Pause im Klimawandel durch chaotische Kopplungen?

In der letzten Woche führte eine Beitrag von Kyle Swanson und Anastasios Tsonis in den Geophysical Research Letters mit dem Titel „Has the climate recently shifted?“ zu kontroverser Diskussion. Im Kern wird hier behauptet, daß es verschiedene Zustände des Klimas gibt, die einander ablösen können und einen allgemeinen Trend überlagern können. Das könne dazu führen, daß das Klima in einer bestimmten Phase verharre, bis es durch den äußeren Antrieb in die nächste Phase geschoben würde. Die Folge wäre, daß man beobachten könne, daß die globale Erwärmung zeitweise stagniere, um dann zu gegebener Zeit einen Sprung nach oben zu machen. Im Grunde ist die daraus resultierende Vorhersage für das Klima ähnlich der von Keenlyside et al. 2008, über die ich hier und hier geschrieben hatte, jedoch aus ganz anderen Gründen. Jene hatten eine globale Wettervorhersage versucht. Indem sie Daten über die Meerestemperaturen ihren Modellläufen aufprägten, wollten sie eine belastbare Vorhersage der globalen Temperatur in den nächsten 30 Jahren machen. Dabei sagten sie voraus, daß die globale Erwärmung im laufenden 10-Jahreszeitraum gegenüber dem vorherigen (um 5 Jahre überlappenden) 10-Jahreszeitraum stagnieren würde. Die schlechte Performanz des Modells in der jüngeren Vergangenheit regt zur Skepsis gegenüber diesem Modellversuch an. Stehen Swanson und Tsonis besser da?
Bild aus Swanson und Tsonis, Has the climate recently shifted, GRL 2009: Trend für einen eher willkürlichen Zeitraum in grün, Entwicklung zurück zum Trend in rot und linearisierte Modellvorhersage von Smith et al. 2007 für den Trend in hellblau mit eher willkürlichem Startpunkt.

Ich gebe zu, daß ich mit der Mathematik, die Swanson und Tsonis da bemühen, nicht vertraut bin. Wenn ich ein verständliches Bild dafür suche, dann sollte man sich vielleicht zwei schwingende Pendel vorstellen, die mit einer Feder verbunden sind. Die Feder koppelt die Pendel und ermöglicht, daß von einem Pendel zum anderen Energie übertragen werden kann. Das gesamte System verhält sich chaotisch. Mal schwingt das eine Pendel stark und das andere kaum. Dann überträgt das schwingende Pendel über die Feder immer mehr Energie auf das andere Pendel, das nun auch zu schwingen anfängt, bis nach und nach das erste Pendel zur Ruhe kommt. Und dann geht das Spiel rückwärts von neuem los. Zwar gibt es verschiedene Zustände des Systems, die man beschreiben kann, aber die Übergänge sind nicht geschlossen berechenbar und vorhersagbar. Mit Methoden der Chaostheorie kann man dennoch in allgemeiner Form das System beschreiben.

Für das Klima kann man vergleichbar beschreiben, wie Wärme und andere Energie in den verschiedenen Teilen der Atmosphäre und Meere ausgetauscht werden und dabei Schwingungen auftreten, die chaotisch und daher nicht deterministisch vorhersagbar sind, aber doch auf allgemeiner Ebene beschrieben werden können. Am bekanntesten sind dabei unregelmäßige Zyklen wie der ENSO-Zyklus (El Nino/La Nina), die merklichen Einfluß auf die globale Temperatur nehmen können. Swanson und Tsonis berechnen die Kopplungen zwischen verschiedenen Kompartimenten der Erde und die Synchronisation der unregelmäßig-zyklischen Änderungen. Von Zeit zu Zeit werden die Kopplungen stärker und Änderungen erfolgen stärker in Phase, zu anderen Zeiten sind die Kopplungen schwächer. Das alles, so die Autoren, habe zur Folge, daß gerade um 2001/2002 ein Bruch des globalen Erwärmungstrends erfolgt haben könne, nach dem das Klima sich eine Weile seitwärts bewege, bis der ursprüngliche Erwärmungstrend erneut aufgenommen werden könne.

Nun mag das stimmen oder nicht – über die Mathematik kann ich nicht urteilen. Immerhin äußern sich kundigere Leute skeptisch dazu (zum Beispiel siehe Taminos Blog, außerdem zeigt sich auch James Annan skeptisch). Doch die Probleme tauchen schon auf einem grundsätzlicheren Niveau auf. Um ihre Rechnungen zu machen, müßten Swanson und Tsonis hinreichend genau die ganzen Energieübertragungen im System kennen und berechnen können. Daran melde ich Zweifel an, da die Meßfehler erheblich sind. Die Autoren beziehen sich auf vier große Zyklen (El Nino Southern Oscillation ENSO, Pacific Decadal Oscillation PDO, North Atlantic Oscillation NAO und North Pacific Index NPI), die selbst verschieden definiert werden können und Abstraktionen des tatsächlichen globalen Geschehens bei Luftdruck, Temperatur und Meeresströmungen darstellen. Damit wollen sie wahrgenommene Brüche der globalen Temperaturänderungen beschreiben, von denen wir wissen, daß sie Fehler enthalten. Fragwürdig ist zudem, daß im Grunde Änderungen der globalen Temperatur auf die Chaostheorie zurückgeführt werden sollen, für die wir auch deterministische Erklärungen anführen können, wie Vulkanausbrüche und Änderungen der Sonneneinstrahlung, sowie in neuerer Zeit den Einfluß der Treibhausgase und der menschengemachten Aerosole. Die Erklärung von Swanson und Tsonis könnte stimmen – aber man braucht sie gar nicht. Sie erzeugen erst künstlich ein Problem, für das sie dann eine Lösung anbieten. Das ist in den Naturwissenschaften immer etwa, was gleich skeptisch macht – neue Theorien sollten die Welt einfacher machen, nicht erst neue Probleme erzeugen und dann selbst lösen.

