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Planetare Grenzen
Das Konzept der planetaren Grenzen reiht sich in die Zukunftsszenarien bezüglich der globalen Umweltveränderungen ein. Es wurde ursprünglich von einer 29- …
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Grundidee und Entwicklung
Planetare Grenzen (auch planetarische Grenzen oder Belastungsgrenzen der Erde; englisch planetary boundaries) sind ökologische Grenzen, deren Überschreitung die Stabilität des Erdsystems und damit die Entwicklungsmöglichkeiten der Menschheit gefährdet. Das Konzept soll einen sicheren Handlungsspielraum definieren, in dem die Menschheit langfristig existieren und sich entwickeln kann. Gegenwärtig werden neun Grenzen unterschieden. Je nach zeitlichem Bewertungsstand gelten sieben als überschritten; bei anhaltendem Trend wird eine umfassende Verschlechterung erwartet.
Das Konzept wurde von einer 29-köpfigen Gruppe von Erd- und Umweltwissenschaftlern unter Leitung von Johan Rockström entwickelt und 2009 erstmals veröffentlicht. Zu den beteiligten Wissenschaftlern gehörten unter anderem Will Steffen, Hans Joachim Schellnhuber und Paul Crutzen. Die Grundlage bilden Erkenntnisse über den relativ stabilen Zustand des Holozäns: Während der vergangenen 10.000 Jahre schwankten wichtige biogeochemische und atmosphärische Größen nur in einem engen Rahmen. Seit der industriellen Revolution haben sich mehrere dieser Größen deutlich außerhalb dieser Schwankungsbreite bewegt.
2009 wurden neun Grenzen bestimmt und für sieben davon quantitative Werte vorgeschlagen; damals galten drei als überschritten. 2015 wurden unter anderem regionale Grenzen für Stickstoff, Phosphor, Land und Süßwasser ergänzt. Die Aktualisierung von 2023 legte erstmals für alle neun Prozesse Grenzwerte fest und unterschied beim Süßwasser zwischen grünem Wasser in Böden und Pflanzen sowie blauem Wasser in Flüssen, Seen und Grundwasser. Die Angabe zur Zahl der 2023 überschrittenen Grenzen ist im Artikel nicht vollständig einheitlich: In der Forschungsgeschichte werden sechs genannt, während die tabellarische Darstellung sieben Dimensionen im Risiko- oder Hochrisikobereich ausweist. Im September 2025 wurde zusätzlich die Ozeanversauerung als überschritten bewertet; damit galten sieben von neun Grenzen als überschritten.
Definition, Messung und Risikozonen
Für jedes der neun Systeme oder Prozesse wird eine Kontrollvariable verwendet. Sie zeigt den Zustand des jeweiligen Prozesses an. Ausgehend von Bedingungen des Holozäns werden eine planetare Grenze und eine Grenze zum hohen Risiko festgelegt. Die Grenzwerte beruhen auf Modellierungen, Forschungsergebnissen und Experteneinschätzungen. Wegen wissenschaftlicher Unsicherheiten werden sie nach dem Vorsichtsprinzip am unteren Ende des Unsicherheitsbereichs angesetzt. Berücksichtigt werden ausschließlich biophysikalische Kriterien, nicht menschliche Bedürfnisse, politische Ziele oder praktische Machbarkeit.
Bis 2015 wurde zwischen sicherem Handlungsspielraum, einer Zone der Unsicherheit und einer gefährlichen Zone unterschieden. Eine Überschreitung bedeutet nicht automatisch eine sofortige Schädigung des Erdsystems; mit dem Grad der Überschreitung steigt jedoch das Risiko. 2023 wurden die früheren Zonen durch eine Zone zunehmenden Risikos und eine Zone hohen Risikos ersetzt.
Die wichtigsten Werte der Darstellung von 2023 sind:
- Klimawandel: CO₂-Grenze 350 ppm, hohes Risiko ab 450 ppm; Wert 405 ppm. Beim Strahlungsantrieb liegen die Grenzen bei +1,0 beziehungsweise +1,5 W⋅m⁻²; der Wert beträgt +2,91 W⋅m⁻².
- Verlust der Integrität der Biosphäre: genetische Diversität mit einer Grenze von 10 E/MSY und hohem Risiko ab 100 E/MSY; Wert über 100 E/MSY. Für funktionelle Diversität beträgt die HANPP-Grenze 10 %, hohes Risiko beginnt bei 20 %; der Wert beträgt 30 %.
