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Von eva

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Was aber, wenn der Kohlenstoffkreislauf direkt verändert wird? Die CO2-Konzentration ist seit 1850 auf 380 ppm angestiegen und seit der Keeling-Aufzeichnungen in den 50er Jahren (eine Messreihe auf dem Mauna Loa/Hawaii, die das Gas direkt misst und als frei von systematischen Fehlerquellen und somit als bisher zuverlässigste Messung gilt) faktisch und nachweisbar linear (siehe Grafik). Da für Zeiträume davor nur indirekte Daten aus Eisbohrkernen vorliegen, kann man lediglich die vergangenen 700.000 Jahre zurück verfolgen. Klimaforscher (Physiker) gehen jedoch davon aus, dass man etliche Millionen Jahre in der Klimageschichte zurückgehen muss, um auf ähnlich hohe CO2-Werte zu stoßen. (Die von P.P. genannte Studie enthält leider keinerlei Quellen ihrer von dieser Entwicklung abweichenden CO2-Daten, zumal diese sich ebenfalls auf Zeiträume vor der direkten, zuverlässigen CO2-Messung beziehen.)

Der gestiegene Anteil der Konzentration ist dabei eindeutig auf anthropogene Ursachen (das Verbrennen fossilen Kohlenstoffs) zurück zu führen, nachweisbar durch die CO2-Isotopenzusammensetzung. Die Frage ist nun, welche Klimasensitivität der Anstieg des Kohlendioxids hat, d.h. wie und in welchem Ausmaß damit der Temperaturanstieg im gleichen Zeitraum im Zusammenhang steht und welche Auswirkungen und Rückkopplungsprozesse daraus für die Zukunft zu erwarten sind.

Zunächst haben wir dabei die Auswirkung auf die Strahlungsbilanz durch nachweislich anthropogene Anteile klimawirksamer Gase zu betrachten:

Störung des Strahlungshaushalts durch anthropogene THG/Zunahme:

CO2
Methan
Ozon
FCKW
Distickstoffoxid
Gesamt
1,46 W/qm
0,48 W/qm
0,4 W/qm
0,34 W/qm
0,16 Watt/qm
2,84 W/qm


Dabei ist festzustellen, dass CO2 das Gas mit dem deutlich höchsten Strahlungsantrieb ist, gefolgt von Methan, Ozon und FCKW (wobei letztere nur im Milliardstel-Bereich der atmosphärischen Konzentration liegen und zugleich Wirksamkeiten entfalten, die bis zum 13.000-fachen von CO2 liegen!).

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Rot: anthropogene, lila: natürliche Prozesse.
Methan kommt nachgewiesenermaßen zu 60% aus anthropogenen Quellen, darunter aus der Landwirtschaft (Massentierhaltung), dem Reisanbau und der Energieproduktion. Da es eine relativ geringe Verweildauer in der Atmosphäre von 14 Jahren hat, gilt seine Konzentration als weitaus kurzfristiger und entsprechend leichter nachhaltig beeinflussbar.

Distickstoffoxid (Lachgas) hingegen verbleibt rund 114 Jahre in der Atmosphäre und stammt vorwiegend aus Düngemitteln und industriellen Prozessen.

Die FCKW, die aufgrund des Verbots von F11 und F12 vor allem als teilhalogenierte Verbindungen (HFCKW) und perfluorierte Kohlenwasserstoffe (PFKW) vorkommen, haben eine beachtliche Lebensdauer von 45-100 Jahren. Sie sind ausschließlich anthropogener Natur und haben durch Ihre hohe Absorption der Sonneneinstrahlung im langwelligen Bereich eine hohe Klimawirksamkeit. In der Stratosphäre hingegen zerstören sie die ebenfalls strahlungsabsorbierende Ozonschicht und haben daher dort einen mittelbar kühlenden Effekt von ca. 0,15 W/qm.

Ozon schließlich sorgt in der Tropopause für eine natürliche Erwärmung durch Strahlungsabsorption von -50°C auf 0°C und damit für einen thermodynamischen „Puffer“ zwischen der warmen Troposphäre und den kälteren Luftschichten der Stratosphäre.
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Störung der Strahlungsbilanz: -0,72 W/qm Obergrenze d. Atmosphäre und -4,04 am Boden
In der Troposhäre wird Ozon hauptsächlich durch Stickoxide, Kohlenmonoxid und flüchtige organische Verbindungen, die im wesentlichen Verkehrsemissionen sind, gebildet und haben dort einen klimawirksamen Effekt von ca. 4 W/qm. Die Verweildauer von Ozon in der Atmosphäre beträgt allerdings nur wenige Wochen.

Die Entstehung der wichtigsten Ozonvorläufergase Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) sowie von troposphärischem Ozon.

Auf die Strahlungsbilanz wirken allerdings auch Anti-Treibhausgase mit negativer Strahlungswirkung dadurch, dass sie die Sonneneinstrahlung mittels Reflektion vermindern.