Wird also die globale Temperatur eine Seitwärtsbewegung machen? Ich sehe dafür keine Anzeichen. Im Rahmen des statistischen Fehlers gibt es keine Abweichung vom globalen Erwärmungstrend der letzten 30 oder 40 Jahre. Sollten die nächsten 2 oder 3 Jahre wieder, wie es eigentlich von vielen kundigen Leuten (z.B. Hansen) erwartet wird, ein Anziehen der globalen Erwärmung zeigen, sind Theorien wie die von Swanson und Tsonis oder Modellversuche wie die von Keenlyside et al tot. Und das zeigt eigentlich, wie kurzlebig diese wissenschaftlichen Ansätze sind. Man sollte daher bei solchen Arbeiten daran denken, daß nur wenige originelle Ideen in der Wissenschaft längere Zeit überleben – erst die Bestätigung durch weitere Arbeiten und nicht zuletzt die Vorhersagekraft für Beobachtungen kann aus einzelnen Thesen Theorien machen, die zur Erklärung der Welt herangezogen werden können. Solche (Fehl-)versuche erweitern nichtsdestotrotz unsere wissenschaftlichen Erkenntnisse, denn im welchen Rahmen die Chaostheorie das globale Wetter bzw. Abschnitte in der Klimaentwicklung erklären kann, ist eine spannende und bislang offene Frage.

Weitere Diskussionen dazu gibt es auf RealClimate. Und natürlich, wie nicht anders zu erwarten, wird auch dies von Leugnern aufgegriffen, um zu behaupten, daß auch seriöse Wissenschaftler die These verteidigten, die globale Erwärmung hätte gestoppt. Ohne weiteren Kommentar...

Die Versauerung der Meere

In früheren Beiträgen (etwa hier) habe ich schon darauf hingewiesen, daß der Anstieg der CO2-Mischungsverhältnisse mehr Probleme mit sich bringt als nur die globale Erwärmung. Und die anderen Folgen sind wahrscheinlich sogar schlimmer. Derzeit wird fast die Hälfte des CO2, das wir in die Luft abgeben, durch den steigenden Partialdruck in der Atmosphäre in das Meerwasser gepreßt. Das ist so ähnlich wie die Herstellung von Sprudelwasser aus normalem Leitungswasser und einer CO2-Kartusche. Und da so oft davon geredet wird, daß steigende Temperaturen die Löslichkeit von CO2 in Wasser verringern und daher die Meere zu CO2-Quellen werden könnten: pro Jahr steigt der CO2-Partialdruck in der Atmosphäre um ca. 0,5 %. Die Ausgasung allein durch einen Temperaturanstieg von 0,02 Grad pro Jahr würde den Partialdruck von CO2 über dem Wasser um (sehr grob gerechnet) 0,05 % erhöhen. Der steigende Partialdruck des CO2 hat also einen mindestens zehnmal stärkeren Effekt als die steigende globale Temperatur. Dabei sind Effekte wie etwa durch eine Änderung der Salinität von Meerwasser oder dadurch, daß das gelöste CO2 nicht im chemischen Gleichgewicht ist und biologische Effekte nicht berücksichtigt. Während man sehr grob schätzen kann, welcher Effekt größer ist, ist es sehr schwierig, tatsächlich für die Ozeane zu berechnen, wie viel CO2 zu jeder Zeit in Lösung geht.

Das gelöste CO2 hat vor allem einen Effekt: ein Teil des gelösten CO2 bildet eine starke Säure, die Carbonsäure H2CO3, die zum größeren Teil in Hydrogencarbonat und Hydroniumionen zerfällt:

CO2 + H2O = H2CO3

H2CO3 + H2O <-> HCO3- + H3O+

Letzteres sorgt dafür, daß das an sich alkalische Meer (pH-Wert 8,2 vor Beginn der Industrialisierung) immer weniger alkalisch wird bzw. langsam saurer wird. Ein Anstieg des Mischungsverhältnisses von CO2 um 100 ppm hat innerhalb eines Jahrhunderts bereits den Säuregehalt um 30 % gesteigert bzw. den pH-Wert um 0,1 Punkte fallen lassen. Und genau das ist das Problem. Bestimmte Meereslebewesen haben nur eine geringe Toleranz für Änderungen des pH-Wertes. Kleine Schalentiere leiden unter Schäden an ihren Kalkschalen, wenn das Meer saurer wird. Steigt das CO2-Mischungsverhältnis in der Luft über 450 ppm, könnte der pH-Wert der Meere um mehr als 0,3 Punkte sinken – ein Abfall des pH-Wertes um 0,14-0,35 Punkte wird im aktuellen IPCC-Bericht für wahrscheinlich gehalten. In dem Fall würden viele Meeresorganismen mit Kalkschalen aussterben (darunter Seesterne, Seeigel, viele Muscheln und Kleinstkrebse). Damit fällt der Beginn der Nahrungskette in den Meeren weg. In der Folge würden auch viele Fische aussterben, entweder als Jäger der ausgestorbenen Schalentiere oder als Jäger jener ausgestorbenen Fischarten. Auch die Korallen, ohnehin durch steigende Meerwassertemperaturen belastet, würden durch eine wachsende Hydroniumionenkonzentration weiter geschädigt. Mit dem Absterben der Korallenriffe fiele aber eine wichtige Lebensumwelt von Meereslebewesen und eine ihrer Kinderstuben weg.

Profitieren würden nur wenige Arten, wie zum Beispiel Seegras und bestimmte Arten von Algen, außerdem Quallen. Die Versauerung der Meere würde zum größten Artensterben seit 65 Millionen Jahren auf der Erde führen.

Man könnte zwei Dinge einwenden. Zum einen gab es Zeiten etwa in der Kreidezeit, als die Ozeane saurer waren als heute und trotzdem ähnliche Arten lebten, deren Aussterben man inzwischen befürchten muß, wie Korallen und Kleinstkrebse. Allerdings hatten sich die säureresistenteren Arten über Jahrmillionen entwickeln können. Vielleicht tun sie das in Zukunft auch wieder. Vielleicht aber auch nicht. Jedenfalls werden wir in den nächsten Jahrtausenden sicher nicht beobachten können, daß sich durch die Evolution schnell wieder die gleichen säuretoleranten Arten der Kreidezeit entwickeln – so etwas braucht einfach mehr Zeit. Man könnte auch darauf verweisen, daß der pH-Wert der Ozeane von Ort zu Ort sehr verschieden sein kann. Wie könne da eine pH-Wert-Änderung kritisch sein, die man auch beobachten würde, reiste man aus dem Atlantik ins Mittelmeer vor Italien. Dazu ist zu sagen, daß in jedem Meeresgebiet die Arten vorkommen, die sich an die Verhältnisse dort angepaßt haben. Wenn sich jedoch alle Meere gleichzeitig verändern, werden in allen Meeren die dort angepaßten Arten ausgerottet. Manche werden wandern können und in die Meeresgebiete wandern, die ihren alten Siedlungsgebieten ähnlich werden. Aber für die meisten Arten wird es keine alkalischeren Gebiete mehr geben, in die sie sich zurückziehen könnten.

