Unser Klima zum Selbstverständnis E-Book

Thomas Anderl

• Herausgeber: epubli
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 104

Veröffentlichungsjahr: 2019

Beschreibung

Würden Sie gerne mehr verstehen zu: Klimawandel, Treibhausgase, CO2, Erderwärmung, Vorgänge in der Natur versus antropogene Wirkungen, mit Blicken in die Vergangenheit sowie in die Zukunft? Wir haben uns auf die Suche begeben nach Erklärungsmodellen, abseits bestehender Pfade, und sind fündig geworden. Es ist gelungen, ein komplexes Thema mit einfachen Ansätzen umfassend zu beschreiben. Mit einfachen Schlussfolgerungen, untermauert von wissenschaftlichen Betrachtungen, ist für jeden etwas dabei: Die Anleitung zur eigenen Meinungsbildung anhand simpler Zusammenhänge ebenso wie Anregungen zum Verständnis wissenschaftlicher Details, dabei gleichzeitig die Einordnung der großen Vielfalt an Einzelaspekten zu einem Gesamtbild, die natürlichen und menschengemachten Vorgänge übergreifend.

Leseprobe

Unser KlimaDem eigenen Verständnis auf der Spur

Abseits ausgetretener Pfade

Thomas Anderl

Impressum

Texte: © Copyright by BHU Consulting GmbH

Umschlag: © Copyright by Oliver Scherer

Verlag: BHU Consulting GmbH, Illereichen, [e-mail]

Auflage: 1. Auflage, Juli 2019

Die Motivation

Stellen Sie sich vor, Sie sind bei „Wer wird Millionär?“. Können Sie die folgenden Begriffe der Reihe nach sortieren: Klimawandel, Treibhausgase, Feinstaub, Stickstoffbelastung?

Die Themenwelt von Klimawandel, Meeresspiegel, Erderwärmung, Hockey Stick-Kurve, Treibhausgase, Feinstaub, Ozonloch, Dieselaffäre, Fahrverbote, Elektromobilität, regenerative Energieerzeugung, Fleischkonsum, Unterernährung, vegane Ernährung, Wachstumskritik – können Sie alles zuordnen? Würden Sie gerne mehr verstehen?

Wir wollten mehr verstehen. Getrieben vom Versuch zu verstehen, als Normalbürger ohne Vorkenntnisse, wurden Antworten auf Fragen gesucht. Unvoreingenommen, unabhängig, mit offenem Blick. Zu Beginn der Suche war das Ende unbekannt. Sie erhalten hier das Protokoll der Überlegungen. Beim besten Bestreben zur Unvoreingenommenheit: Die Darstellung wird vom Ansatz her nicht neutral sein können. Alleine die Auswahl der betrachteten Aspekte spiegelt eine Grundausrichtung wieder. Eine Auswahl zu treffen ist notwendig, da eine Wiederholung von bisherigen Erkenntnissen nicht das Ziel ist. Dennoch ist es die ernste Absicht, neutral zu betrachten – durchaus mit naturwissenschaftlichem Hintergrund, allerdings ohne Kernkompetenz auf den angesprochenen Gebieten – sagen wir, mit den fragenden Augen eines verständnisbegierigen Kindes.

Eine Beobachtung ist, dass in medialen Beiträgen häufig nur kleine Teilaspekte angesprochen werden. Dasselbe in Politik und bei Nicht-Regierungs-Beteiligten: Es werden knappe Nachrichten verteilt, jede konzentriert auf einen sehr eng begrenzten Aspekt. Haben wir in der Gesamtschau ein Gefühl des Unwohlseins? Wahrscheinlich ja. Klimaskeptiker oder Verschwörungstheoretiker finden hier ihre Geburtsstunde. Und Sie: Haben Sie das Gefühl, das alles einordnen zu können?

Wir geben das Protokoll unserer Überlegungen und Ergebnisse gerne weiter. Der eine mag denken, das weiß ich doch; der andere mag denken, das wissenschaftliche Gedöns verstehe ich nicht; der Nächste mag denken, da fehlt ja die Hälfte. Es soll hier nicht eine Bibliotheksübersicht mit dem Anspruch an Vollständigkeit erstellt werden, nicht eine Abhandlung aller beteiligten Phänomene, auch soll nicht primär eine neue Theorie veröffentlicht werden. Aber vielleicht gibt es den einen oder anderen Leser, der an der einen oder anderen Stelle innehält und denkt, das habe ich noch nicht gewusst oder den Zusammenhang habe ich in der Form noch nicht gesehen.

