Planetare Grenzen: Wie man die Erde in Zahlen fasst

Kaum ein Begriff aus der Umweltforschung wird so häufig zitiert und so oft missverstanden wie der der „planetaren Grenzen“. Er klingt nach einer Liste von Zielen, auf die sich Staaten irgendwann geeinigt haben – nach Politik also. Gemeint ist aber etwas anderes: eine naturwissenschaftliche Bestandsaufnahme dessen, wie viel Belastung unser Planet verträgt, bevor er unberechenbar wird. Wer dieses Rahmenwerk verstehen will, beginnt am besten mit genau dieser Unterscheidung.

Planetare Grenzen sind quantitative Einschätzungen sicherer Grenzwerte für den Druck, den Menschen auf neun besonders wichtige globale Prozesse ausüben – auf jene Prozesse also, die die Stabilität und die Widerstandsfähigkeit der Erde regulieren. Vorgeschlagen wurde das Konzept 2009 von einer Gruppe aus 28 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Leitung von Johan Rockström; erst 2023 wurden alle neun Grenzen zum ersten Mal vollständig bewertet. Zu ihnen zählen der Klimawandel, die Versauerung der Ozeane, der Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre, die Aerosolbelastung der Atmosphäre, die Überladung mit neuartigen Stoffen, die Störung der biogeochemischen Kreisläufe, die Veränderung von Süßwassersystemen, die Veränderung der Landnutzung und die Veränderung in der Integrität der Biosphäre.

Für jeden dieser Prozesse legt die Forschung eine oder zwei sogenannte Kontrollvariablen fest: Messgrößen, die sich als gute Anzeiger für den Zustand des jeweiligen Prozesses erwiesen haben und für die sich ein Zahlenwert angeben lässt. Beim Klimawandel ist das unter anderem die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre; als sicherer Grenzwert gelten hier 350 ppm, also 350 Millionstel Anteile. Überschreitet eine Kontrollvariable ihren sicheren Wert, wird das Risiko für genau jene Bedingungen größer, unter denen sich menschliche Entwicklung und menschliches Wohlergehen überhaupt entfalten konnten.

Hier liegt der entscheidende Unterschied zu einem politischen Umweltziel: Der sichere Handlungsraum wird aus den biophysikalischen Prozessen abgeleitet, die die Stabilität des Erdsystems regulieren – nicht aus einem Verhandlungsergebnis. Und eine planetare Grenze ist auch kein Kipppunkt, also kein Punkt, an dem ein System unwiderruflich umschlägt. Sie wird bewusst ein Stück davor gezogen, als Sicherheitsabstand. Eine überschrittene Grenze bedeutet deshalb gerade nicht, dass ein Kipppunkt schon erreicht wäre.

Was eine Überschreitung stattdessen bedeutet, ist nüchterner und zugleich unangenehmer: Sie erhöht das Risiko großflächiger, abrupter oder unumkehrbarer Umweltveränderungen. Deren Folgen treten nicht zwangsläufig sofort oder drastisch ein. Und weil die neun Grenzen voneinander abhängen, bleibt kein Eingriff für sich allein: Was einen dieser Prozesse verändert, verschiebt auch die Risiken aller übrigen.

Wer von Grenzen spricht, muss sagen, woran er sie misst — und woran er das Gemessene hält. Genau das leistet der Rahmen der planetaren Grenzen: Für jeden der neun Umweltprozesse benennt er eine handfeste Messgröße und einen Zustand der Erde, gegen den diese Größe verrechnet wird. Erst dadurch wird aus einer allgemeinen Sorge eine Zahl, über die sich diskutieren lässt.

Jede Grenze wird über eine oder zwei solcher Kontrollvariablen erfasst — Stellvertreter oder „Proxys“, die dem, was man eigentlich messen möchte, möglichst nahekommen und für die es weltweit Daten gibt. Beim Klimawandel sind es zwei: die CO₂-Konzentration der Atmosphäre, angegeben in Teilen pro Million (ppm), und der Strahlungsantrieb, also die in Watt pro Quadratmeter gemessene Zunahme der Energiezufuhr gegenüber der vorindustriellen Zeit. Für die genetische Vielfalt, einen Teilaspekt der Biosphärenintegrität, dient die Rate des Artensterbens als solcher Ersatzindikator.