Im Fall der globalen Erwärmung wird über Geoengineering geredet, um die Erde künstlich zu kühlen. Ungeachtet der geringen Wahrscheinlichkeit, daß diese Methoden umgesetzt werden können, gibt es keine denkbare Möglichkeit, die pH-Wert-Änderung der Meere künstlich abzupuffern. Die einzige Möglichkeit, das Überleben der Meere zu sichern und damit eine wichtigen Nahrungsmittelquelle der Menschheit zu retten ist es, mit der Emission von CO2 aufzuhören.

Klimawandel als Ausrottungskonzept – Lovelocks neues Buch

Die Berichte zum Klimawandel, wie etwa vom IPCC, liefern eine Gesamtschau der Ansichten der verschiedenen Wissenschaftler, die sich gegenseitig zu einem gewissen Grad zu einem Mittelwert hin orientieren. Am deutlichsten sieht man es bei den Klimamodellen, deren Ergebnisse als eine mittlere globale Temperatursteigerung mit einem Unsicherheitsbereich dargestellt werden. Einzelne Modelle können dabei durchaus am Rande des Unsicherheitsbereichs liegen.

Meinungen der Wissenschaftler darüber, wie unsere Erkenntnisse zum Klimawandel zu bewerten sind, können noch weitaus stärker streuen. Es ist ja schwer faßbar, was eigentlich eine globale Temperaturerhöhung von 2-3 Grad wirklich für die Lebensverhältnisse der Menschen bedeutet. Dies ist so schwierig, weil es Kippunkte geben kann, an denen sich Systemzustände ändern – wie etwa das Verschwinden des Amazonasregenwaldes, wenn eine bestimmte Grenztemperatur überschritten wird oder eine Veränderung der Monsunregenfälle in Indien und dadurch ein Wegfall der Nahrungsgrundlagen für einige 100 Millionen Menschen. Wir wissen weder genau, in welches Temperaturregime uns die gegenwärtigen Emissionen von Treibhausgasen bringen werden, noch genau, bei welcher Temperatur der nächste Schalter gedrückt wird, der einen weiteren Systemzustand ohne Wiederkehr einschaltet, etwa das Auftauen des Permafrostbodens in der Arktis mit einer gewaltigen Freisetzung von Methan oder das endgültige Abschmelzen des Eisschildes der Westantarktis.

Eine Extremmeinung dazu vertritt James Lovelock. Prof. Lovelock, inzwischen 90 Jahre alt, ist eine Stimme, die man nicht überhören möchte, weil er grundlegende Beiträge zur Atmosphärenforschung geleistet hat, etwa Sensoren für Satelliten entwickelt hat, mit denen noch heute etwa der Abbau der Ozonschicht oder das Anwachsen bestimmter Treibhausgase gemessen werden kann. Besonders bekannt geworden ist er aber mit seiner Gaia-Theorie (zusammen mit Lynn Margulis). Danach ist die Erde insgesamt mit dem Leben darauf ein selbstregulierendes System, nicht unähnlich einem Organismus. Durch Rückkopplungsgrößen bewirkt das Leben auf der Erde, daß die Verhältnisse auf dem Planeten, wie etwa die Zusammensetzung der Atmosphäre und die globale Temperatur, das Leben auf der Erde begünstigen. Dies war vor über 40 Jahren durchaus revolutionär, heute ist es Allgemeingut und durch viele Beispiele experimentell nachgewiesen.

James Lovelock hatte dazu beigetragen, daß erkannt wurde, daß FCKW auf globalem Maßstab einen wachsenden Anteil an der Atmosphäre hatten. Weil er aber nur ihre toxische Wirkung betrachtete, gab er irrtümlich Ende der 60er Entwarnung, daß diese Substanzen nicht gefährlich seien. Doch Rowland und Molina, die Lovelocks Arbeit kannten, fanden heraus, daß FCKW die Ozonschicht gefährdeten, und in den 80er Jahren konnte dann das Ozonloch über der Antarktis beobachtet werden, das durch die FCKW verursacht wurde, auch wenn anscheinend der genaue Mechanismus, über den Chlor aus den FCKW in der Stratosphäre freigesetzt wird und den Ozonabbau bewirkt, trotz 20 Jahren intensiver Forschung noch Unsicherheiten enthält und neue Erkenntnisse immer noch erwartet werden können. Lovelock ist also niemand, der aus Prinzip in jedem menschlichen Eingriff Gefahren sieht. Doch in Hinblick auf die globale Erwärmung gehört er zu den entschiedensten Warnern. Grundlage dafür sind seine Modellrechnungen mit einem vereinfachten Modell der Kopplung von Biosphäre und Erdklima.

Vereinfachte Modelle, die etwa die ganze Erde in wenige Kästen einteilen und nur grundlegende Kopplungen betrachten haben Vor- und Nachteile. Die Nachteile liegen auf der Hand: man muß die getroffenen Vereinfachungen sehr genau rechtfertigen, um zu zeigen, daß die betrachteten Modelleigenschaften noch als relevant für die reale Erde gelten dürfen. Weiterhin muß man in der Situation sein, daß beitragende Größen zu einem Parameter, den man untersucht, sich in der Größe stark unterscheiden, so daß man die vom Modell nicht berücksichtigten Größen auch wirklich vernachlässigen kann. Und tatsächlich neigen vereinfachte Modelle dazu, in ihrem Verhalten weniger stabil zu sein. Warum das so ist, ist schwer in wenige Sätze zu fassen. Betrachte ich eine Badewanne mit genau einem Zu- und Abfluß, dann wird jede Veränderung an nur einer dieser Größen direkt den Wasserstand der Wanne beeinflussen. Betrachte ich aber eine Wanne mit vielen ähnlich starken Zu- und Abflüssen, dann braucht eine Veränderung an einem der Zu- oder Abflüsse nicht unbedingt zu deutlichen Änderungen beim Wasserstand zu führen. Mache ich bei der einfachen Wanne den einzigen Abfluß zu, wird sie sicher überlaufen. Mache ich bei der komplizierten Wanne einen Abfluß zu, kann sich mit den übrigen Abflüssen immer noch ein neuer Gleichgewichtszustand einstellen, bei dem die Wanne nicht überläuft.