- Stratosphärischer Ozonabbau: 276 DU als Grenze, 261 DU als Grenze zu hohem Risiko; Wert 284,6 DU.
- Versauerung der Ozeane: Aragonit-Sättigung 2,752 als Grenze und 2,408 für hohes Risiko; Wert 2,8.
- Phosphorkreislauf: global 11 Tg/a, regional 6,2 Tg/a als Grenzen; hohe Risiken ab 100 beziehungsweise 11,2 Tg/a. Die Werte betragen 22,6 beziehungsweise 17,5 Tg/a.
- Stickstoffkreislauf: Grenze 62 Tg/a, hohes Risiko ab 82 Tg/a; Wert 190 Tg/a.
- Landnutzungsänderung: mindestens 75 % der ursprünglichen globalen Waldfläche; Wert 60 %.
- Süßwasser: gestörte Flussmengen höchstens auf 10,2 % und gestörte Bodenfeuchtigkeit höchstens auf 11,1 % der eisfreien Landfläche; die Werte betragen 18,2 beziehungsweise 15,8 %.
- Atmosphärische Aerosole: AOD-Differenz zwischen Nord- und Südhalbkugel höchstens 0,1, hohes Risiko ab 0,25; Wert 0,076.
- Neuartige Substanzen: Freisetzung nur nach ausreichender Sicherheitsevaluation; der Anteil unsicher bewerteter Stoffe ist unbekannt und deutlich größer als null.
Klima, Ozeane, Ozon und Aerosole
Die Grenze des Klimawandels soll klimatisch verursachte und möglicherweise irreversible Veränderungen verhindern. Sie berücksichtigt unter anderem regionale Klimasysteme, die thermohaline Zirkulation und den Meeresspiegelanstieg. Gemessen werden sowohl die CO₂-Konzentration als auch der globale Strahlungsantrieb, der den Einfluss aller anthropogenen Emissionen auf die Energiebilanz der Erde zusammenfasst. Für CO₂ nennt der Artikel neben dem Tabellenwert von 405 ppm auch einen Wert von 417 ppm für 2023. Die Grenze von 350 ppm ist überschritten. Der Strahlungsantrieb liegt mit +2,91 W⋅m⁻² ebenfalls deutlich über der Grenze von +1,0 W⋅m⁻². Das Zwei-Grad-Ziel des Übereinkommens von Paris halten die Verfasser nicht für ausreichend, um das Überschreiten klimatischer Kipppunkte zu verhindern.
Die Ozeanversauerung entsteht, weil mehr CO₂ im Meer gelöst wird. Dadurch sinkt der pH-Wert und die Konzentration von Karbonat-Ionen nimmt ab. Korallen und Mollusken benötigen Kalziumkarbonat zum Aufbau von Schalen und Skeletten. Als Kontrollgröße dient die Sättigung des besser löslichen Minerals Aragonit (Ωarag). Bei Ωarag = 1 beginnt die Auflösung solcher Strukturen; als vorsorglicher Grenzwert wurden zunächst 80 % des vorindustriellen Jahresmittels angesetzt. Der vorindustrielle Wert wurde 2025 von 3,44 auf 3,57 revidiert. Für 2024 wurde Ωarag = 2,84 angegeben; damit lag der Wert unter dem revidierten Grenzwert von 2,86. Die Grenze gilt nach den Angaben für 2025 als überschritten.
Stratosphärisches Ozon filtert krebserregende und DNA-schädigende UV-Strahlung. FCKWs und natürliche polare Stratosphärenwolken können die Ozonschicht schwächen. Unter 220 DU spricht man von einem Ozonloch. Außerhalb der Polarregionen liegt der Grenzwert bei 275 DU, zusätzlich darf der Wert je Breitengrad nicht unter 5 % des Vergleichsmittelwerts von 1964 bis 1980 fallen. Außerhalb der Polarregionen ist die Grenze nicht überschritten; in antarktischen Frühjahren werden teilweise weniger als 200 DU gemessen. Seit dem Verbot von FCKWs im Montreal-Protokoll erholt sich die Ozonschicht seit 1989, wodurch eine Rückkehr in den sicheren Bereich möglich wurde.
