Im Bereich Klimawandel sind zwei Grenzen definiert worden: die CO2-Konzentration in der Atmosphäre und der Strahlungsantrieb.

CO2-Konzentration

Die Atmosphäre ist die Hülle aus Gasen, die unseren Planeten umgibt. Die CO2 -Konzentration der Atmosphäre bezeichnet, wie viel CO2 in dieser Gashülle vorhanden ist. Die CO2-Konzentration kann unter anderem in ppm ausgedrückt werden. Die Abkürzung ppm steht für «parts per million», also Teilchen pro Million.

Die planetare Grenze für die CO2 -Konzentration liegt bei 350 ppm, die Grenze zum hohen Risiko bei 450 ppm. Im Jahr 2023 betrug die CO2-Konzentration im Durchschnitt etwa 420 ppm. Die planetare Grenze wurde also überschritten.

In der Atmosphäre ist immer eine gewisse Menge CO2 vorhanden, da verschiedene Lebewesen (z. B. der Mensch) beim Atmen CO2 ausstossen. CO2 entsteht aber auch beim Verbrennen von nicht-erneuerbaren Energieträgern, wie z. B. Erdöl. Seit Beginn des 19. Jahrhunderts, also seit der Industrialisierung, entsteht immer mehr CO2. Man spricht von der Industrialisierung, weil in dieser Zeit dank technologischem Fortschritt mehr Produkte in Fabriken durch Maschinen produziert wurden, anstatt von Hand. Da für diese Art der Produktion auch nicht-erneuerbare Energieträger verbrannt werden, wird immer mehr CO2 ausgestossen.

Strahlungsantrieb

Die Energiebilanz beschreibt das Verhältnis zwischen der Menge Energie, welche die Erde von der Sonne erhält, und der Menge Energie, welche die Erde an das Weltall abgibt. Es gibt verschiedene Faktoren, die Einfluss auf dieses Verhältnis haben, wie z. B. die Menge an Treibhausgasen oder die Spiegelung der Erdoberfläche. Mehr Treibhausgase sorgen z. B. dafür, dass mehr Energie – und somit auch mehr Wärme – auf der Erdoberfläche bleibt. Gibt es aber z. B. mehr Aerosole, spiegelt die Erde mehr Energie, wodurch es kühler werden kann. Aerosole sind eine Mischung aus Gas und winzigen Teilchen, die in diesem Gas schweben.

Der Strahlungsantrieb beschreibt die Veränderungen der Energiebilanz. Der Strahlungsantrieb wird nicht gemessen, sondern mithilfe verschiedener Werten berechnet. Je höher der Strahlungsantrieb, desto mehr Energie bleibt in der Nähe der Erdoberfläche, was wiederum bedeutet, dass es wärmer wird.

Der Strahlungsantrieb wird in Watt pro Quadratmeter (W/m2) angegeben. Um den Strahlungsantrieb zu vergleichen, wird geschaut, wie stark er sich seit der Industrialisierung (W/m2 = 0) verstärkt hat. Die planetare Grenze beträgt +1 W/m2, die Grenze zu hohem Risiko + 1.5 W/m2. Im Jahr 2023 betrug der Strahlungsantrieb +2.91W/m2. Die planetare Grenze wurde also überschritten.

Die Biosphäre bezeichnet die Zonen der Erde, auf denen Lebewesen vorkommen. Integrität bedeutet in Bezug auf die Umwelt so viel wie «unbeschädigt sein». Die Integrität der Biosphäre ist also das Unbeschädigtsein der Lebensräume. Der Verlust der Integrität der Biosphäre wird in zwei Bereichen gemessen: dem funktionalen Verlust und dem genetischen Verlust.

Funktionaler Verlust

Ein funktionaler Verlust der Biosphäre liegt vor, wenn die Menschheit zu viel Landfläche beansprucht und die Umwelt deswegen nicht richtig funktionieren kann.