Die Vorteile vereinfachter Modelle ist, daß man sie gut verstehen kann und daher auch in der Lage ist, ihre Aussagen in Bezug auf die reale Welt zu bringen.

Lovelock hat 1994 Ergebnisse eines vereinfachten globalen Modells veröffentlicht, die einen Zusammenhang herstellen zwischen der globalen Temperatur und der von Pflanzen bedeckten Fläche der Erde. Lovelock stellte fest, daß die Algen im Meer erheblich empfindlicher auf eine Änderung der globalen Temperatur reagieren als Landpflanzen. (Meine Vermutung dazu ist, daß dies daran liegt, daß ja die Meerestemperatur wesentlich geringeren jahreszeitlichen oder langfristigen Änderungen unterliegt – die hohe Wärmekapazität des Wassers übersetzt hohe Wärmeflüsse in geringe Temperaturänderungen. Und daran sind Algen angepasst.) Überschreitet die globale Temperatur einen bestimmten Schwellenwert, sterben Algen großflächig ab. Damit entfällt aber auch ihr Beitrag zur Begrenzung der CO2-Mischungsverhältnisse in der Atmosphäre. In der Folge springt die Temperatur in kurzer Zeit weiter in die Höhe. Nach Lovelock würde das Überschreiten einer Schwelle des globalen CO2-Mischungsverhältnisses von 400 ppm nach einem kurzen Übergangszeitraum über die Rückkopplungswirkung der Algen also das CO2-Mischungsverhältnis schnell auf 700 ppm steigen lassen. Die globale Temperatur würde in vergleichsweise kurzer Zeit darauf um 5 bis 9 Grad steigen – je nach geographischer Breite. Bei einer höheren Temperatur droht dann die nächste Rückkopplungsstufe – das Absterben großer Teile der Landpflanzen mit einem weiteren Schub bei CO2 und globaler Temperatur.

Während also die Biosphäre bei bestimmten Temperaturänderungen in der Lage ist, das ganze System in einen stabilen Zustand zu lenken, kann ein plötzlicher, zu starker Eingriff von außen, wie das von Menschen verursachte CO2 in der Luft, das System Erde in einen neuen Zustand bringen, der globale nicht etwa ca. 3, sondern fast 10 Grad Temperaturveränderung bedeutet und von einem Massenstreben von Pflanzen, und natürlich in der Folge, von Tieren begleitet ist. Zu den betroffenen Arten gehört auch der Mensch. Nach Lovelock wäre in diesem Szenario ein Massensterben von Menschen unvermeidlich. Große Teile der Erde würden für den Ackerbau ungeeignet und würden Menschen daher aus vielen Weltregionen vertreiben. Hohe Breiten, etwa in Nordeuropa, oder Inseln mit stark gemäßigtem ozeanischem Klima, würden zu den Rettungsbooten der überlebenden Menschen – nach Lovelock vielleicht 1 Milliarde von den 7 – 8 Milliarden zu Beginn dieser Entwicklung.

In einem neuen Buch ("The Vanishing Face of Gaia"), das hier von Tim Flannery besprochen wird, beschreibt Lovelock diese Zukunftsvision, und auch mögliche Lösungen, um vielleicht doch diesen Zukunftspfad zu verhindern. Um deutlich zu machen, für wie nah Lovelock diese Zukunftsvision hält, sei darauf hingewiesen, daß man zum CO2-Mischungsverhältnis noch entsprechend gewichtet die Mengenanteile anderer Treibhausgase hinzurechnen muß. Umgerechnet auf CO2 haben wir ca. 430 ppm Treibhausgase in der Atmosphäre und liegen damit bereits nach Lovelock in dem Bereich, wo die Erde auf absehbare Zeit in einen starken Temperaturanstieg hineinlaufen muß, der von einem geringfügigen Temperatur- oder CO2-Anstieg in Gang gesetzt werden kann. Der eigentliche Anstoß wäre dann ein Rückgang der dämpfenden Wirkung der Aerosole, die derzeit die Erde noch kühlen, wenn zunehmend die Luftverschmutzung auch in den Schwellenländern bekämpft wird und ein starker El Nino, der die Wassertemperatur in den tropischen Breiten vielerorts über den kritischen Punkt heben würde, an dem die Algenproduktivität dramatisch absinkt. Zusätzlich nervös macht Flannery dabei, daß Lovelock darauf hinweist, daß es in der Logik dieses Prozesses liegt, daß er von einigen eher weniger warmen Jahren eingeleitet wird - vor dem El Nino, der das System in den nächsten Zustand liegt, kann ja ein La Nina liegen, der das System zunächst noch bei leicht sinkenden Temperaturen in einem labilen Gleichgewicht hält.

Insofern beschreibt Lovelock ein Szenario, dessen ersten Akt wir bereits sehen. Wir sehen die scheinbare Stagnation in der Erwärmung, wir sehen, daß verschiedene in den letzten Jahren gemessene Parameter des Klimawandels, wie etwa der Meeresspiegelanstieg, der aufsummierte Rückgang der Gletschermasse, die Meereisbedeckung der Arktis oder der Anstieg der Treibhausgase, gegenüber den IPCC-Projektionen dem schlimmsten Szenario entsprechen und wir erwarten für dieses oder nächstes Jahr das Einsetzen eines El Nino, oben drauf auf eine globale Temperatur, die vom vorigen Jahrzehnt zum aktuellen gut 0,2 Grad stieg.

