Bertwin Minks - Zeitkapseln - Botschaften in die Welt von morgen

Die zahlreichen nichtlinearen Prozesse, die das Klima entstehen lassen, können in ihrem komplexen Zusammenspiel sowie den vielfältigen Rückkopplungen und Überlagerungen in ihrer Gesamtheit mathematisch nicht vollständig modelliert werden. Darüber hinaus wird die Dynamik einiger relevanter Einflussfaktoren nach wie vor nicht ausreichend verstanden. Daher ist die Frage, ob und in welchem Ausmaß anthropogene Aktivitäten das globale Klima maßgeblich und nachhaltig verändern können, auf Anhieb ganz und gar nicht einfach zu beantworten.

2.1 Sonnenaktivität und Solarkonstante

Die Sonne muss als Motor jeglichen irdischen Lebens betrachtet werden. Sie stellt den bedeutsamsten Faktor für das globale Klima dar. Die sogenannte Solarkonstante S0, die eigentlich ein Parameter ist, bezeichnet ein Maß für die auf der Erde eintreffende solare Strahlung. Die Größe S0=1367 W/m2 unterliegt im Rahmen der Sonnenaktivität Schwankungen (ca. 0,1 %) und einer Dynamik, die vom Alter der Sonne als Hauptreihenstern bestimmt wird. Die junge Sonne hatte eine Leuchtkraft, die etwa 70 % des heutigen Wertes betrug. Sie nimmt alle 100 Millionen Jahre etwa 1 % zu. Die geringere Strahlungsleistung unseres Sterns war vermutlich dafür verantwortlich, dass der Planet Erde am Ausgang des Proterozoikums vor ca. 800 bis 600 Millionen Jahren mindestens zwei kapitale Eiszeiten erlebt hat. Dabei sollen nach dem Modell „Schneeball Erde“ die Ozeane selbst am Äquator mit einem bis zu 2 Kilometern mächtigen Eispanzer bedeckt gewesen sein.

Die „Solarkonstante“ hat aber auch in historischen Zeiten Schwankungen aufgewiesen. So zeigte die Sonne beispielsweise von 1645 bis 1715 in einem anhaltenden Sonnenflecken-Minimum eine verringerte Aktivität. Die klimatischen Folgen des sogenannten Maunder-Minimums der Sonnenaktivität haben in Verbindung mit Vulkanausbrüchen in Europa zu einer Klimaepoche geführt, die als kleine Eiszeit bezeichnet wird. In dieser Zeitspanne, die etwa vom 16. bis zum 19. Jahrhundert datiert wird, war die globale Oberflächentemperatur auf der Erde etwa 1 °C niedriger als heute.

In der jüngeren Klimageschichte sind weitere Sonnenfleckenminima bekannt, die trotz leicht angestiegener atmosphärischer CO2-Konzentrationen zu deutlichen Abkühlungen geführt haben. Das betrifft die Phase des Früh-Mittelalterminimums (640-710 u. Z.), das Spörer-Minimum (1460-1540 u. Z.) und das Dalton-Minimum (1795-1820). Aus einer stark erhöhten Sonnenaktivität resultierte dagegen die spätmittelalterliche Erwärmungsphase von 1140 bis 1340 u. Z., als die Insel Grönland als ein grünes Eiland verstärkt besiedelt wurde.

Die Aktivität unseres Sterns manifestiert sich auf der Sonnenoberfläche optisch durch die Anzahl der Sonnenflecken. Man kennt einen elfjährigen Zyklus, der die Zeitspanne einer ruhigen Sonne (Sonnenflecken arme Zeit) und die Phase einer aktiven Sonne (viele Sonnenflecken) umfasst. Längerfristige Perioden sind diskutiert worden, konnten bisher aber statistisch und wissenschaftlich nicht belegt werden. Während des Sonnenflecken-Zyklus kehrt sich das Magnetfeld der Sonne um. Die Ursachen für diesen physikalischen Vorgang sind nicht wirklich bekannt. Weitere naturwissenschaftliche Defizite betreffen die Erklärungen der Schwankungen im solaren Spektrum im Bereich einer -Strahlungsfrequenz bei 1024 Hz und lokale Differenzierungen auf der gesamten Sonnenoberfläche. Obwohl ein Standardmodell der Sonne existiert, das vor allem die Neutrino-Erzeugung der Fusionsprozesse zu erklären versucht, werden die komplizierten plasmaphysikalischen Vorgänge in unserem Zentralgestirn von der Wissenschaft keineswegs ausreichend verstanden. Daher sind verlässliche Aussagen zur Entwicklung der Sonnenaktivität oder detaillierte Vorhersagen zur Dynamik der „Solarkonstante“, die eigentlich als eine Variable begriffen werden muss, bisher wohl nicht möglich!