Hier und da mag der eine oder andere Leser denken, das ist ja vollkommen falsch oder das weiß ich anders. Lassen Sie sich sicher sein, auch auf unserer Seite herrscht hier und da der Eindruck, dass etwas mit Inbrunst der fachlichen Expertise Vorgetragenes vollkommen falsch ist oder bislang unnachvollziehbar bleibt. Vielleicht decken wir an solchen Stellen auch einfach nur auf, dass Kommunikation mit dem Ziel des gemeinsamen Verständnisses notwendig erscheint. Wir versuchen das im gegebenen Rahmen Mögliche, unsere Ausführungen auf Korrektheit und Stimmigkeit zu überprüfen; ohne uns selbst überzeugt zu haben, würden wir die Gedanken nicht teilen.

Es wäre eine große Freude, wenn Sie als Leser an der einen oder anderen Stelle ein Aha-Erlebnis, eine neue Erkenntnis, eine Hilfestellung zur eigenen Meinungsbildung mitnehmen. Einige Passagen mögen in wissenschaftliche Tiefen eintauchen; wessen Interesse weniger auf solche Details gerichtet ist, der möge gerne – zumindest zunächst – über diese Stellen hinweglesen.

Wir wollen mit relativ wenig Interpretation arbeiten: auf neutrale Weise Historisches beschreiben und mit möglichst wenig Kommentierung Ergebnisse von zahlenmäßig hinterlegten eigenen Überlegungen darlegen. Damit lassen die Beschreibungen wahrscheinlich einen gewissen Spaßeffekt vermissen. Dies ist jedoch Absicht. Erst zum Schluss sollen Blicke in die Zukunft und eigene Interpretationen, eigene offenen Fragen und eigene Schussfolgerungen in Ansätzen weiter gegeben werden.

Nun also, wir wünschen Ihnen viel Interesse und wertvolle Anregungen bei Ihrer Lektüre!

Der rote Faden

Soll das Thema Klimawandel verstanden werden, gibt es die zwei Kernfragen: Was macht die Natur ohne den Menschen? Und: Was sind die Folgen menschlichen Handelns? Die Antwortsuche zu beiden Fragen zieht sich durch das vorliegende Werk. Zu Beginn stehen Blicke in die Erdgeschichte für ein Bild der ungestörten Natur, es folgen Blicke in die Menschheitsgeschichte für ein Bild von möglichen Einwirkungen des Menschen in die natürlichen Vorgänge.

Zur neueren Zeit, dem Industriezeitalter beginnend um das Jahr 1800, werden wesentliche Komponenten des menschlichen Handelns mit den möglichen Auswirkungen auf die Natur beleuchtet. Es werden Näherungsmodelle entwickelt, um die Einträge von Treibhausgasen in die Atmosphäre und die daraus folgenden Konzentrationen zu verstehen. Dies erfolgt insbesondere für Kohlendioxid CO2, Methan CH4 und Lachgas N2O. Andere klimarelevante Atmosphärenzusätze wie Ozon O3, Fluorkohlenwasserstoffe FCKW und Schwebeteilchen, Aerosole, werden mit direktem Verhältnis zur Bevölkerungszahl oder den CO2-Emissionen behandelt. Abgleich mit detaillierten wissenschaftlichen Studien sind ständiger Begleiter auf dem Weg zu eigenen Schlussfolgerungen.

Ein einfaches Modell kristallisiert sich heraus zur Beschreibung, wie die Natur mit – gleichermaßen natürlichen wie menschlichen – Einflüssen umgeht. Anhand der erarbeiteten Näherungsverfahren lassen sich die menschlichen Auswirkungen mit einfachen Mitteln verstehen. Damit wird ein Blick in die Zukunft möglich.

Auf dieser Basis werden zum Abschluss Handlungsszenarien für die Zukunft bewertet, durchaus auch mit gesellschaftskritischer Note.

Weltwunder Natur

Wir wissen um die Kunst der Natur, Gleichgewichtszustände herzustellen und in diesen zu leben. Es können physikalische Prozesse sein, wie zum Beispiel das Aufsteigen von warmer feuchter Luft über den Seen und Meeren so lange, bis die aufgestiegene Luft weit genug abgekühlt ist, dass die Feuchtigkeit in Form von Regen wieder in die Wasserbecken zurück fällt. Oder in den komplexen Zusammenhängen bei den Lebewesen, die sich zum Beispiel nur so lange vermehren, wie sie genügend Futter erhalten.

Einmal eingestellte Gleichgewichtszustände können durch Einflüsse geändert oder zerstört werden. Die Einflüsse können natürlicher Art sein. So dreht sich das Magnetfeld der Erde in regelmäßigen Zeitabständen um1. Oder es wechseln sich Zeiten, in denen alle Kontinente zu einer Landmasse vereint sind, regelmäßig ab mit Zeiten, in denen die Kontinente voneinander getrennt sind. Die Dinosaurier werden der Zeit zugeschrieben, in der zuletzt alle Landmassen miteinander verbunden waren2. Heute leben wir in einer Zeit, in der das Zusammenwachsen der Kontinente bereits wieder eingesetzt hat3: Indien, besser die tektonische Platte ‚Greater India‘, ist mit Asien kollidiert, wobei der Himalaya entstanden ist und weiter wachsen wird sowie Indien möglicherweise ganz unter Tibet verschwinden wird. Australien wird ein ähnliches Schicksal erleiden4. Auch stößt Afrika mit Europa zusammen. Durch die Bewegungen wird in Zukunft als Erstes die Karibik verschwinden5. Der Atlantik wird sich vergrößern, der Pazifik wird verschwinden6.