Müssen wir uns also darauf einstellen, daß in wenigen Jahren bereits der unaufhaltsame Anstieg der globalen Temperatur einsetzt, der in wenigen Jahrzehnten bis zu 7 Milliarden Menschen auslöscht? Ich möchte für meine Nachkommen nicht die absolute Katastrophe sehen, und klammere mich daher an folgendes:

• Das Absterben von Pflanzen wird geographisch weitaus stärker verteilt sein und von Lovelocks Modell zwangsläufig viel zu abrupt und mit zu wenigen Stufen dargestellt werden. Dadurch wird es sich zeitlich viel stärker verteilen, so daß es auch nicht auf einen einzelnen starken El Nino global reagieren wird.
• Die dämpfende Wirkung der Aerosole auf die globale Temperatur ist noch nicht gut verstanden. Wie stark und wie schnell die globale Erwärmung mit dem Fortschreiten von Luftreinhaltemaßnahmen in Ländern wie China oder Indien sich beschleunigt, ist einfach nicht seriös abschätzbar.
• Während die Evolution der Pflanzen viel zu langsam läuft, um innerhalb der nächsten Jahrhunderte bereits zu angepassten Formen für höhere Temperaturen und neue Klimaregime zu führen, können Züchtungen durchaus innerhalb weniger Jahrzehnte zu Anpassungen im Ackerbau führen, die vielleicht viele Menschenleben retten können.

Obwohl die komplexen Klimamodelle sich in den letzten 5 Jahren eher in Richtung auf Lovelocks Ergebnisse bewegt haben als weg davon, hoffe ich nach wie vor, daß Lovelocks Modell und seine Interpretation ein Extrem markieren, das so nicht realisiert wird.

Dummerweise aber kann man Lovelocks Vision von einer Erde mit einem Massensterben nicht als unmöglich abtun. Weil so etwas in der Erdgeschichte schon geschehen ist. Das gilt etwa für das Massensterben am Ende des Perm und am Ende der Kreidezeit. Neu ist diesmal nur, daß der Auslöser des Massensterbens der Mensch ist und daß er zugleich dabei mit betroffen sein kann. Am anderen Pol der extremen Meinungen findet man übrigens Richard Lindzen. Er hat den Nachteil, daß seine Iris-Hpothese einer Erde, deren Bewölkung die Temperatur auf geringe Veränderungen reguliert, bereits experimentell und theoretisch widerlegt ist. Lovelocks Hypothese hingegen ist noch offen – und das sollte jeden besorgt machen.

Klimabericht zur Kopenhagener Konferenz März 2009

Leider habe ich eine längere Blogpause machen müssen (Arbeit, Familie...). Das heißt aber nicht, daß sich in dieser Zeit nichts beim Thema Klimawandel getan hätte. Im Gegenteil. Als 2007 der 4. Bericht des IPCC herauskam, der auch noch auf Literatur basierte, die bis 2005 erstellt wurde, und Erkenntnisse aus 2006 wegen der langen Dauer des Beratungs- und Referenzprozesses kaum noch berücksichtigen konnte, war klar, daß dies nun für mindestens 6 Jahre die Basis für den politischen Prozess bleiben würde, der zum globalen Handeln führen sollte. Ausgerechnet nach Erscheinen des Berichts kamen jedoch weitere Erkenntnisse ans Licht, die deutlich machten, daß der ohnehin schon politisch weichgebügelte und viel zu konservative IPCC-Bericht den Klimawandel viel zu harmlos darstellte.

Was fehlte denn hauptsächlich? Es fehlte eine Abschätzung, wie stark der Meeresspiegelanstieg aufgrund des Abschmelzens der Eisschilde sein könnte.

Es fehlte die Berücksichtigung der Tatsache, daß der Meeresspiegel schneller ansteigt als zuvor vom IPCC geschätzt.

Es fehlte ein Überblick über die verschiedenen Kippunkte des globalen Klimas aufgrund von Empfindlichkeiten des Systems, wie die Eisalbedorückkopplung in der Arktis, die Freisetzung von Methan bei tauendem Permafrostboden oder erhöhte CO2-Emissionen durch ein Umkippen des Amazonasgebietes.

Es fehlte die Berücksichtigung des beschleunigten CO2-Anstieges seit 2000 aufgrund der Emissionsentwicklung in China.

Neuere Modellrechnungen geben zudem stärkere Temperaturanstiege an.

Diese Punkte zusammengenommen führten bereits zu einer Wahrnehmung der Klimaforschung, daß die Lage wohl dramatischer ist, als es der IPCC-Bericht darstellt und sogar Zweifel bestehen, ob wir eigentlich die Wende schaffen, um den globalen Temperaturanstieg auf 2 Grad bis 2100 zu begrenzen, damit er mit vertretbarem Aufwand bewältigt werden kann.

Die Lücke füllt nun ein Konferenzbericht zur Klimakonferenz am 10.-12. März in Kopenhagen (Graphik oben dem Bericht entnommen), der Literatur bis Anfang 2009 beinhaltet. Ich finde den Bericht in seiner Form lesenswert, weil er stärker akzentuiert und viel kürzer als die IPCC-Berichte ist. Aufgrund der Zusammensetzung der Teilnehmer musste keine Rücksicht auf die USA, China, Russland und arabische Länder genommen werden, die in der Regel führend dabei sind, die IPCC-Berichte durch beharrliche Vetos weichzuspülen, und der Review-Prozeß war viel kürzer, was den Bericht aktuell macht. Man findet sogar die Graphik über die Gefährdungsbereiche der verschiedenen Erdsysteme durch die steigende Temperatur wieder, die beim 4. IPCC-Bericht durch die Lobbyarbeit einiger Staaten gestrichen wurde.

Wie die Graphik oben zeigt, liegen übrigens die Modelle, die für den 3. IPCC-Bericht ihre Projektionen ab dem Jahr 1990 laufen ließen, weiterhin richtig, obwohl 2008 die globale Temepratur deutlich unter dem Jahrzehntmittel lag. Einzelne Jahr können deutlich aus dem Unsicherheitsbereich der Modellergebnisse herausstreuen, der Trend aber liegt bisher innerhalb des Unsicherheitsbereiches. 1998 rauschte zudem weiter nach oben heraus, als 2008 von der mittleren Entwicklung nach unten abwich. Und wenn der nächste El Nino kommt, könnte es innerhalb von 1 - 2 Jahren schnell wieder in den oberen Bereich der Modellunsicherheit gehen.