Wogegen wird gerechnet? Gegen die Erde, wie sie vor der Industrie war. Zu jeder Kontrollvariablen gehört ein vorindustrieller Referenzwert aus dem Holozän: beim CO₂ sind das 280 ppm, beim Strahlungsantrieb 0 Watt pro Quadratmeter. Das Holozän ist die jüngste Zwischeneiszeit, in die die Menschheit vor etwa 12.000 Jahren eintrat, nachdem die letzte Eiszeit vor rund 16.000 Jahren geendet hatte. Es war ein außerordentlich stabiler Zustand des Erdsystems: Die Temperaturen stabilisierten sich bei 14 ± 0,5 °C, Ökosysteme, Niederschlagsmuster und Jahreszeiten bewegten sich in engen, lebensfreundlichen Bereichen. In eben diesen rund 12.000 Jahren sind sämtliche menschlichen Zivilisationen entstanden — es ist der einzige Zustand des Erdsystems, den Zivilisationen je gekannt haben.

Wo genau diese Linie verläuft, ist dabei keine punktgenaue Prognose einzelner Schwellenübergänge: Die Grenzwerte liegen dort, wo nach heutigem Kenntnisstand eine weitere Störung des jeweiligen Prozesses das Erdsystem grundlegend umbauen könnte. Jenseits davon beginnt eine ausgewiesene Zone wachsenden Risikos — kein sofortiger Umsturz, sondern eine Wette mit immer schlechteren Quoten. Und die Zahl selbst folgt dem Vorsorgeprinzip: Sie wird am unteren, sicheren Ende des wissenschaftlichen Unsicherheitsbereichs angesetzt. Beim Klima reicht dieser Bereich von 350 bis 450 ppm CO₂ — die Grenze liegt am unteren Rand, bei 350.

Der Maßstab ist damit vor allem eine Rechenvorschrift: messen, mit den Bedingungen des Holozäns vergleichen, im Zweifel den vorsichtigeren Wert nehmen.

Legt man diesen Maßstab an die Gegenwart, wird aus der Rechenvorschrift eine Bilanz — und die Bestandsaufnahme von 2023 fällt unbequem aus.

Sechs der neun Grenzen gelten dort als überschritten: der Klimawandel, die biogeochemischen Flüsse, die Biosphärenintegrität — gemeint ist die Funktionsfähigkeit der lebenden Natur —, der Landnutzungswandel, die neuartigen Substanzen und der Süßwasserkreislauf. Drei Prozesse gelten in der Bilanz von 2023 noch als nicht überschritten: die Ozonschicht, die Schwebteilchen in der Luft und die Versauerung der Meere — letztere allerdings dicht an ihrer Grenze.

Beim Klima ist die Kontrollvariable die CO2-Konzentration der Luft: Die Grenze liegt bei 350 ppm, gemessen wurden 417 ppm. Der Strahlungsantrieb, der zweite Klimawert, liegt bei 2,91 Watt je Quadratmeter statt der erlaubten 1,0.

Für die Artenvielfalt zählt man Aussterbeereignisse je einer Million Arten und Jahr. Der natürliche Hintergrundwert liegt bei etwa einem solchen Ereignis, die Grenzzone reicht von 10 bis 100 — heute liegt der Wert darüber. Von geschätzt acht Millionen Tier- und Pflanzenarten gilt rund eine Million als vom Aussterben bedroht.

Bei den Nährstoffen wird in Teragramm gerechnet, was einer Million Tonnen entspricht. Der Stickstoff, den Menschen jedes Jahr aus der Luft holen und auf Äcker bringen, liegt bei 190 Teragramm gegenüber einer Grenze von 62 — gut das Dreifache. Beim Phosphor, der aus Gewässern ins Meer gelangt, stehen 22,6 Teragramm gegen einen globalen Grenzwert von 11, also rund das Doppelte. Die Folgen sind bekannt: übersäuerte Böden, Algenblüten und sauerstofffreie Todeszonen vor den Küsten.

Eine Grenze fällt aus dem Zahlenschema heraus. Bei den neuartigen Substanzen — synthetischen Chemikalien, Mikroplastik, radioaktiven Stoffen — gibt es keinen Messwert, nur den Befund, dass die Belastung über null liegt, während als sicher allein die Null gilt. Hunderttausende synthetischer Stoffe werden hergestellt und freigesetzt; wie viel davon das Erdsystem verträgt, bevor es dauerhaft kippt, ist wissenschaftlich schlicht ungeklärt.

