktes zu verhindern. Dazu analysiert das Projektteam einerseits die Auswirkungen neuer Maßnahmen wie etwa die Bereitstellung besserer Köder und Subventionen für Fischernetze, die das Ökosystem nicht schädigen. Andererseits untersucht das Projekt die Wahrnehmung und Wirksamkeit von Gesetzen, die nachhaltigen Fischfang vorschreiben. Da die Gesetze zurzeit oft unbeachtet bleiben, sollen Voraussetzungen geschaffen werden, welche die Durchsetzbarkeit nachhaltigen Fischfangs stärken.

Laufzeit: 01.09.2023-31.08.2025

Projektwebseite

Das NamTip-Projekt untersucht Kipppunkte der Desertifikation in Trockengebieten Namibias. Damit ist der Zustand gemeint, in dem der Boden irreversibel unproduktiv wird. In dieser Umgebung sind Samen nicht mehr keimfähig und das fehlende Wasserrückhaltevermögen steht einer Nutzung der Flächen entgegen.

Ziel des Projekts ist es, die Auswirkungen eines Desertifikationskipppunktes auf die lokalen Lebensgrundlagen wie etwa die Ernährungssicherheit der Bevölkerung zu identifizieren und geeignete Maßnahmen zur Verhinderung dieser folgenschweren Ökosystemveränderungen zu entwickeln. Das Projekt bringt Expertinnen und Experten aus den Natur- und Sozialwissenschaften mit Akteuren der Landwirtschaft, Politik und Ausbildung zusammen. So wird im Projekt NamTip beispielsweise ein Langzeit-Experiment auf eingezäunten Weideflächen durchgeführt. Um die ökologischen Mechanismen zu verstehen und die Belastungsgrenze der Böden zu bestimmen, soll im Rahmen dieses Experiments das Weideland über einen Kipppunkt hinweg in einen wüstenähnlichen Zustand überführt werden. Dies geschieht durch eine Kombination der beiden Hauptauslöser von Desertifikation, nämlich Überweidung und Dürre. Zudem werden konkrete Maßnahmen zur Wiederherstellung der Bodenproduktivität erforscht, die einem Desertifikationskipppunkt entgegenwirken könnten.

Laufzeit: 01.10.2023-30.09.2025

Die mongolische Steppe ist ein einzigartiges sozial-ökologisches System, das durch die Mobilität von Wild- sowie Weidetieren und Menschen geprägt ist. Große Huftierherden ziehen hunderte von Kilometern durch die Steppe, und nomadische Hirten wechseln mehrmals im Jahr gemeinsam mit ihrem Vieh die Weidegebiete. Diese Mobilität gilt als Grundvoraussetzung für den Erhalt des Steppenökosystems. Denn ohne Mobilität verkleinern sich die Wildtierbestände, da sie Wetterextremen nicht mehr ausweichen können. Zudem bewegen insbesondere große Säugetiere eine große Menge an Samen und Nährstoffen und sind dadurch in der Lage, ein Ökosystem zu stabilisieren.

Die Mongolei befindet sich jedoch in einem raschen und tiefgreifenden gesellschaftlichen Wandel. Der Bergbau und die Ölförderung nehmen stetig zu, wohingegen die Landschaft durch den Ausbau der Infrastruktur wie Straßen und Eisenbahnlinien zerstückelt wird. Neben der wirtschaftlichen Entwicklung bedroht die Verstädterung das Ökosystem der mongolischen Steppe. Immer mehr nomadische Familien ziehen in Siedlungen und Viehherden werden immer größer und weniger mobil.