Erläuterungen gibt Prof. Stefan Rahmstorf in der Klimalounge.

Den direkten Link auf den Bericht findet man hier.

Auf einzelne Punkte des Berichts würde ich gerne bei Gelegenheit zurückkommen.

Glücksrad

Die Risiken des Klimawandels sind für viele Menschen schwer zu verstehen, weil es sich dabei um eine Umsetzung einer Verteilung von Möglichkeiten handelt. Unser Wissen über die zukünftige Entwicklung der Emissionen wie auch über die Stärke verschiedener Rückkopplungen von Atmosphäre, Biosphäre und Ozeanen ist begrenzt. Es gibt daher verschiedene mehr oder weniger wahrscheinliche Entwicklungspfade in die Zukunft. Eine Möglichkeit, diese Verteilung begreifbar zu machen, ist das Bild des Glücksrades. Wenn man es dreht, wird der Zeiger nach einer Weile in einem der Felder stehen bleiben. Heißen die Felder „2-3 Grad“ oder „4-5 Grad“ Anstieg der globalen Temperatur bis 2100, werden diese Felder unterschiedlich groß, je nachdem, wie wahrscheinlich eine Kombination von Faktoren ist, die in diesen Temperaturbereich führen. Das Bild führt auch vor Augen, daß wir mit unserer Zukunft spielen. Wie viel Risiko möchte man für die Lebensbedingungen seiner Kinder und Enkel eingehen? Ist es das wert, zu investieren, um dieses Risiko zu verringern?

Glücksradbild in der Pressemitteilung des MIT zu Sokolov et al 2009.

Das Massachusetts Institute of Technology (MIT) weist in einer aktuellen Pressemeldung auf neue Ergebnisse mit dem MIT Integrated Global Systems Model (MIT-IGSM) hin. In 400 verschiedenen Simulationen mit jeweils veränderten Parametern wurde dabei untersucht, welche zukünftigen Entwicklungen wahrscheinlicher sind als andere. Zugleich wurde untersucht, welche Auswirkungen Maßnahmen haben, die die Treibhausgasemissionen drastisch einschränken. Ein Artikel ist dazu im Mai im Journal of Climate erschienen (Sokolov et al. 2009, Probabilistic forecast for 21st century climate based on uncertainties in emissions (without policy) and climate parameters).

Das MIT-IGSM ist ein Modell, das Land, Atmosphäre, Ozeane und Biosphäre ebenso modelliert, wie die Auswirkungen der Ökonomie auf die Emissionen. Nicht enthalten ist zum Beispiel die Möglichkeit, daß tauender Permafrostboden zu einer starken Methanquelle werden könnte. Einer der Autoren der Studie, Ronald Prinn, nannte dies als einen von mehreren Faktoren, die es als möglich erscheinen lassen, daß das Modell die zukünftige Erwärmung immer noch unterschätzt. Allenfalls könnten neuere Abschätzungen auf eine stärkere Erwärmung der Ozeane hindeuten. Das würde bedeuten, daß man den Wärmeaustausch mit den Ozeanen stärker einschätzen würde und sich dadurch die Luft oberhalb der Ozeane nicht ganz so stark erwärmen würde. Das könnte den Medianwert des Temperaturanstiegs noch um 1,1 Grad senken.

Die Ergebnisse sind beunruhigend. Im Mittel (Median der 400 Simulationen) ist die erwartete globale Erwärmung bis 2100 5,2 Grad, wenn keine Maßnahmen gegen eine globale Erwärmung getroffen werden. Nimmt man wieder das Bild des Glücksrades, das in der Studie verwendet wird, landet man mit 90% Wahrscheinlichkeit irgendwo in einem großen Feld von 3,5 bis 7,4 Grad. Die Wahrscheinlichkeit ist aber nicht klein dafür, bei mehr als 6 Grad Erwärmung zu landen, und jedenfalls ist das wahrscheinlicher, als in das Feld von 3-4 Grad zu gelangen. Und selbst das wäre eine Erwärmung, bei der viele Wissenschaftler damit rechnen, daß Kippunkte der Erde getroffen werden, wie etwa ein Abschmelzen des grönländischen Eisschildes oder eine Entwaldung des Amazonasgebietes. Es ist eine Form des Glücksrades, bei der man nur verliert, und nur noch offen ist, wie katastrophal.

Selbst wenn man massive Maßnahmen gegen eine globale Erwärmung einleitet, sieht das Glücksrad nicht wirklich gut aus. 2,3 Grad wäre die mittlere Temperatur, aber in mehr als 10% der Fälle würde der Temperaturanstieg immer noch über 3 Grad betragen. Im Dezember wollen die Staaten in Kopenhagen eine Übereinkunft erzielen, die die globale Erwärmung bis 2100 auf 2 Grad begrenzen soll, ein Niveau, von dem man glaubt, daß man sich an dieses mit vertretbarem Aufwand anpassen könnte. Die Modellrechnungen am MIT sind eine Warnung, daß wir ohne drastische Maßnahmen in ein Glücksspiel eintreten, das uns keine Gewinnchancen läßt.

Die Arbeit wurde auch kürzlich von Joe Romm auf ClimateProgress kommentiert.

Wie sehr wird die Schweinegrippe verharmlost?

Ich weiß, auf einem Klimablog sollte ich nicht über die A/H1N1-Pandemie schreiben, und sehr wenig Ahnung von dem Thema habe ich auch. Aber nachdem bereits Hans Mathias Kepplinger in einem Spiegel-Interview neben anderem Unfug auch verbreitet hatte, die WHO würde bezüglich der Schweinegrippe übertreiben, weil sie davon profitiert, sollte man sich durchlesen, was Gesundheitsexperten in den USA dazu in ihrem Blog schreiben (ich empfehle auch die nachfolgende Diskussion).

Eigentlich ist es eindeutig, was eine Pandemie ist: eine global verbreitete Epidemie. Eine Epidemie ist eine über das normale Maß erhöhte Anzahl an Infektionen. Da inzwischen Infektionen zwischen Menschen in verschiedenen Weltregionen der WHO gemeldet werden, gibt es eigentlich auch keine Wahl mehr, die Pandemiestufe 6 auszurufen. Doch WHO-Mitglieder wehren sich dagegen (die Washington Post nennt in einem Artikel unter anderem China, das Vereinigte Königreich und Japan) und nötigen die WHO-Experten dazu, die Hochstufung der Pandemie zu verzögern.