Aerosole beeinflussen Wolken, Albedo, Treibhauseffekt und sauren Regen und können Atemwegserkrankungen verursachen. Die Aerosol-optische Dicke (AOD) misst die Abschwächung der Sonnenstrahlung durch Partikel. 2015 wurde für Südasien regional ein Grenzwert von 0,25 vorgeschlagen; dort lagen Werte von 0,3 bis 0,4. 2023 wurde stattdessen die globale Differenz der jährlichen mittleren AOD zwischen Nord- und Südhalbkugel als Kontrollvariable gewählt. Die Grenze von 0,1 ist global nicht überschritten, obwohl regionale Belastungen deutlich höher sein können.
Stoffkreisläufe, Wasser, Land und Biosphäre
Phosphor und Stickstoff sind wichtige Dünger, verursachen bei übermäßiger Einbringung aber Schäden an Ökosystemen. Für Phosphor gelten eine globale Grenze des Eintrags in die Ozeane von 11 Tg P yr⁻¹ und eine regionale Grenze des Eintrags in Süßwasser von 6,2 Tg P yr⁻¹. Der globale Eintrag soll unter anderem ozeanische Sauerstoffarmut und mögliche Massenaussterben verhindern. 2023 wurden 22 Tg P yr⁻¹ global und 17,5 Tg P yr⁻¹ regional angegeben; beide Grenzen sind überschritten. Andere Schätzungen nennen regional bis zu 32,5 Tg P yr⁻¹.
Anthropogener Stickstoff entsteht unter anderem durch Ammoniakherstellung, stickstoffbindende Pflanzen sowie Verbrennung. Lachgas verstärkt den Treibhauseffekt, Nitrat belastet Böden und Gewässer. Die Grenze für industrielle und beabsichtigte biologische Stickstofffixierung beträgt 62 Tg N yr⁻¹, hohes Risiko beginnt bei 82 Tg N yr⁻¹. Der tatsächliche Eintrag wurde 2023 mit 190 Tg N yr⁻¹ angegeben und liegt damit deutlich im Hochrisikobereich.
Beim Süßwasser unterscheidet das Konzept blaues Wasser und grünes Wasser. Blaues Wasser umfasst Oberflächen- und Grundwasser, grünes Wasser die Bodenfeuchtigkeit in Böden und Pflanzen. Beide sind über Verdunstung, Niederschlag und Bewässerung verbunden. Die Überarbeitung von 2023 misst den Anteil der eisfreien Landfläche, auf der Abflüsse oder Bodenfeuchtigkeit stärker schwanken als vorindustriell. Überschritten sind sowohl die blaue Grenze von 10 % mit 18,2 % als auch die grüne Grenze von 11 % beziehungsweise 11,1 % mit 15,8 %. Frühere Ansätze arbeiteten mit einem globalen Verbrauch von 4000 km³ Blauwasser pro Jahr sowie monatlichen Entnahmegrenzen von 25 % bei geringem und 55 % bei hohem Durchfluss.
Bei der Landnutzung wurde zunächst der Anteil landwirtschaftlicher Flächen betrachtet; die Grenze lag bei 15 %, während 2009 bereits 12 % genutzt wurden. Seit 2015 steht der Anteil der ursprünglichen Waldfläche im Mittelpunkt: global sollen mindestens 75 % erhalten bleiben, regional 85 % in tropischen und borealen sowie 50 % in gemäßigten Wäldern. 2015 wurden 62 %, 2023 etwa 60 % angegeben; die globale Grenze ist überschritten.
Die Integrität der Biosphäre wird durch genetische und funktionelle Diversität beschrieben. Die genetische Diversität bezeichnet die Vielfalt des Erbmaterials und damit das Anpassungspotenzial. Die Grenze liegt bei 10 E/MSY; heutige Schätzungen von 100–1000 E/MSY entsprechen einem Massenaussterben. Funktionelle Diversität beschreibt die Leistungen und Energieflüsse der Organismen in Ökosystemen. 2023 wurde der Biodiversitäts-Intaktheits-Index durch HANPP ersetzt, also den Anteil der menschlichen Aneignung an der Nettoprimärproduktion. Die Grenze liegt bei 10 %, hohes Risiko ab 20 %; Anfang der 2020er-Jahre betrug die HANPP 30 %.