Der funktionale Verlust der Integrität der Biosphäre wird mit dem HANPP (Human Appropriation of Net Primary Production) ausgedrückt. Der HANPP zeigt, wie viel der natürlichen Pflanzenproduktion der Mensch durch Landnutzung und Ernte verändert oder nutzt. Er misst den Einfluss menschlicher Aktivitäten auf die Verfügbarkeit von Energie in Ökosystemen. Dadurch wird das Ausmass der menschlichen Nutzung im Vergleich zu natürlichen Prozessen aufgezeigt. Der HANPP zeigt also, wie stark die Natur durch Landnutzung belastet wird und wie gross der Druck auf die Biodiversität ist. Die planetare Grenze liegt bei 10 Prozent, die Grenze zum hohen Risiko bei 20 Prozent. 2023 betrug der HANPP etwa 30 Prozent. Die planetare Grenze wurde also überschritten.

Genetischer Verlust

Der genetische Verlust ist der Verlust der Vielfalt der Lebewesen. Dieser kann entweder dadurch geschehen, dass es nur noch sehr wenige Lebewesen derselben Art hat, oder dadurch, dass die Art ganz ausstirbt.

Der genetische Verlust wird anhand der Aussterberate gemessen. Die Aussterberate ist die Anzahl Arten, welche pro Million Arten innerhalb eines Jahres aussterben. Sie wird als «extinction per million species years» (E/MSY) ausgedrückt.  Die planetare Grenze der Aussterberate liegt bei 10 E/MSY, die Grenze zum hohen Risiko bei 100 E/MSY. Im Jahr 2023 wurde die Aussterberate auf über 100 E/MSY geschätzt. Die planetare Grenze wurde also überschritten.

Die Erdatmosphäre ist die Hülle aus Gasen, die unsere Erde umgibt. Sie wird in mehrere Schichten unterteilt. Eine dieser Schichten ist die Stratosphäre. Sie erstreckt sich auf einer Höhe von 25 bis 47 Kilometer. In der Stratosphäre wird Ozon gebildet. Ozon ist eine chemische Verbindung aus Sauerstoff.

Die Sonne strahlt UV-Strahlen aus. Das sind Lichtstrahlen, die für Menschen nicht sichtbar sind. Sie sind für die Lebewesen auf der Erde schädlich, da sie z. B. Krebs auslösen können. Ein Grossteil dieser gefährlichen UV-Strahlung wird von der Ozonschicht in der Stratosphäre gebremst. Deshalb ist es wichtig, dass die Ozonschicht erhalten bleibt.

Wie viel Ozon es in der Stratosphäre gibt, wird unter anderem in Dobson-Einheiten (DU) gemessen. Je tiefer die Zahl, desto geringer ist die Menge Ozon und desto höher ist das Risiko für die Umwelt. Die planetare Grenze wird auf 276 DU Ozon geschätzt, die Grenze zum hohen Risiko liegt bei 261. Im Jahr 2023 betrug die Ozon-Menge 284 DU. Der Mindestwert an Ozon in der Stratosphäre ist im sicheren Handlungsspielraum. Die planetare Grenze ist also nicht unterschritten.

Unsere Gewässer und die darin lebenden Lebewesen nehmen CO2 auf. Aus CO2 und Wasser bildet sich Kohlensäure. Deswegen spricht man von einer Versauerung der Ozeane, wenn zu viel CO2 im Wasser landet. Dadurch, dass es mehr CO2 im Wasser hat, verändert sich also die chemische Zusammensetzung des Meerwassers. Z. B gibt es weniger Carbonat. Carbonat ist eine chemische Verbindung, welche sich zusammen mit Calcium zu Kalk (Calciumcarbonat) formt. Das ist besonders für Lebewesen wie z. B. Korallen wichtig, da sie ihre Schale aus Kalk formen. Dieser Prozess wird durch den Mangel an Carbonat schwieriger.

Zudem ist es so, dass Wasser versucht, in einem chemischen Gleichgewicht zu bleiben. Fehlt dem Meereswasser also Carbonat, löst es das bestehende Carbonat aus den Schalen der Korallen, um dieses Gleichgewicht wieder herzustellen. Dadurch wird der Kalk aufgelöst und die Korallen verlieren ihre harte Schale und sterben möglicherweise.

