Fritz Dieter Erbslöh - Der Weg zur Energiewende

Jährliche globale Kohlenstoffemissionen aus fossilen Brennstoffen und Zementherstellung gegen Werte in der Atmosphäre; Quelle: u.a. Keeling und Whorf 1999; WI 2000b

Abb. 5‑7:

Die reale „Fieberkurve“ der Erde, nördliche Halbkugel, gewichteter Durchschnitt Land-Luft-Meer; die gestrichelte Kurve verbindet (korrigierte) Messungen, die dick ausgezogene ist ein gleitendes 9-Jahresmittel, das die Tendenzen deutlicher macht, genormt auf den Mittelwert 1961–1990; Quelle: Jones u.a. 2000, 2001

Anmerkung: Die absolute Temperatur erhält man durch Addition von 14,0 °C

Abb. 5‑8:

Temperaturen der letzten 1000 Jahre, nördliche Halbkugel, nach verschiedenen Autoren und Recherchetechniken (Baumjahresringe, Bohrkerne etc.); man vergleiche die Daten der Abb. 4-3; Quelle: Mann u.a. 1999, Jones u.a. 1998, 2000, 2001, Briffa u.a.1998, Huang u.a. 2000, Pollack u. Huang 2001

Für weiter zurückliegende Zeiten halfen die Analyse von Baumringen oder Fluss-Sedimenten, und vor allem die die Analyse von Bohrkernen im Eis der Antarktis. Über was man gesichert verfügt, zeigen Abb. 5‑7 und Abb. 5‑8.

Die Veränderung des Meeresspiegels lässt sich seit ca. 1995 recht einfach über Satellitenmessungen beobachten; mit der Ergänzung aus Tidenmessungen in früheren Jahren ergibt sich auch hier ein zunächst nur statistisch gesicherter Anstieg, s. Abb. 5‑9. Er wird durch die zunehmende Schmelze des polaren Eises erklärt.

1971 wurde durch die Untersuchungen von S. I. RASOOL und S. H. SCHNEIDER13 klar, dass es auch Gegenspieler für das CO 2gibt: Aerosole in der Atmosphäre sorgen für Abkühlung und kupieren damit den Temperaturanstieg, was der renommierte R. BRYSON 1974 unterstützte. Sogar eine neue Eiszeit durch Aerosole schien vorstellbar.

Ihre Ergebnisse spielten auch eine Rolle, als es 2013 darum ging, die durch Messergebnisse belegte Pause im Temperaturanstieg zwischen 1998 and 2012 („Hiatus”) zu erklären. Das Intermezzo, das zu vielen Spekulationen Anlass gab, wurde schließlich offiziell mit der Kurzformel zu Ende gebracht:

„Heating is still going on. It’s just not in terms of the surface air temperature.”14

Abb. 5‑9:

Veränderung des Meeresspiegels. Daten der Tidemesser sind in rot und Satellitenmessungen in blau dargestellt. Die graue Fläche zeigt die Projektionen des dritten Sachstandberichts des IPCC; Quelle: Copenhagen Diagnosis 2009

Klimamodelle entstanden aus Modellen für die Wettervorhersage, die ab etwa 1940 bekannt wurden. Die Modellierung der Atmosphäre hat damit eine lange Tradition; sie lässt sich in ihrer Aussagefähigkeit so beschreiben: „Ein Klimamodell ist, wie jedes mathematische Modell von Naturvorgängen, eine Vereinfachung. Der Grad der Vereinfachung bestimmt die Komplexität des Modells und ist maßgebend, ob dieses Modell für die vorliegende Fragestellung überhaupt verwendet werden kann. Die Komplexität eines gewählten Modells legt somit die Grenzen des Einsatzes fest. Diese Grenzen zu bestimmen, erfordert gewisse Erfahrung, da es keine objektiven Regeln oder Gesetze gibt.”15

Die Klimamodelle wuchsen mit den Möglichkeiten der Rechentechnik. In den 1940er und 1950er Jahren stand hierfür der erste elektronische Computer (ENIAC, Electronic Numerical Integrator and Computer) im Auftrag der US Army in Princeton zur Verfügung. Ab 1980 waren die ersten PC der IBM im Einsatz, deren gewachsene Rechenleistung heute für einfache Modelle durchaus ausreicht.