Neuartige Substanzen und Weiterentwicklungen
Die Grenze der Einbringung neuartiger Substanzen umfasst unter anderem synthetische Chemikalien, radioaktive Stoffe, Schwermetalle, Nanomaterialien, Mikroplastik sowie genetisch veränderte Organismen. Wegen der großen Zahl weltweit gehandelter Chemikalien – etwa 85.000 in den USA und 100.000 in der Europäischen Union – war eine globale quantitative Messung zunächst kaum möglich. Eine Substanz sollte vor ihrer Freisetzung darauf geprüft werden, ob sie Erdsystemprozesse stört, ob diese Wirkung erst bei einem globalen Problem erkannt würde und ob sie schwer umkehrbar ist. 2023 wurde die Grenze auf wirklich neuartige Substanzen konzentriert; die aktuellen Einträge überschreiten den sicheren Handlungsraum deutlich.
Das Konzept hatte großen Einfluss auf Wissenschaft und Politik. Zugleich wird kritisiert, dass globale Grenzwerte regionale Unterschiede verdecken können. Seit 2015 werden deshalb sub-globale Grenzen verwendet, die regionale Überschreitungen sichtbar machen. Ob universelle ökologische Schwellwerte überhaupt existieren und zuverlässig erkannt werden können, ist umstritten. Eine Auswertung von 36 Meta-Analysen mit mehr als 4600 untersuchten Auswirkungen fand keine universellen Schwellenwerte, sondern kontinuierliche und stark kontextabhängige Reaktionen.
Die Grenzwerte werden überwiegend von Naturwissenschaftlern, meist aus Industrieländern, festgelegt. Obwohl sie wissenschaftlich begründet sind, berührt ihre Auswahl auch gesellschaftliche Vorstellungen über akzeptables Risiko. Das Konzept berücksichtigt zunächst weder Ursachenverteilung noch Folgen für verschiedene Länder und Bevölkerungsgruppen. Kritiker aus Entwicklungsforschung und Globalem Süden befürchten daher Einschränkungen für die Entwicklung in Afrika, Asien und Lateinamerika. Ansätze wie das Donut-Modell und die sicheren und gerechten Erdsystemgrenzen verbinden ökologische Grenzen mit sozialer Gerechtigkeit.
Kate Raworths Donut-Modell ergänzt die äußeren ökologischen Grenzen um ein inneres soziales Fundament. Ziel ist ein Leben innerhalb des Donuts: oberhalb einer Mindestversorgung mit Nahrung, Gesundheit, Bildung, Einkommen, Frieden, politischer Teilhabe, Gleichstellung, Wohnen, Netzwerken, Energie und Wasser, aber innerhalb der ökologischen Grenzen. Eine Untersuchung von 150 Ländern zeigte, dass 2018 kein Land gleichzeitig die Grundbedürfnisse seiner Bevölkerung deckte und global nachhaltig mit Ressourcen wirtschaftete.
Landwirtschaft und Ernährung verursachen weltweit maßgeblich Überschreitungen bei Stickstoff- und Phosphorkreisläufen, Landnutzungsänderung und Biodiversitätsverlust. Die 2019 vorgestellte Planetary Health Diet soll eine Ernährung von bis zu 10 Milliarden Menschen ermöglichen; sie nennt durchschnittlich 2500 kcal täglich und empfiehlt unter anderem weniger Fleisch und Zucker sowie mehr Gemüse, Hülsenfrüchte und Nüsse. Vorgeschlagene zehnte Grenzen betreffen die terrestrische Nettoprimärproduktion oder den menschlichen Energieverbrauch. Running schätzte, dass von 53,6 Pg terrestrischer Pflanzenproduktion pro Jahr nur noch 10 % zusätzlich für menschliche Nutzung verfügbar seien. Casazza, Liu und Ulgiati bezifferten den energetischen Wert der Nettoprimärproduktion auf 7,5 ⋅ 10¹³ W und warnten, dass der gegenwärtige westliche Lebensstil nicht für neun Milliarden Menschen möglich sei, ohne eine Grenze zu überschreiten.
Das WBGU-Konzept der planetarischen Leitplanken von 2011 übernimmt den Grundgedanken. Es fordert unter anderem, globale Erwärmung auf 2 °C, Ozeanversauerung auf 0,2 pH-Einheiten, Biodiversitätsverlust, Landdegradation, langlebige Schadstoffe und Phosphorverluste zu begrenzen. Für fossile CO₂-Emissionen, Landdegradation, Quecksilber, Plastik, spaltbares Material und nicht rückgewinnbaren Phosphor werden Zieljahre bis 2050 oder 2070 genannt. Ozonloch, Süßwasserverbrauch und Aerosole werden in diesem Leitplanken-Konzept nicht als eigene Leitplanken aufgeführt.
