Kleines 1 x 1 der Erderhitzung
Die menschenverursachte Erderhitzung ist das wichtigste Thema der Gegenwart und der Zukunft. Zugleich ist sie ein komplexes physikalisches Phänomen. Wir berichten hier über einige bedeutende Zusammenhänge und Ergebnisse der Klimaforschung.
Von Aribert Peters
(27. Oktober 2023)
Null Emissionen stoppen weitere Erderwärmung
Erst wenn wir das Verbrennen fossiler Treibstoffe komplett einstellen, wird sich die Erde nicht mehr weiter erwärmen. Allerdings ginge die bis dahin erfolgte Aufheizung auch nicht zurück. Von einem Verzicht auf fossile Treibstoffe sind wir aber noch sehr weit entfernt. Denn immer noch steigen die weltweiten Treibhausgasemissionen Jahr für Jahr.
Der Temperaturanstieg gegenüber dem vorindustriellen Zeitalter ist so hoch wie die Menge der insgesamt emittierten Treibhausgase. Deshalb entsprechen die historischen Emissionsmengen (zum Beispiel EU: 30 %) dem Verursachungsanteil an der Erderhitzung (siehe Grafik). Bis die CO2-Emissionen aufhören, wird die Erdtemperatur weiter ansteigen und die Wetterextreme werden noch zunehmen.
Klima und Wetter
Jedes Wetterereignis wird in irgendeiner Weise durch die globale Erwärmung beeinflusst, unter anderem durch den Hitzeeintrag, mehr Feuchtigkeit in der Atmosphäre und den Anstieg des Meeresspiegels. Eine direkte Auswirkung der zusätzlichen Erwärmung sind intensivere und häufigere Hitzewellen.
Die Erwärmung beschleunigt die Verdunstung von Wasser aus dem Boden und aus Gewässern. Trocknet der Boden aus, verstärkt das eine mögliche Dürre und die Brandgefahr steigt. Durch die starke Verdunstung gelangt mehr Feuchtigkeit in die Atmosphäre und wärmere Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen. Beide Faktoren führen zu stärkeren Regenfällen. Die wärmeren Ozeane liefern außerdem zusätzliche Energie für Hurrikane, wodurch diese intensiver werden.
Einzelne Wetterereignisse konkret mit dem Klimawandel in Verbindung zu bringen, ist schwierig. Eines ist jedoch klar: Die globale Erwärmung erhöht das Auftreten und/oder die Stärke extremer Wettererscheinungen. Salopp formuliert: Das Wetter teilt die Schläge aus, aber das Klima trainiert den Boxer.
Hitzewellen und Klimawandel
Klimaskeptiker versuchen von der wachsenden Gefahr von Hitzewellen abzulenken. Ihr Argument: Hitzewellen habe es früher auch gegeben, also können die heutigen nicht auf menschlichen Einfluss zurückgehen. Man könnte genauso gut argumentieren, dass Menschen schon lange vor der Erfindung der Zigarette an Krebs starben und Rauchen deshalb keinen Krebs verursachen kann.
Richtig ist: Hitzewellen gab es schon immer, aber die globale Erwärmung erhöht deren Häufigkeit und dieses Risiko wird in Zukunft noch weiter zunehmen. Schon jetzt treten Hitzewellen aufgrund der globalen Erwärmung fünfmal häufiger auf als zu Beginn der Wetteraufzeichnungen. Sie werden immer heißer und dauern länger. Wenn wir die Treibhausgasemissionen nicht reduzieren, werden Hitzewellen bis 2040 zwölfmal wahrscheinlicher.
CO2 für Pflanzen, Tiere und Menschen
Pflanzen erzeugen aus den drei Bestandteilen Sonnenlicht, CO2 und Wasser in ihren Blättern Zucker (Glukose) und Sauerstoff. Der Zucker wird gespeichert und dient Menschen und Tieren als Nahrung. Der von Pflanzen erzeugte Sauerstoff ermöglich die Atmung von Menschen und Tieren, zumindest zu 50 %. Die andere Hälfte des Sauerstoffs entsteht in den Ozeanen.
Beweise für die Klimawirksamkeit von CO2
Die wissenschaftlichen Beweise, dass Kohlendioxid (CO2) ein Treibhausgas ist, sind umfassend. Zunächst kann man auf die Physik und Chemie verweisen: CO2-Moleküle können Infrarotstrahlung, also Wärme, absorbieren und wieder abgeben. Das ist auf ihre spezifische molekulare Struktur zurückzuführen und wurde durch Laborexperimente mit Infrarotspektroskopie nachgewiesen.