Die Lücke ist damit kein Schönheitsfehler der Tabelle, sondern ihr ehrlichster Eintrag: Manche Belastungen lassen sich beziffern, andere bislang nur benennen.

Nach der langen Liste gerissener Grenzen lohnt der Blick auf die andere Seite der Bilanz. Nicht jeder der neun Prozesse ist aus dem Ruder gelaufen — und einer von ihnen erzählt sogar die einzige echte Erfolgsgeschichte, die das Konzept zu bieten hat.

Zwei Grenzen gelten in der Bestandsaufnahme von 2023 als klar eingehalten: der Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre und die Aerosolbelastung der Atmosphäre. Die Ozonschicht ist jene Schutzhülle in der hohen Atmosphäre, die einen Großteil der ultravioletten Sonnenstrahlung abfängt; ohne sie wären schwere und dauerhafte Schäden für Menschen und Ökosysteme die Folge. Ihr Zustand wird in Dobson-Einheiten gemessen — einem Maß für die Ozonmenge in der Luftsäule über einem Ort.

Hier dreht sich die Logik der vorigen Kapitel um: Bei der Ozonschicht ist ein höherer Wert der bessere, denn die Grenze ist eine Untergrenze. Sie liegt bei 276 Dobson-Einheiten, was gegenüber dem vorindustriellen Niveau von rund 290 Einheiten einem Verlust von weniger als fünf Prozent entspricht. Der aktuelle Wert liegt bei 284,6 Dobson-Einheiten — also oberhalb der Marke und damit im sicheren Bereich. Nicht die Grenze wurde überschritten, sondern die Ozonschicht baut sich langsam wieder auf.

Dass es so weit kam, ist kein Zufall. Die Trendumkehr lässt sich direkt auf den Erfolg des Montrealer Protokolls zurückführen, jener internationalen Vereinbarung von 1987, mit der die Verwendung von fast 100 vom Menschen hergestellten ozonabbauenden Stoffen reguliert wurde, darunter die FCKW. Vollständig entwarnt ist die Lage nicht: Über der Antarktis und den südlichen hohen Breiten wird die Grenze im dortigen Frühling weiterhin regional überschritten.

Bei den Aerosolen — winzigen Schwebeteilchen in der Luft, teils natürlich wie Wüstenstaub, teils menschengemacht wie Abgase aus Verkehr und Industrie — steckt die Feinheit in der Messgröße. Als Kontrollvariable dient nicht der weltweite Mittelwert, sondern der Unterschied der Lufttrübung zwischen Nord- und Südhalbkugel. Denn eine ungleich verteilte Trübung verschiebt die tropische Regenzone und damit ganze Monsunsysteme. Derzeit liegt dieser Unterschied bei etwa 0,076, die Grenze ist bei 0,1 angesetzt.

Beschönigen sollte man das trotzdem nicht. Die Ozeanversauerung lag 2023 nur sehr knapp unter ihrem Grenzwert, und eine neuere Einschätzung des Potsdam-Instituts zählt sie bereits zu den überschrittenen Grenzen. Was bleibt, ist der Befund der Ozonschicht: Eine Überschreitung muss kein Endzustand sein.

Ob gerissen oder eingehalten — am Ende steht in jedem Fall eine Zahl. Auf den ersten Blick wirkt das Rahmenwerk deshalb wie ein Armaturenbrett, auf dem sich der Zustand des Planeten ablesen lässt wie eine Temperatur. Je genauer man hinsieht, desto deutlicher wird jedoch, dass in jeder dieser Zahlen nicht nur Messungen stecken, sondern auch Urteile — darüber, was überhaupt gemessen wird, und darüber, wie viel Risiko noch hinnehmbar ist. Genau hier setzt die Kritik an.

Jede Grenze braucht eine Kontrollvariable — beim Klima sind das der Kohlendioxidgehalt der Luft und der Strahlungsantrieb in Watt pro Quadratmeter. Ist die Datenlage dünn, wird die Unsicherheitsspanne breit, in der die tatsächliche Grenze vermutet wird. Für die Unversehrtheit der Lebewelt schlug das Team 2015 eine vorläufige Grenze bei 90 Prozent vor, versah sie aber mit einer sehr großen Spanne von 90 bis 30 Prozent, ausdrücklich wegen der großen Wissenslücken über den Zusammenhang zwischen diesem Index und dem Erdsystem.