Die Modelle selbst wurden immer komplexer und durchliefen verschiedene Stadien der Integration, s. Abb. 5‑10. Seit 1990 sind die Klimamodelle vollständiger geworden. Der Kohlenstoff- und andere Stoffkreisläufe, die Dynamik der Vegetationstypen sowie die Chemie der Atmosphäre gehören zu den Prozessen, die jüngst in die bestehenden und zunächst physikalischen Zirkulationsmodelle integriert werden konnten.

Was die sog. Erd-Modelle leisten müssen, illustriert Abb. 5‑11. Und was solche Klimamodelle dann schließlich ergeben, zeigt Abb. 5‑12 an einem Beispiel aus dem Jahr 2013, in dem beobachtete und simulierte Klimainformationen miteinander verglichen werden.

Abb. 5‑10:

Chronologie der Klimamodellentwicklung. Die Berücksichtigung verschiedener neuer Komponenten (Kohlenstoffkreislauf, Vegetation, und Atomsphärenchemie) führt zu einer drastischen Erhöhung der Komplexität und der benötigten Computerressourcen; Quelle: globalchange.govreportappendices

Abb. 5‑11:

Komplexes Erdsystemmodell MPI-ESM mit Uvic-Modell als Emulator; Quelle DFG-MPI f. Meteorologie-GEOMAR

Abb. 5‑12:

Vergleich des beobachteten und simulierten Klimawandels basierend auf drei großräumigen Indikatoren in der Atmosphäre, der Kryosphäre und dem Ozean:

Änderungen der kontinentalen Landoberflächentemperaturen (gelb unterlegte Boxen), der Ausdehnung des arktischen und antarktischen Meereises jeweils im September (weiße Boxen mit schwarzem Rahmen) sowie des Wärmegehalts der oberen Ozeanschicht in den großen Ozeanbecken (weiße Boxen mit blauem Rahmen). Die mittleren globalen Änderungen sind ebenfalls dargestellt (die drei Diagramme in der unteren Reihe). Alle Zeitreihen sind Zehn-Jahres-Mittel, welche in der Mitte des Jahrzehnts markiert sind. Die schwarze Linie zeigt jeweils real beobachtete Temperaturen, die rot schraffierten Flächen die Ergebnisse jener Klimamodelle, die natürliche und menschliche Faktoren berücksichtigen ‒ die Übereinstimmung ist augenfällig. Quelle: IPCC 2013, WG1, Figure SPM.6

Den Überblick über die Entwicklung seit den 1970er Jahren vermittelt Abb. 5‑13. Fasst man das Ergebnis knapp zusammen, so ist festzustellen, dass wir in der Gegenwart in einem deutlich wärmeren Erdklima leben als in den letzten 1000 Jahren und die Erdoberflächentemperatur weiter zunimmt. Und da der sog. Atmosphärische Treibhauseffekt, verursacht u.a. durch CO 2, als real unterstellt werden kann, werden wir mit weiter zunehmender CO 2-Produktion

den Treibhauseffekt verstärken,

und zur weiteren Erwärmung des Erdklimas und den daraus folgenden Veränderungen beitragen.

Abb. 5‑13:

Zeitleiste zur Atmosphärenforschung 1960–2010; Quelle: Grafik jg in J. Mason, Zwei Jahrhunderte Klimageschichte, Teil 3

Die Frage ist allerdings immer noch, wie groß die Erwärmung tatsächlich ausfallen wird und ob es hierfür eine kritische Grenze gibt, bei deren Überschreiten sich kein neues Gleichgewicht ergeben, das System also „kippen“ würde. Die Frage ist auch, welche Folgen und Folgekosten das haben wird. Es schließen sich weitere Fragen an: Können wir etwas tun, um den Temperaturanstieg zu begrenzen? Und was wäre das, wie schnell kann das gehen, und was würde das kosten?