Mittwoch, 2. Juli 2008

Wie stabil ist der Anstieg der Treibhausgaskonzentrationen?

Unter den Treibhausgasen sind zwei von besonderer Bedeutung: Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4). CO2 wird in der Natur durch Atmung und Verrottung einerseits und Photosynthese andererseits in einem gut ausgeglichenen Kreislauf zwischen Atmosphäre und Biosphäre (Pflanzen und Tiere) umgeschlagen. Der Anstieg des CO2 rührt daher, daß Menschen mittlerweile 8 Gigatonnen Kohlenstoff als CO2 aus fossilen Lagerstätten in die Luft einbringen. Dieser Eintrag wird nur zu weniger als der Hälfte dadurch abgedeckt, daß CO2 durch den steigenden Partialdruck in der Atmosphäre in die Ozeane gepreßt wird und über eine gesteigerte Produktivität der Pflanzen in ihnen gebunden wird. Das Mischungsverhältnis von CO2 in der Atmosphäre steigt derzeit von etwa 385 ppm jährlich um mehr als 2 ppm mit steigender Tendenz.

Genauso wie bei dem globalen Anstieg der Temperatur spielen auch beim globalen Anstieg des CO2-Mischungsverhältnisses Rückkopplungseffekte eine Rolle. Es gibt negative (mehr CO2 regt bei manchen Pflanzen die Produktivität an – sie wachsen schneller und binden dadurch CO2; mehr CO2 bedeutet einen höheren Partialdruck von CO2, dadurch steigt die Aufnahme von CO2 durch die Ozeane) und positive Rückkopplungen (mehr CO2 läßt die Temperaturen global steigen, das senkt die Löslichkeit von CO2 in den Ozeanen; die höhere Temperatur taut Permafrostböden auf, in denen ist genug Kohlenstoff gebunden und freisetzbar, um das CO2-Mischungsverhältnis in der Atmosphäre bis auf das Doppelte anwachsen zu lassen). Generell bedeuten kühlere Temperaturen, daß Effekte stärker werden, bei denen CO2 gebunden wird, höhere Temperaturen, daß CO2 schneller ansteigen kann. Wechsel der Zustände bei den Ozeantemperaturen, zum Beispiel El Nino Southern Oscillation (ENSO) oder die Pacific Decadal Oscillation (PDO) können sich bei dem CO2-Anstieg durchaus bemerkbar machen. Der La Nina, die kühle Phase in der ENSO, kann zum Beispiel in der Pazifikregion lokal den CO2-Anstieg bremsen.
Menschen, die meinen, daß die globale Erwärmung durch menschengemachte Treibhausgase kein Problem sei, hoffen unter anderem darauf, daß negative Rückkopplungen den CO2-Anstieg irgendwann unerwartet aufhalten würden. Sie verweisen darauf, daß die Meere es aufnehmen könnten oder Pflanzen durch CO2-Düngung stärker wachsen würden. Als Beispiel dient ihnen dabei auch die Entwicklung bei Methan. Methan hat eine ganze Reihe natürlicher und vom Menschen beeinflußter Quellen. Bakterien und Verrottungsprozesse im Boden und in Sümpfen, Reisanbau, rülpsende Rinder und Schafe, aber auch Termitenbauten, einige Pflanzen und Kohlenminen, Erdgas- und Ölförderung tragen zum Methananstieg bei. Chemische Prozesse wiederum sorgen dafür, daß Methan in CO2 umgewandelt wird. Der bestimmende Schritt ist dabei die Reaktion des Methans mit einem hochreaktiven Bruchstück des Wassers, des OH-Radikals, das in winzigen Spuren in der Luft vorkommt und vor allem durch UV-Strahlung indirekt erzeugt wird. Durch den Wegfall einiger Quellen für Methan entstand in den 90er Jahren ein Gleichgewicht zwischen den Quellen und Senken von Methan – das Mischungsverhältnis von Methan in der Luft stieg nicht mehr an. Eine Rolle könnte dabei der Untergang der Sowjetunion gespielt haben und die wachsende Nutzung des Methans, das bei der Ölförderung nebenbei anfällt. Könnte auch CO2 in einen solchen stationären Zustand laufen, bei dem Quellen und Senken gleich werden?