Gleichgewichtszustände können andererseits durch Menschenhand gestört werden. So gibt es in Italien und Spanien bis heute infolge der Holzrodung im Mittelalter, u.a. für den Schiffs- und Hausbau, weitläufig waldarme Landschaften. Ein weiteres Bespiel sind die großflächigen Brände in Japan gegen Ende des 2. Weltkriegs durch die intensive Bombardierung, mit der Zündung von Kernwaffen als Teil dieses Kriegsgeschehens. Heftige Brände und offene Kernspaltung haben neben den natürlichen Gewittervorgängen und Vulkanausbrüchen das Potential, Material von der Erde weit hinauf in die Atmosphäre zu transportieren und dadurch massiv in die natürlichen Zustände einzugreifen.

Auch die Nutzung von den fossilen Rohstoffen Kohle, Erdöl und Erdgas hat das Potential eines starken Eingriffs von Menschenhand in die Natur: Über 100erte von Millionen von Jahren wurde im Kohlenstoffkreislauf beständig u.a. CO2 in die Erdkruste verbracht, als Teil der eingespielten natürlichen Gleichgewichtsprozesse. Wesentlicher Gleichgewichtsprozess ist hier die Produktion von Sauerstoff einerseits und die CO2-Vernichtung andererseits. Im Zuge der Kohlenstoffeinlagerung entstanden im Laufe der Zeit große Reservoirs an Kohle, Erdöl und Erdgas. Hier in relativ kleinen Schritten über sehr lange Zeiträume unter die Erdoberfläche eingetragene Stoffe wurden in den vergangenen etwa 200 Jahren wieder über die Erdoberfläche freigesetzt. Der Zeitraum der Freisetzung war um viele Zehnerpotenzen kürzer als der Zeitraum, der ursprünglich für die Speicherung verwendet worden war. Die Geschwindigkeiten der beiden Prozesse sind also um Größenordnungen unterschiedlich. Es drängt sich die Frage auf nach den Auswirkungen, die der äußerst unnatürliche Nutzungsprozess auf die Natur hat: Wird er zu einem neuen Gleichgewichtsprozess führen? Belässt er den bekannten Gleichgewichtsprozess, jedoch mit Folgen an anderer Stelle?

Allem überlagert sind große Schwankungen und Trends in der Natur mit starkem Einfluss auf die nachgelagerten Prozesse. So schwankt die Sonnenintensität in einem ca. 11-jährigen Zyklus. Die Erdbewegung um die Sonne ist relativ komplex und führt ihrerseits zu Schwankungen der Strahlungsintensität der Sonne auf der Erde; es überlagern sich mehrere Zyklen mit unterschiedlichen Längen jeweils im Bereich einiger 10.000 bis zu 100.000 Jahre. Ganz langfristig wird die Erde von der dann größer werdenden Sonne ‚vereinnahmt‘ werden, womit sich die Lebensmöglichkeiten relativ zu den heutigen Gegebenheiten vollkommen verändern werden. Letztlich sind solche natürlichen Schwankungen und Trends Ausdruck von ständig ablaufenden Gleichgewichtsprozessen.

Erdgeschichtliches

Wie erwähnt, zeigt die Sonne – als wesentlich beeinflussende Größe für die Erde – im langfristigen Bild Intensitätsschwankungen.