Satellitenmessungen zeigen, dass weniger Wärmeenergie die Erdatmosphäre in denjenigen Wellenlängenbereichen verlässt, die CO2 absorbieren. Klimamodelle, die auf diesen und anderen physikalischen Prinzipien basieren, sind in der Lage, beobachtete Klimaveränderungen sehr genau zu reproduzieren, wenn sie den Einfluss von Treibhausgasen wie CO2 berücksichtigen. Anders als gegenwärtig verursachte in früheren Erdperioden die extern bedingte Erderwärmung eine höhere CO2-Konzentration.
Dann gibt es die historischen Daten. Untersuchungen von Eisbohrkernen zeigen, dass wärmere Klimaperioden in der Erdgeschichte mit höheren Konzentrationen von CO2 in der Atmosphäre zusammenfielen. Darüber hinaus ist die dramatische Zunahme des CO2-Gehalts in der Atmosphäre seit der industriellen Revolution hauptsächlich durch menschliche Aktivitäten mit einer deutlichen Erwärmung des globalen Klimas einhergegangen.
Schließlich gibt es den planetaren Beweis: Die Atmosphäre der Venus, die zu etwa 96,5 % aus CO2 besteht, schafft ein Treibhausklima mit Oberflächentemperaturen, die heiß genug sind, um Blei zu schmelzen (480 Grad). Dies zeigt eindrücklich die Wirkung von CO2 als Treibhausgas auf planetarer Ebene.
Frühere Perioden mit hohen CO2-Konzentrationen
Auch schon in früheren Zeiten der Erdgeschichte gab es höhere CO2-Konzentrationen. Vor 50 Millionen Jahren lagen diese zum Beispiel beim Fünffachen des heutigen Werts. Die Erde war 15 Grad wärmer und der Meeresspiegel 70 Meter höher. Vor 20.000 Jahren in der Eiszeit lag die Temperatur 7 Grad unter der heutigen und die CO2-Konzentration war nur halb so hoch wie heute, der Meeresspiegel um 130 Meter tiefer. Seit der Entwicklung der menschlichen Zivilisation vor etwa 8.000 Jahren waren Temperaturen und CO2-Konzentration sehr stabil. Bis vor 60 Jahren die CO2-Konzentration, verursacht durch fossile Verbrennung, nochmals unglaublich an Beschleunigung aufnahm. Daraufhin stiegt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre sehr rasch an und mit ihr die Temperaturen.
CO2-Anstieg durch Menschen verursacht?
Der Nachweis, dass die erhöhten CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre tatsächlich von Menschen verursacht sind, erfolgt hauptsächlich über zwei Methoden: die Messung der Anteile von Kohlenstoffisotopen sowie der atmosphärischen Sauerstoffkonzentration. Bei der Isotopenmessung wird das Verhältnis zweier verschiedener Typen von Kohlenstoffatomen (Isotope) bestimmt, die in CO2-Molekülen auftreten können: 13C und 12C, wobei die Zahl die Masse des Atoms charakterisiert. Fossile Brennstoffe zeichnen sich durch ein geringes Verhältnis zwischen 13C und 12C aus. Wenn sie also verbrannt werden, sinkt auch das Isotopenverhältnis in der Atmosphäre, was den Schluss nahelegt, dass der Kohlenstoff nicht aus anderen Quellen (etwa Vulkanen) stammen kann.
Außerdem lässt sich durch genaueste Messungen der Sauerstoffkonzentration zeigen, dass das zusätzliche Kohlendioxid in der Atmosphäre aus Verbrennungsprozessen stammen muss. Bei einer Verbrennung von organischen Materialien wie Kohle, Öl oder auch Biomasse wird reiner Sauerstoff im CO2-Molekül gebunden, die Sauerstoffkonzentration in der Luft nimmt damit in einem festen Verhältnis zur CO2-Zunahme ab.
Unsere Emissionen machen nur etwa 5 bis 6 % der globalen CO2-Emissionen aus. Obwohl das gering erscheinen mag, reicht dieser Betrag aus, um die globale CO2-Konzentration ansteigen zu lassen und die Erde aufzuheizen. Denn die 5 bis 6 % kommen jedes Jahr obendrauf und stören das Gleichgewicht. Man könnte einen Vergleich ziehen zur Zinszahlung für einen Hauskredit. Da machen 5 bis 6 % den entscheidenden Unterschied, ob man sich das Haus leisten kann oder nicht.
- Wiki Bildungsserver Klimawandel: Kohlendioxid
- www.carbonbrief.org
- skepticalscience.com
- ipcc.ch