Noch grundsätzlicher ist die Lücke bei den neuartigen Substanzen, also bei synthetischen Chemikalien, Kunststoffen und veränderten Lebensformen: Für sie ist das obere Ende der Risikozone bis heute nicht quantitativ definiert, und beim Verlust genetischer Vielfalt ist der aktuelle Wert nur mit großer Unsicherheit bekannt. Als überschritten gelten beide dennoch.

Auch dort, wo gemessen wird, sind die Daten uneinheitlich. Die Landnutzungsgrenze zählt den verbliebenen Waldanteil — doch die Datenbanken für den ursprünglich möglichen und den heutigen Wald verwenden nicht dieselben Definitionen davon, was als Wald gilt. Die genutzte Kategorie schließt teils gerodete oder geschädigte Flächen und Plantagen wie Ölpalmen ein und überschätzt den verbliebenen Urwald deshalb wahrscheinlich. Dieser Vorbehalt steht im Anhang der Studie selbst.

Von außen widersprach 2012 ein Review des Breakthrough Institute, das den Nutzen der Landumwandlung betont: Gestiegene Nahrungsmittelproduktion sei grundlegend für steigenden Wohlstand gewesen. Artenverlust, so die Autoren, sei ein lokaler bis regionaler Vorgang ohne bekannten globalen Schwellenwert; vor Ort sei die Artenzahl vielerorts sogar gestiegen, weil mehr Arten hinzukamen als verschwanden. Und das Holozän als Bezugszustand sei keine wissenschaftliche Tatsache, sondern eine wertende Setzung.

Anders wiegt die Selbstkritik. Johan Rockström nennt die Ozeangrenze, die bislang allein über die Versauerung erfasst wird, wissenschaftlich und operativ sehr unbefriedigend; für die Biologie des Ozeans gibt es noch gar keine Kontrollvariable. Die eigentliche Debatte, sagt er, drehe sich weniger um die neun Grenzen selbst als um die Kontrollvariablen, ihre genaue Quantifizierung und die Unsicherheitsspannen.

Eine Grenze ist also kein Messwert, sondern eine begründete Schätzung mit Rand.

Wie vorläufig solche Schätzungen sind, zeigt schon ihre eigene Geschichte. Der vollständige Satz aus neun Zahlen ist jung — das Ergebnis von drei Anläufen, in denen immer mehr Grenzen überhaupt erst bezifferbar wurden.

Den Anfang machte 2009 eine Arbeit um Johan Rockström. Sie schlug zwar neun Grenzen vor, bewerten konnte sie aber erst sieben davon; bei dreien sah sie die Grenze schon überschritten: Klimawandel, biogeochemische Kreisläufe und Integrität der Biosphäre. 2015 folgte eine zweite Fassung um Will Steffen. Sie bewertete dieselben sieben Grenzen erneut, und die Veränderung der Landnutzung kam zur Liste der überschrittenen hinzu. Neu war außerdem ein zweistufiger Blick, regional und global, sowie die Einstufung von Klimawandel und Biosphärenintegrität als „Kernbereiche“, weil sie für das Funktionieren des Erdsystems besonders wichtig sind.

Warum ließen sich zwei Grenzen so lange nicht beziffern? Weil jede Grenze eine Kontrollvariable braucht — oft nur einen Ersatzindikator, einen „Proxy“, der dem eigentlich Gemeinten möglichst nahe kommt und für den es weltweite Daten gibt. Erst diese Messgröße macht aus einem Erdsystem-Prozess eine Zahl.

Diese Lücke schloss erst die dritte Fassung von 2023 um Katherine Richardson: Zum ersten Mal wurde der Status aller neun Grenzen quantifiziert. Rockström beschreibt es als Durchbruch — 2015 seien nur sieben von neun bezifferbar gewesen, erst 2023 gelang es, auch die Aerosolbelastung und die neuartigen Substanzen zu erfassen, also die chemische Umweltverschmutzung. Vier Grenzen erhielten dabei neue Kontrollvariablen: die funktionale Vielfalt der Biosphäre, der blaue Wasserkreislauf, die Aerosole und die neuartigen Substanzen.