Mit welchem Argument? Man solle den Ermessensspielraum, der ohnehin schon besteht, noch erweitern. Bisher hängt es ja schon davon ab, wie gut man überhaupt Infektionen durch Labortests erfaßt, wann man zugeben muß, daß in einem Land Übertragungen erfolgen und nicht nur Fälle von außen eingeflogen werden. Da kaum ein Zehntel, vielleicht auch weniger der Infektionen überhaupt von Labortests erfaßt werden, ist die Dunkelziffer bei der Influenza recht groß. Üblicherweise führen nur schwere Krankheitsverläufe zur Erfassung über Labortests. Die Erweiterung des Ermessensspielraum soll nun darin bestehen, daß man auch die Gefährlichkeit der Krankheit berücksichtige. Weil also das Virus sich noch nicht richtig an den Menschen angepaßt habe, und erst ein paar Dutzend Todesfälle bestätigt seien, solle man davon ausgehen, daß das Virus eher harmlos sei und daher eine Pandemieeinstufung nicht rechtfertige.

Der Einwand dagegen ist, daß damit auch viele Grippe-Pandemien der Vergangenheit eigentlich nicht mehr gezählt werden dürften. Hongkong- und Asiengrippe fielen aus der Zählung. Die ganze Statistik, wie häufig Grippepandemien zu erwarten seien, müßte drastisch reduziert werden. Na, wenn das keine Verharmlosung ist. Auf dem verlinkten Blogbeitrag lautet die sarkastische Zusammenfassung: "We shouldn't call a pandemic a pandemic, because people might misunderstand that this means it's a pandemic. And then they would do things like panic, like UK officials are doing now when the prospect is broached we are having a pandemic." - "Wir sollten eine Pandemie nicht Pandemie nennen, weil Leute das mißverstehen könnten, daß es eine Pandemie bedeute. Und dann könnten sie Dinge tun wie in Panik zu verfallen, wie es Verantwortungsträger Großbritanniens gerade tun, wenn sich die Aussicht verbreitet, daß wir eine Pandemie haben."

Man muß es klar sagen: zu diesem Zeitpunkt wissen wir noch nicht, wie agressiv das Virus ist. Aber wir sollten für alles vorbereitet sein, und das sind wir sicher nicht, wenn offizielle Stellen die Möglichkeit einer Pandemie wie 1957 oder gar 1918 herunterspielen. Seien wir lieber froh, wenn wir einmal zu viel gewarnt haben als einmal zu wenig. Die derzeit noch geringe Zahl an Toten sagt zu einem so frühen Zeitpunkt der Pandemie eben noch nichts darüber aus, wie sich das Virus weiter entwickeln wird.

Wie Medienforscher in die Grube fallen, die sie Klimaforschern graben

Hans Mathias Kepplinger warf in einem Spiegelinterview Organisationen wie WHO und IPCC eine Neigung zur Panikmache vor. Das hatte ich bereits kommentiert. Kepplinger hat außerdem eine Mitarbeiterin. Sie heißt Senja Post. Zusammen haben die beiden eine Umfrage bei Klimaforschern gemacht. Nicht bei allen, sondern nur einer kleinen Minderheit, den deutschen Klimaforschern. Die Ergebnisse findet man hier, und die Tabelle mit den einzelnen Ergebnissen hier. Die Ergebnisse sind erschütternd. Klimaforscher, so wird festgestellt, überspitzen ihre Forschungsergebnisse, um durch eine bessere Medienberichterstattung bei Zuweisungen zu profitieren. Und gerade die Modellierer, die am besten in der Berichterstattung wegkommen, liefern die umstrittensten Ergebnisse, die zu falscher Medienberichterstattung führen – Journalisten überschätzen anscheinend überwiegend die Modellfähigkeiten. Kurz: „Die Zuweisung der Forschungsmittel und die Ausrichtung der Forschung wird von äußeren Kräften beeinflusst, denen die Forscher wissenschaftliche Qualifikation absprechen. Dies dürfte unter anderem darauf zurückzuführen sein, dass Journalisten vor allem spektakuläre Befunde sowie solche Ergebnisse publizieren, die ihre eigenen Sichtweisen stützen.“ Erschütternd.

Ergänzung am 19.05.2009: Post und Kepplinger waren auch schon Thema in der Klimalounge. Beiträge dazu sieht man hier und hier. Urs Neu und Stefan Rahmstorf beziehen sich aber, soweit ich das erkennen kann, auf andere Fragen der gleichen Umfrage von 2006 als ich das hier tue. Mir war zunächst gar nicht bewußt, daß es hier um die gleiche Umfrage ging. Nochmals ein Dankeschön an den aufmerksamen Leser, der mich darauf hingewiesen hat.

Was für ein Glück, daß die meisten Publikationen in der Klimaforschung aus den USA kommen und noch mehr aus vielen anderen Ländern. Das ist durchaus nicht trivial, denn die Medienberichterstattung über den Klimawandel ist in den USA eine völlig andere als in Deutschland. Angenommen also, daß die Medienberichterstattung tatsächlich eine solche Rolle spielte, wie es Post und Kepplinger suggerieren, würden sich also deutsche und amerikanische Forscher schon gut gegeneinander aufwiegen.

Aber gehen wir mal in die Tiefe und fragen lieber, wie viel heiße Luft hier eigentlich verkauft wird, die diesen Medienforschern, na sowas, immerhin gute Aufmerksamkeit in den Medien bringt. Eine solche These von falschen Klimaforschungsergebnissen für höhere Medienaufmerksamkeit läßt sich doch gut vermarkten. Die ganze Untersuchung beruht auf einer Umfrage unter 239 deutschen Klimaforschern (meistens Geowisenschaftler, Meteorologen oder Physiker – nichts dagegen einzuwenden), von denen 133 geantwortet hatten. Nun wird man einen solchen Klimaforscher mit guter Aussicht auf eine vernünftige Antwort fragen können, was er zu einem Sachverhalt auf seinem Fachgebiet meint, aber ich weiß nicht, was man von seiner Meinung dazu halten soll, ob die Medienberichterstattung einen Einfluß darauf hat, ob auf einem Forschungsgebiet mehr oder weniger geforscht hat oder Mittel mehr oder weniger gut fließen. Kann da mehr herauskommen, als recht unsichere Vermutungen und Vorurteilen von Forschern dazu, was vielleicht unter anderem die Forschungspolitik über die Jahre bewegen könnte?