Genau diese Entwicklung sahen einige Leugner des CO2-Problems voraus, als an einer Meßstation, dem Mauna Loa Observatorium, das auf das Jahr bezogene CO2-Mischungsverhältnis drei Monate hintereinander einen Abfall markierte.




Es war schon die Rede davon, daß CO2 nun genauso stagnieren würde wie Methan. Es wurde sogar behauptet, daß damit nun bewiesen sei, daß der Beitrag des Menschen zum CO2-Anstieg nicht wichtig sei. Weil ja die globale Temperatur nicht mehr anstiege, werde anscheinend das CO2, das vorher aufgrund natürlicher Klimavariabilität von den Ozeanen ausgegast wurde, nun wieder von den Meeren aufgenommen. Problem gelöst. Auch die gegenwärtig kühlen Phasen von ENSO und PDO wurden herangezogen, um die Behauptung zu stützen, vor allem natürliche Prozesse wären für den CO2-Anstieg verantwortlich. Alle diese Behauptungen scheitern aber an dem Realitätstest.

Dies hätte direkt klar sein können, hätte man statt der Meßreihe vom Mauna Loa die mittlere Entwicklung aus allen Meßstellen des globalen Meßnetzes berücksichtigt. Dann wäre aufgefallen, daß es sich bei dem Abfall am Mauna Loa nur um ein lokales Ereignis handelte, vermutlich beeinflußt von der La Nina-Phase des ENSO. Dies war übrigens auch schon in der Vergangenheit dort beobachtet worden. Die globalen Messungen zeigten den Abfall gar nicht, sondern sogar eine weitere Beschleunigung des CO2-Anstiegs. Oder man hätte noch etwas abwarten können nach dem Motto, daß einzelne Monate bei einer klimatologischen Zeitreihe völlig nichtssagend sind. Dann hätte man sehen können, wie der letzte Monat auf einen Schlag fast den ganzen Abfall korrigierte. Die Rohdaten zeigen, im Gegensatz zu den auf Jahresbasis geglätteten Daten, ohnehin keinen Abfall.






Es ist begreiflich, daß viele Menschen zuerst auf die Daten von Mauna Loa schauen. Es ist die älteste Zeitreihe, es ist die bekannteste Zeitreihe, und man hat immer wieder diese Zeitreihe gezeigt, wenn man begreiflich machen wollte, daß das CO2-Mischungsverhältnis bedrohlich und stetig ansteigt. Aber es gibt weltweit Meßstationen (in Deutschland zum Beispiel auf der Zugspitze und am Hohenpeißenberg, dort vom Deutschen Wetterdienst betrieben) und ihre Zusammenschau gibt uns erst die belastbaren Daten über den weltweiten, unaufhaltsamen Anstieg des CO2-Mischungsverhältnisses durch das Verbrennen von Kohle, Öl und Gas, durch Abholzung der Tropenwälder und durch die Zementherstellung.

Kommentare:

Ollinator hat gesagt…

Hallo, ich schreibe Facharbeit über das Thema globale Erwärmung, bzw ob diese vom Menschen verursacht ist oder ein natürlicher effekt ist. Je länger ich mich damit beschäftige, desto verwirrter wird das ganze. Forscher vertreten da verschiedene Thesen, prinzipiell die zwei, dass der temperaturanstieg dem CO2 anstieg folgt, als folge der "stärkeren" reflexion der langwelligen strahlung ... und dann gibt es forscher, die der meinung sind, dass es andersherum ist, dass der höhere CO2 gehalt aus dem Temperaturanstieg folgt.
Das seit der industrialisierung verstärkt CO2 ausgestoßen wird erscheint für mich relativ logisch, aber bisher habe ich noch keine für mich logische begründung gefunden, wie die relativ starken CO2 schwankungen, zb in den letzen 400 jahren, zustande kommen, welche ja auch in einem sehr geringen zeitraum stattgefunden haben, wenn man den rekonstruierten daten etwas glauben schenkt.
Wieso nimmt man an das der CO2 gehalt in der atmosphäre in den nächsten 50 jahren stetig weitersteigt ?! in der vergangenheit ist der gehalt ja auch nach einem relativ kurzem höhepunkt mehr oder weniger stark gesunken ...