Zu den auffälligsten Änderungen zählen das Süßwasser und die Biosphäre. Dort stand bis dahin der Biodiversity Intactness Index, ein Prozentwert, der die verbliebene Unversehrtheit der Artenvielfalt an einem ungestörten Ausgangszustand von 100 Prozent misst. An seine Stelle trat HANPP, die „human appropriation of net primary production“, also die Biomassenutzung: jener Anteil der pflanzlichen Energie, den der Mensch für sich abzweigt. Rund 30 Prozent der Energie, die vor der Industriellen Revolution der Artenvielfalt zur Verfügung stand, eignet sich der Mensch demnach an.

Anfang 2024 kündigte das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung an, den Zustand des Planeten künftig jährlich fortzuschreiben. Eine Zahl in diesem Rahmenwerk ist also kein feststehender Messwert, sondern ein Kenntnisstand, der sich schärft.

Mit dem Kenntnisstand wuchs auch die Frage, wofür er reicht. Die neun Grenzen beschreiben, was das Erdsystem aushält; sie beschreiben nicht, wie es den Menschen darin geht — ob alle genug zu essen haben oder ein Dach über dem Kopf. Zwei jüngere Arbeiten setzen den Obergrenzen deshalb eine soziale Innenseite entgegen, ohne sie zu ersetzen.

Die erste stammt von der Oxforder Ökonomin Kate Raworth. Sie legte das Donut-Modell 2012 in einem Oxfam-Papier vor und arbeitete es 2017 in ihrem Buch „Doughnut Economics" aus. Das Bild ist wörtlich gemeint: ein Ring mit einem Loch in der Mitte. Die äußere Kruste ist die ökologische Decke — die neun planetaren Grenzen, die nicht überschritten werden dürfen. Das Loch in der Mitte steht für den Anteil der Menschen, denen das Lebensnotwendige fehlt: Gesundheitsversorgung, Bildung, Gleichberechtigung. Zwölf solcher sozialen Grundlagen zählt das Modell, darunter Wasser, Nahrung, Energie, Wohnraum, Frieden und Gerechtigkeit sowie politisches Mitspracherecht. Als gedeihend gilt eine Wirtschaft erst, wenn alle zwölf erfüllt sind, ohne dass eine der neun Obergrenzen gerissen wird — der Teigring dazwischen ist der sichere und gerechte Raum für die Menschheit. Ein Gegenentwurf ist das nicht: Der Donut sitzt auf den planetaren Grenzen auf, die Raworth nicht selbst erfunden, sondern von der Forschergruppe um Johan Rockström übernommen hat. Ihr Einwand war allein, dass das Grenzenkonzept das menschliche Wohlergehen nicht mitrechnet.

Die zweite Weiterentwicklung kommt aus derselben Ecke wie die Grenzen. Hinter den Safe and Just Earth System Boundaries, die Rockström und Kollegen 2023 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten, steht die Earth Commission: eine wissenschaftliche Initiative, die einen unabhängigen globalen Bewertungsmechanismus für sichere und gerechte Grenzen aufbauen soll — ein Gremium, das den Forschungsstand sichtet und daraus Zahlen ableitet, ohne einer Regierung zu unterstehen. Kritiker halten ihr genau das vor: Von den Vereinten Nationen legitimiert ist sie nicht. Ihre Bewertung baut auf demselben Rahmenwerk auf und bezieht Donut-Ökonomie und UN-Nachhaltigkeitsziele ein.

Neu ist der Maßstab. Gerechtigkeit wird hier entlang derselben Kontrollvariablen und in denselben Einheiten gemessen wie Sicherheit. „Sicher" heißt: Das Erdsystem bleibt stabil. „Gerecht" heißt: Menschen bleibt erheblicher Schaden erspart, der Verlust von Leben, Einkommen oder Lebensunterhalt, Vertreibung, Unterernährung. Beides fällt nicht zusammen. Eine sichere Grenze schützt künftige Generationen, kann heute lebende und besonders verwundbare Bevölkerungen aber ungeschützt lassen. Daraus folgt der pointierteste Vorschlag: Wo die gerechte Grenze strenger ausfällt als die sichere, soll die strengere von beiden gelten.

Beide rütteln nicht an den neun Obergrenzen. Sie fügen ihnen eine zweite Frage hinzu: nicht nur, was die Erde aushält, sondern auch, was die Menschen darauf aushalten müssen.