Das deutsch-mongolische Forschungsprojekt MoreStep untersucht, ob die gegenwärtigen gesellschaftlichen Veränderungen in der Mongolei zum Überschreiten eines Kipppunktes im Steppenökosystem führen könnten. Ein solcher Kipppunkt würde erhebliche ökologische Folgen haben, darunter irreversible Prozesse wie Bodendegradation, Verlust der Bewegungsmuster von Wildtieren und Verlust des einzigartigen Ökosystems „Mongolische Steppe". Das Projekt zielt auch darauf ab, Rahmenbedingungen zu identifizieren, die die Mobilität von Wildtieren, Nomaden und deren Herden für die Zukunft ermöglichen, sodass die nomadische Lebensweise erhalten bleiben kann. Darüber hinaus wird der beschleunigende Einfluss des Klimawandels auf das Erreichen eines ökologischen Kipppunktes in der Steppe untersucht.

Laufzeit: 01.10.2023-30.09.2025

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Welchen Beitrag leisten die Bodenökosysteme zum Erhalt des Amazonas-Regenwalds? Welche Rolle spielen sie bei der Milderung schädlicher sozialer und wirtschaftlicher Einflüsse, die den Wald zum Beispiel durch großflächige Abholzung bedrohen? Was passiert, wenn der Kipppunkt der Bodenfruchtbarkeit überschritten wird? Das Projekt PRODIGY untersucht dazu die Eigenschaften des Bodens, wie die Vielfalt der Bodenflora (Bakterien und Pilze), seine chemische Zusammensetzung und den Kohlenstoffkreislauf sowie die Pflanzenwelt. Um den Einfluss von Dürreperioden zu erforschen, die durch den Klimawandel immer häufiger auftreten, führt das Projektteam zudem Feldexperimente anhand künstlich erzeugter Trockenheit durch. Darüber hinaus werden die rechtlichen und politischen Bedingungen für die Nutzung des Landes in den betroffenen Ländern analysiert, wobei auch die illegalen Aktivitäten in der Region, wie zum Beispiel der illegale Goldbergbau in Peru, berücksichtigt werden. All diese Erkenntnisse werden in eine Modellierung einfließen, um zu zeigen, wie sich Klima und Landnutzung auf die Amazonas-Region auswirken. Im Ergebnis sollen geeignete Maßnahmen identifiziert werden, deren Umsetzung der Überschreitung von Kipppunkten entgegenwirkt.

Laufzeit: 01.10.2023-30.09.2025

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In der westlichen Ostsee ändern sich die klimatischen, demografischen und wirtschaftlichen Bedingungen schnell. Das Projektteam von marEEchange konnte anhand statistischer Modelle bereits einen Kipppunkt in der westlichen Ostsee nachweisen, in dem es Fischereidaten der westlichen Ostsee der letzten vier Jahrzehnte analysierte. Der Dorschbestand ist in dieser Region derart zusammengebrochen, dass eine Erholung in absehbarer Zeit unwahrscheinlich ist. Grund dafür ist die jahrzehntelange Überfischung und die Erwärmung des Wassers infolge des Klimawandels. Dies hat immense Auswirkungen auf die Fischereibetriebe vor Ort, die unter anderem vom Dorschfang leben.

Im Projekt marEEchange wird nun erforscht, wie die Fischerei in dieser Region sozial-ökonomisch nachhaltiger gestaltet werden kann. Dazu entwickeln die Forschenden Empfehlungen für die Fischereibetriebe mit neuen Managementvorgaben, die den jetzigen Trend der Überfischung umkehren sollen. Darüber hinaus wird der Einfluss des Klimawandels auf mögliche zukünftige ökologische Kipppunkte untersucht.

Laufzeit: 01.11.2023-31.10.2025

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Was sind Ökosystemleistungen?

Ökosystemleistungen bezeichnen Aufgaben von Ökosystemen, die zum menschlichen Wohlergehen und Überleben beitragen – wie etwa die Produktion von Sauerstoff und Trinkwasser. Ökosysteme liefern zudem zahlreiche Rohstoffe wie Fische, Getreide, Gemüse, Obst, Fasern und Holz. Sind die Ökosysteme intakt, tragen sie auch zum natürlichen Klimaschutz bei. Zum Beispiel speichern Böden, Moore, Wälder und Meere das klimaschädliche Treibhausgas CO2. Küsten und Auen bieten Schutz vor Überflutungen.

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