wie begründen klimaforscher die der meinung sind, dass der co2 anstieg dem temperaturanstieg folgt, den temperaturanstieg ? wenn diese these vertreten wird, wird ja praktisch der treibhauseffekt in frage gestellt, denn der macht ja keinen sinn wenn sich erst die temperatur erhöht, und dann erst der CO2 gehalt, angenommen an der konzentration der andern treibhausgase ändert sich nichts ...


wenn mir da wer weiterhelfen könnte, wär ich sehr dankbar!

gruß Olli

for4zim hat gesagt…

Lieber Ollinator,

die Verwirrung kann ich nicht nachvollziehen, weil die Fachliteratur zu dem Thema einheitlich ist. Ich empfehle als guten Einstieg in die Thematik des Klimawandels http://www.aip.org/history/climate/
(kann on-line zugegriffen werden) oder andere Lehrbücher zum Klima.

Verwirrend kann es sich auswirken, wenn man Literatur verwendet, die nicht von Fachleuten erstellt wurde. Was hier erwähnt wird, erinnert mich an den Unfug, den ein gewisser Beck, Biologielehrer im Ruhestand, verbreitet. Dieser Mann hat keine Ahnung, aber verbreitet unsinnige Artikel über angebliche CO2-Variabilität in der Vergangenheit. In den letzten Jahrtausenden gibt es keine Anzeichen dafür, daß die CO2-Konzentrationen wesentlich um den vorindustriellen Wert von 280 ppm geschwankt haben könnte. Weiterhin gibt es keine Anzeichen dafür, daß die CO2-Konzentration in den letzten 100 Jahren von etwas anderem als anthropogenen Emissionen wesentlich beeinflußt worden sein kann.

Allerdings ist über lange Zeiträume CO2 nicht nur als Treibhausgas antreibend für Veränderungen der Temperatur, sondern auch als Rückkopplungsgröße beeinflußt von Veränderungen der globalen Temperatur. Das liegt daran, daß die Löslichkeit von CO2 in Wasser (in den Meeren) von der Temperatur abhängt. Ein Temperaturanstieg (z.B. zum Ende einer Eiszeit aufgrund einer geringfügigen Änderung der Erdalbedo durch Bahnschwankungen - Millankovich-Zyklen) führt zu verringerter Löslichkeit des CO2 und zur Ausgasung aus den Meeren, eine Abkühlung (Eiszeit) zur erhöhten Löslichkeit. Die so bewirkten Veränderungen der CO2-Konzentration durch Temperaturänderungen stellen eine Rückkopplung dar, die Temperaturänderungen weiter verstärkt. Der zeit ist allerdings die Änderung der CO2-Konzentration durch menschliche Einflüsse so schnell, daß der erhöhte CO2-Partialdruck einen viel größeren Effekt hat, als die Verringerung der Löslichkeit im Wasser durch den Temperaturanstieg. Daher sind derzeit trotz globaler Erwärmung die Ozeane Senken für CO2, nicht Quellen. Erst sehr langfristig kann der Rückkopplungseffekt (Ausgasung von CO2 durch gobale Erwärmung) wieder einsetzen. Damit sich die CO2-Konzentration stabilisieren kann, müssen zunächst die CO2-Emissionen deutlich zurückgehen. Für Details würde ich mich in der Fachliteratur informieren.