Die Versauerung der Meere wird anhand der Menge Aragonit (einer Art Kalk, welchen besonders Korallen produzieren) im Wasser gemessen. Je saurer das Meer ist, desto weniger Kalk findet man im Wasser. Die Menge Aragonit wird in Omega-Einheiten (Ωarag) ausgedrückt.

Die Planetare Grenze ist 2.752 Ωarag. Gibt es weniger als diese Menge Aragonit im Wasser, besteht ein Risiko für die Umwelt. Achtung: Sobald eine Seite in einer neuen Sprache besteht, existiert sie für sich. Änderungen der Formatierung usw. auf einer Seite werden nicht automatisch in den anderen Sprachen auch angewandt. Die neue Formatierung muss manuell aus einer Sprache in die andere Kopiert werden. Siehe Tipps und Tricks für Kopier-Tipps. Die Menge an Aragonit im Wasser ist im sicheren Handlungsspielraum. Die planetare Grenze ist also nicht unterschritten.  

Die Landnutzungsänderung wird am ursprünglichen Waldanteil der Erde gemessen. Im Jahr 2023 gab es weltweit noch etwa 60 Prozent jener Waldfläche, die es vor der Industrialisierung gab. Die Industrialisierung bezeichnet die Zeit um 1800, indem es starke technologische Fortschritte und immer mehr Fabriken gab. Die planetare Grenze wird bei 75 Prozent angesetzt, ab 54 Prozent besteht ein hohes Risiko für die Umwelt. Der Waldanteil der Erde ist im Risiko-Bereich. Die planetare Grenze ist also unterschritten. 

Das Süsswasser der Erde bezeichnet die gesamte Menge Süsswasser auf der Erde. Dazu zählen sowohl über- und unterirdisches Wasser (sogenanntes «blaues Wasser») als auch das Süsswasser, welches im Boden selbst gespeichert ist (sogenanntes «grünes Wasser»). Das Süsswasser ist Teil des Wasserkreislaufs: Beispielsweise verdunstet grünes Wasser und steigt nach oben in die Atmosphäre, dort kühlt es wieder ab und fällt als Regen zurück auf die Erde. Fällt der Regen in einen Fluss, wird dieses Wasser zu «blauem Wasser». Landet der Regen hingegen auf dem Boden und sickert in die Erde, wird dieses Wasser wieder zu «grünem Wasser».

Da das Wasser diesen Kreislauf durchläuft, ist es normal, dass die Wassermenge am selben Ort schwankt, also mal höher oder tiefer ist. Schwankt sie aber zu stark oder zu schwach, wird von gestörten Schwankungen gesprochen.

Um zu beobachten, wie sich das Süsswassersystem verändert, wird gemessen, auf wie vielen Prozent der Landfläche es gestörte Schwankungen gibt. Blaues Wasser und grünes Wasser werden dabei getrennt voneinander betrachtet. Im Jahr 2023 gab es auf 18.2 Prozent der Landfläche eine gestörte Schwankung des blauen Wassers. Die planetare Grenze liegt bei 10.2 Prozent.

15.8 Prozent der Landfläche hatte eine gestörte Schwankung des grünen Wassers. Die planetare Grenze liegt bei 11.1 Prozent. Beide planetaren Grenzen sind überschritten.

Aerosole sind eine Mischung aus Gas und winzig kleinen Teilchen, die so leicht sind, dass sie im Gas hängen bleiben (sogenannte Schwebeteilchen). Aerosole sind gesundheitsschädlich, da sie z. B. eingeatmet werden können und sich dann in der Lunge ablegen, wo sie Atemwegserkrankungen verursachen können. Zudem beeinflussen Aerosole unter anderem auch den Treibhauseffekt und die Wolkenbildung.