Allerdings sagen magnetohydrodynamische Modelle voraus, dass das für 2023–2026 zu erwartende Sonnenfleckenmaximum des aktuellen 25. Sonnenzyklus ausfallen könnte. Länger- oder mittelfristig prognostizieren diese Modelle sogar eine deutlich verringerte Aktivität unseres Sterns ähnlich wie im Maunder-Minimum des 17. Jahrhunderts. Insofern könnte eine gewisse globale Abkühlung in naher Zukunft auch wieder eine klimatologische Option sein!

2.2 Treibhauseffekt durch klimawirksame Gase

Der Treibhauseffekt wird durch Gase verursacht, die die Strahlungswärme der Energiequelle Sonne auf die Oberfläche des Planeten gelangen lassen, aber gleichzeitig verhindern, dass die Wärme wieder in den umgebenden Weltraum abgegeben wird. Als atmosphärisch relevante Gase für diesen physikalischen Mechanismus werden vor allem Fluor-Kohlenwasserstoffe, schweflige und nitrose Gase sowie Methan verantwortlich gemacht. Ob auch das Gas CO2 zu den Treibhausgasen gehört, war lange Zeit keineswegs schlüssig erwiesen. Es gab zwar zahlreiche Laborergebnisse, die die Klimawirksamkeit von Kohlendioxid belegt haben. Dennoch existiert bis heute nur eine einzige Feldstudie, die einen Zusammenhang zwischen einer erhöhten CO2-Konzentration und einer lokalen Klimaerwärmung nahelegt. Darüber hinaus ist nach wie vor umstritten, in welchem Ausmaß Kohlendioxid das Klima beeinflusst. Die Theorie von der ausschließlich CO2-basierten Klimaerwärmung wird nämlich durch eine Reihe von paläoklimatischen Befunden infrage gestellt.

In der Erdgeschichte gab es in den letzten 540 Millionen Jahren seit der kambrischen Radiation nachweislich (wie Bohrkerne belegen) mehrfach Phasen mit einer erhöhten CO2-Konzentration und niedrigen Temperaturen sowie niedrigen atmosphärischen CO2-Werten und erhöhten Temperaturen. Als Beleg dafür werden nachfolgend einige Beispiele angeführt, die diesen Sachverhalt zu bestätigen scheinen:

Die globale Temperaturgeschichte der Erde ist seit dem Ende des Präkambriums vor ca. 541 Millionen Jahren mit der atmosphärischen CO2-Konzentration nur teilweise, manchmal aber auch überhaupt nicht korreliert gewesen. Im Paläozoikum erreichte der CO2-Gehalt der Atmosphäre mehrfach Werte von 4.000 bis 6.000 ppm. Heute liegt die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre mit 400 ppm eigentlich nahe am erdgeschichtlich bekannten Minimum.

Der Temperaturanstieg am Ende des Paläozäns und dem Beginn des Eozäns (PET-Maximum vor etwa 57 Millionen Jahren) wird auf 5 bis 6 Kelvin (K) beziffert. Die Zunahme der atmosphärischen CO2-Konzentration kann nach den paläoklimatischen Befunden jedoch nur einen globalen Temperaturunterschied von 1 bis 3 K erklären.

In der gegenwärtigen Warmzeit, dem Holozän, ist das Maximum der Temperatur bereits vor etwa 8 000 Jahren aufgetreten. Seitdem hat es bis heute einen Abwärtstrend der Temperatur von 1,5 °C gegeben. Im gleichen Zeitraum ist aber der CO2-Gehalt der Atmosphäre von 260 auf etwa 400 ppm angestiegen.

Die Rekonstruktion der Warm- und Kaltzeiten im Holozän seit dem Ende der letzten Eiszeit vor 12.000 Jahren zeigt ein Auf und Ab der Temperaturen, die nicht mit Schwankungen der atmosphärischen CO2-Konzentration korreliert sind. Ein prominentes Beispiel dafür ist das Zustandekommen der kleinen Eiszeit vom 16. bis zum 19. Jahrhundert, das sich nicht allein auf Vulkanausbrüche zurückführen lässt.

Physikalisch gesichert ist, dass ein weltweiter Temperaturanstieg zur Ausgasung von CO2 aus den Ozeanen führt. Eine globale Abkühlung verursacht dagegen einen Rückgang der CO2-Konzentration in der Atmosphäre, da das Wasser der Ozeane dann in der Lage ist, mehr CO2 zu speichern. Die paläoklimatischen Befunde lassen aber insgesamt Zweifel daran aufkommen, dass das globale Klima in der Vergangenheit von nur einem einzigen klimawirksamen Parameter maßgeblich gesteuert und beeinflusst worden sein soll!