Allgemein war die Sonne früher kälter als heute, sie hat sich seit Beginn der Erde um etwa 25 % erwärmt7. In Abbildung 1 ist die Schwankung der an der Atmosphärenaußenseite der Erde ankommende Strahlungsintensität der Sonne relativ zu einem Mittelwert für die vergangenen 9300 Jahre dargestellt8. Sie variiert um bis zu 2 W/m2; in den letzten etwa 500 Jahren ist die Sonnenintensität um mehr als 1 W/m2 angestiegen. Im vergrößerten Bild9, oberer Teil von Abbildung 2, ist eine sehr geringe Sonnenintensität im 17. Jahrhundert zu erkennen; dies ist bekannt unter dem Namen Maunder-Minimum als ein bedeutendes Sonnenminimum. In diese Zeit fallen übrigens eine Reihe bedeutender Kriege in Europa, darunter der Dreißigjährige Krieg; Nahrungsarmut in längeren Kälteperioden fördert die Kriegsbereitschaft. Später, insbesondere im 20. Jahrhundert, ist ein deutlicher Anstieg der Sonnenintensität zu erkennen. Wir bewegen uns in den vergangenen etwa 300 Jahren aus einem bedeutenden Sonnenminimum heraus hin zu eher gewöhnlicher Sonnenaktivität. Für den Zeitraum 2030 - 2040 wird das nächste Maunder-Minimum vorhergesagt10. Insbesondere in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts sehen wir Schwankungsbreiten von etwa 1 W/m2 an der Außenseite der Atmosphäre. Andere Ergebnisse11 legen für die Jahre 1980 - 2015 eine Bandbreite der Sonnenintensität an der Atmosphärenaußenseite von eher 2 W/m2 nahe, in den Extremwerten von 4 W/m2 wie im unteren Teil von Abbildung 2 deutlich wird. Dies bedeutet an der Erdoberfläche eine Einstrahlungsbandbreite von 0,35 W/m2bzw. für die Extremausschläge 0,7 W/m2. In der Industriezeit, seit etwa 1750, ist die Sonnenintensität bis zum Jahr 2000 um etwa 0,3 W/m2 gestiegen12. Später werden wir Auswirkungen menschlichen Handelns mit diesen Werten vergleichen.

Abbildung 1. Schwankungen der Sonnenintensität an der Außenseite der Erdatmosphäre um einen Mittelwert für die vergangenen 9300 Jahre, in Watt/m2; Quelle siehe Text

Abbildung 2. Sonnenintensität an der Außenseite der Erdatmosphäre, oben vom Jahr 1600 bis zur Gegenwart, unten ab 1976; Quelle für obere Grafik siehe Text, für untere Grafik siehe 13

Auch die Erde führt ein mit Schwankungen erfülltes Leben.

Nach der Geburt vor etwa 4.540 Millionen Jahren, begann vor etwa 4.400 Millionen Jahren die Bildung von Wasser. Im Zeitraum vor etwa 3.500 - 2.200 Millionen Jahren bildete sich Sauerstoff aus. Vor ungefähr 540 Millionen Jahren bildeten sich Lebewesen mit komplexeren Zellstrukturen. Hier beginnt die folgende Grafik14, links bei etwa 500 Millionen Jahren vor der heutigen Zeit. Die Temperaturen waren damals relativ groß.

Abbildung 3. Temperaturverlauf an der Erdoberfläche für die vergangenen ca. 500 Millionen Jahre, relativ zur Durchschnittstemperatur des Zeitraums 1900 - 1990; linke vertikale Achse für die Temperatur in Grad Celsius, rechte in Grad Fahrenheit; Quelle siehe Text

Erstmals ergaben sich zu jener Zeit Sauerstoffkonzentrationen in den heutigen Größenordnungen (siehe nächste Abbildung).

Abbildung 4. Sauerstoffanteil der Erdatmosphäre im Verlauf der vergangenen etwa 1.000 Millionen Jahre, in Volumen-Prozent15

Der CO2-Gehalt lag in der Frühzeit der Erde bis zu 1000-mal höher als heute16. Für das Känozoikum ist der Verlauf in der folgenden Abbildung dargestellt17.

Mit einem Absinken der CO2-Konzentrationen um etwa 1000 ppm von vor ca. 50 bis 35 Mio. Jahren, diese Epoche Eozän genannt als Teil des Känozoikums, geht eine Temperaturreduktion von etwa 10 °C einher.

Ohne Stoffe wie CO2 in der Luft wäre die Erde kalt, zum größten Teil mit Eis bedeckt. Durch die sogenannte Treibhauswirkung dieser Stoffe hat die Erde die uns bekannte Temperatur. Zu den wesentlichen Treibhausgasen zählen neben CO2 und Wasserdampf bzw. Wassertröpfchen in Wolken insbesondere Methan CH4, Lachgas N2O, Ozon O3 und die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) bzw. deren Ersatz.

Abbildung 5. CO2-Anteil der Erdatmosphäre in den vergangenen etwa 65 Millionen Jahren, in CO2-Teilen pro 1 Million Atmosphärenteile (parts per million, ppm), die Angabe in ppm wird verstanden als ppmv (volume parts per million, Volumenanteile) ; Quelle siehe Text

Die Erdkruste ist in ständiger Bewegung. Die folgenden Animationsbilder zeigen eine Rekonstruktion in die Vergangenheit vor etwa 50 Mio. Jahren (links), die heutigen Gegebenheiten (Mitte) und eine Vorhersage in die Zukunft (rechts). Zum Beispiel lässt sich erkennen, dass sich im betrachteten

Abbildung 6. Ergebnisse von Plattentektonik-Simulationen für die Erde in der Zeit vor 50 Millionen Jahren (links), heute (Mitte) und für 50 Millionen Jahre in der Zukunft (rechts)18