Vielleicht steckt dahinter eine Überlegung der Art: mehr Medienwahrnehmung führt zu mehr Politikeraufmerksamkeit und dadurch zur Chance, daß ein Sonderforschungsbereich eingerichtet wird. Das ist mehr als nichts, aber doch ungefähr so direkt, wie eine Rückenmassage, indem man an seinen Ohrläppchen zieht. Immerhin gibt es da das „Ei und Henne“-Problem. Könnten die Medien über die Gefahren des Klimawandels berichten, wenn nicht vorher Forscher herausgefunden hätten, daß es da Gefahren gibt? Und gäbe es eine Förderung von Themen der Klimaforschung, wenn ihr einziger Hintergrund Übertreibungen und Falschmeldungen einiger Forscher wären? Ich weiß nicht, ob die befragten Forscher, die dann geantwortet hatten, sich so tiefe Gedanken dazu gemacht haben oder ob sie danach gingen, daß man einen gewissen Einfluß der Medienberichterstattung nicht ausschließen könne, genauso, wie man auch einen gewissen Einfluß der Politik oder von Industrieinteressen (danach wurde aber nicht gefragt) oder privaten Interessen ausschließen könnte. Damit ist aber nicht geklärt, welcher Einfluß dominiert. Und ob die mehr oder weniger starke Förderung eines ganzen Wissensgebietes irgendeinen Einfluß darauf hat, welche Ergebnisse dabei erzielt werden, denn diese müssen ja nicht von den Medien gutgeheißen werden, sondern das Peer Review überstehen und zitiert werden, um sich durchzusetzen. Letztlich werden wir auch nicht aus dieser Umfrage erkennen können, ob die Forscher mit ihrer Meinung zum Einfluß der Medien wirklich recht haben.

Oder schauen wir mal auf eines der Ergebnisse. Nach Tabelle 4 in der Anlage mit den Ergebnissen nehmen von den 98 Forschern, die grundsätzlich einen Einfluß der Medien auf die finanzielle Förderung der Klimaforschung bejahen, die meisten Wissenschaftler an, daß deswegen mehr Forschung zum menschlichen Einfluß auf das Klima gefördert würde. Man beachte, daß völlig offen ist, wie viel mehr – Quantifizierungen fehlen. Man beachte insbesondere, daß damit keine Aussage getroffen wird, ob dies dazu führt, daß der menschliche Einfluß von diesen deutschen Forschern übertrieben wird oder nicht. Und man beachte auch folgendes. Wenn tatsächlich die Medienberichterstattung einen Einfluß darauf hat, ob Forschungsgebiete mehr gefördert werden, muß aufgrund der begrenzten Mittel es genauso klare Kandidaten dafür geben, wo dann diese Förderung fehlt. Der beste Kandidat wäre die Forschung zur natürlichen Variabilität des Klimas. Aber seltsam, selbst hier findet man gerade mal bei 28% die Meinung, der Bereich habe gelitten, 36% meinen, auch hier seien mehr Mittel geflossen. Es gibt tatsächlich keinen Bereich, in dem sich eine relative Mehrheit von Forschern findet, daß weniger Mittel geflossen seien.

Irgendwie scheinen die Forscher überwiegend den Eindruck zu haben, daß die Medienberichterstattung dazu führt, daß mehr Mittel für alle Gebiete zur Verfügung stehen. Eine scheinbare Geldvermehrung findet da statt. Bei mir schürt das den Verdacht, daß hier die Forscher außerhalb ihrer Expertise eine eher uninformierte Meinung äußern, die doch eher auf Vorurteilen basiert.

Aber Verzeihung, wie kann ich das äußern? Das sind doch so viele Tabellen mit so vielen Zahlen, erzeugt von Klimaforschern, die es ja doch am besten wissen müssen oder? Das Problem ist, daß Umfragen immer viele Zahlen erzeugen können. Doch daraus belastbare Aussagen zu filtern, ist ein hartes Brot. Oft landet man im Vagen und Unverbindlichen. Damit wollten sich Post und Kepplinger nicht zufrieden geben. Und so wurde eifrig interpretiert und überinterpretiert und letztlich zugespitzt, daß ich mich am Ende frage, ob die Ergebnisse der Analyse der Medienforscher nun die Klimaforschung beschreiben oder die eigene Forschung.

Hätte man es besser machen können? Vielleicht, soweit ich als Laie etwas sinnvoll dazu sagen kann. Mich hätte doch sehr interessiert, wie stark die befragten Wissenschaftler den Einfluß der Medien relativ sehen zu Einflüssen des Peer Reviews, der Politik, der Wirtschaft und von Wissenschaftsorganisationen, und wie stark sie die Möglichkeiten sehen, aufgrund der Basisförderung neben Drittmitteln eigene Schwerpunkte zu setzen. Mich hätte auch ein Kommentarteil interessiert, indem die befragten Forscher angegeben hätten, welches wissenschaftliche Ergebnis denn ihrer Meinung nach aufgrund externer Einflüsse nicht korrekt oder falsch bewertet ist. Und natürlich müßte man bei der internationalen Vernetzung und der Tatsache, daß die meisten Publikationen außerhalb Deutschlands erarbeitet werden, fragen müssen, wie sinnvoll diese deutsche Nabelschau ist. Ganz offensichtlich ist die Umfrage inhaltlich so vage und dadurch so interpretierbar, daß sie sich bestens für Verschwörungstheorien eignet, daß Wissenschaftler systematisch Lügen verbreiten, um Geldmittel zu sichern. Ich will Post und Kepplinger nichts unterstellen, aber es wäre auch in ihrem Interesse, solchen Überinterpretationen vorzusorgen, die durch die Daten nicht belegt sind, aber aus den Schlußfolgerungen in der Arbeit mit schlechtem Willen abgeleitet werden könnten.