Um die Aerosolbelastung zu messen, wird geschaut, wie gut Sonnenstrahlung durch die Atmosphäre hindurchdringt. Je höher die Aerosolbelastung, desto schlechter dringt die Sonne durch die Atmosphäre. Um die Aerosolbelastung auszudrücken, gibt es keine bestimmte Einheit. Stattdessen wird die sogenannte «Aerosol-optische-Dicke» berechnet. Die planetare Grenze für die Aerosolbelastung ist 0.1, die Grenze zum hohen Risiko 0.25. Im Jahr 2023 lag der weltweite Durchschnitt bei 0.076. Die planetare Grenze ist also nicht überschritten.  

Bei neuartigen Substanzen handelt es sich um Chemikalien, Materialen und Lebewesen, die von der Menschheit erfunden wurden. Damit man sich sicher sein kann, dass diese Substanzen keinen langfristigen Schaden verursachen, braucht es genügend Zeit und Ressourcen, um die Auswirkungen dieser Substanzen auf die Umwelt zu beobachten. Aktuell werden allerdings so viele Substanzen erfunden und genutzt, dass eine Beobachtung nicht möglich ist.

Da weder die Menge neuartiger Substanzen noch die Umweltbelastung der neuartigen Substanzen gemessen werden kann, gibt es keinen bestimmten Wert für diesen Bereich. Aufgrund dieser grossen Unsicherheit wird davon ausgegangen, dass die planetare Grenze in diesem Bereich überschritten wurde.

Biogeochemische Kreisläufe bezeichnen die Bewegung chemischer Elemente und Verbindungen zwischen der Erdkruste, der Lebewesen und der Atmosphäre. Ein Beispiel für so einen Kreislauf ist der Wasserkreislauf. Die Menge Wasser auf der Erde bleibt immer etwa gleich, aber die Art wie das Wasser vorhanden ist, ändert sich. Z. B. verdunstet Wasser und wird zu Wolken und Regen, oder Süsswasser fliesst von einem Fluss in ein Meer und wird so zu Salzwasser.

Für zwei dieser biogeochemischen Kreisläufe wurden planetare Grenzen bestimmt: Den Phosphorkreislauf (P) und den Stickstoffkreislauf (N). Beide Stoffe sind für Lebewesen nützlich, z. B. als Dünger. Gibt es allerdings zu viel davon auf einmal, kann es schädlich sein. Gibt es z. B. zu viel Phosphor im Wasser, gibt es nicht mehr genügend Sauerstoff für gewisse Wasserlebewesen und sie sterben. Um zu messen, wie stark sich der Phosphorkreislauf verändert, wird deswegen die Phosphormenge gemessen, die in die Ozeane, bzw. das Wasser, gelangen.

Stickstoff gibt es sehr viel in der Luft. Dieser Stickstoff ist allerdings für die meisten Lebewesen nicht nützlich. Damit Stickstoff z. B. als Dünger genutzt werden kann, muss er gebunden werden. Das heisst, dass er eine andere chemische Form bekommen muss, welche die Lebewesen verarbeiten können. Lange Zeit lief dieser Prozess nur auf natürliche Weise ab. Heute gibt es abgesehen von den natürlichen Prozessen auch technische Verfahren, die die Bindung von Stickstoff ermöglichen. Während eine bestimmte Menge Stickstoff nützlich ist, und z. B. Pflanzen beim schnellen Wachsen hilft, ist zu viel Stickstoff schädlich für die Umwelt. Das liegt daran, dass sich Stickstoff chemisch wandelt und z. B. zu Lachgas wird, was ein Treibhausgas ist. Auch ist zu viel Stickstoff schädlich für die Biodiversität.

Um zu beurteilen, wie stark sich der Stickstoffkreislauf verändert, wird gemessen, wie viel Stickstoff von der Menschheit durch technische Verfahren gebunden wird.

Sowohl die Phosphormenge im Wasser sowie auch die Stickstoffmenge, die gebunden wird, wird in Terragramm pro Jahr (Tg/a) gemessen. Für Phosphor betrug die Menge 2023 weltweit 22.6 Tg/a. Die planetare Grenze ist 11 Tg/a. Für Stickstoff betrug die Menge 2023 190 Tg/a. Die planetare Grenze ist 62 Tg/a. Im Jahr 2023 wurden also beide planetaren Grenzen überschritten.