Dazu zählen im einzelnen: Sulfat, Nitrat (aus Dünger), Ruß, Staub (Verkehr, Industrie), Rückstände aus Verbrennung organischer Abfälle, aber auch natürliche Stoffe wie Meersalz. Ihre Verweildauer ist in der Regel Tage bis Wochen, und ihr Wirkungsgrad hängt von der Luftschicht ab, in der sie sich befinden.

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Störung der Strahlungsbilanz: 0,0 - -2,0 W/qm
Aerosole haben außerdem, neben der direkten Strahlungswirkung, einen Einfluss auf die Bildung von Wolken, die das Sonnenlicht reflektieren. Man unterscheidet dabei indirekte und semidirekte Wirkungen.

Aerosole dienen im allgemeinen als Kondensationskerne und fördern die Wolkenbildung, wodurch Sonnenstrahlen stärker reflektiert werden (1. indirekte Wirkung). Bei einer höheren Anzahl von Kondensationskernen verringert sich die Tröpfchengröße, was eine Verringerung der Niederschläge und Verlängerung der Lebensdauer der Wolken zur Folge hat (2. indirekter Effekt). Die absorbierenden Ruß-Aerosole bewirken dagegen Erwärmung und Wolkenauflösung, wodurch mehr Sonnenstrahlen den Boden erreichen (semidirekter Effekt).

Übersicht über die klimatischen Effekte von Aerosolen

Nameunmittelbare WirkungWirkung an der Obergrenze der AtmosphäreWirkung in der bodennahen Luftschicht
direkter EffektReflexion
z.T. Absorption
Abkühlung
z.T. Erwärmung
Abkühlung
indirekter EffektWasser-Wolkenbildung
Eis- oder Mischwolken
Abkühlung
z.T. Erwärmung
Abkühlung
z.T. Erwärmung
semidirekter EffektAbsorption und WolkenauflösungErwärmungErwärmung



Der Überblick über die Strahlungswirksamkeit der THG- und Anti-THG-Gase ergibt folgendes Bild:




Die Gesamtbilanz nach Modellrechnungen des Max-Planck-Instituts entspricht ca. 2 W/qm netto, d.h. knapp 3 W/qm abzüglich 1 W/qm durch Anti-Treibhausgase. Die Klimawirksamkeit der Treibhausgase wird dabei auf 1,7°C geschätzt und die Kühlungswirksamkeit auf ca. 0,9 Grad, so dass sich eine Nettoerwärmung von ca. 0,8°C ergibt, die der Klimaerwärmung in den vergangenen 100 Jahren entspricht.

Die Bilanz incl. aller Unsicherheiten sieht wie folgt aus:




Fazit: Die anthropogenen Gase tragen zu einer insgesamt weit höheren Beeinträchtigung der Strahlungsbilanz bei als natürliche wie etwa die verstärkte Sonneneinstrahlung (max. 0,3 W/qm). Die größte Schwierigkeit dabei ist die zu veranschlagende Schwankungsbreite und die daraus entstehenden Rückkopplungsprozesse. Entsprechend unsicher sind Zukunftsaussagen, insbesondere längerfristige (50-100 Jahre).

Was allerdings deutlich wird, ist die Tatsache, dass offensichtlich gleichzeitig gegenläufige Prozesse stattfinden, die den Erwärmungsprozess bremsen bzw. ihn „maskieren“. Zugleich beeinträchtigen sie durch ihren Einfluss auf die Wolkenbildung in einem spürbaren Ausmaß mikroklimatische, d.h. lokale Wetter-Prozesse: So kann es in Dortmund sintflutartige Regenfälle geben, während in Essen höchstens ein paar Tropfen fallen (so geschehen im vergangenen Sommer 2008, als in Dortmund mit 200 l/qm an einem Tag so viel Regen fiel wie üblicherweise in einem Quartal).

Grundsätzlich sind allerdings „Wetter“ und „Klima“ physikalisch nicht zu vergleichende Prozesse: Wetter ist lokal und stochastisch, Klima global und nicht-linear. Was bedeutet das? Das – lokale – Wetter ist durch so viele Faktoren bestimmt, dass es nur auf ca. 3-4 Tage vorhersehbar ist. Das Klima wiederum wird durch die globale Mitteltemperatur bestimmt, deren Veränderung in Zeiträumen von ca. 30 Jahren gemessen wird. Es ist von weit weniger Parametern abhängig als das Wetter, wobei diese aber nicht linear zusammen wirken, sondern durch Rückkopplungsprozesse verstärkt werden. Auch großräumige „Klima“veränderungen wie etwa die mittelalterliche Warm- oder Kaltzeit gelten nicht als globale Klimaereignisse, da lediglich geographisch begrenzte Gebiete betroffen waren.

Auch heute noch gibt es einige Gebiete auf der Erde, in denen es kälter (geworden bzw. geblieben) ist, ohne der gesamten Tendenz deshalb entgegen zu wirken.

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Temperaturkurven zusammen mit Modellsimulationen, wobei insbesondere auf die sehr hohen schattierten Unsicherheitsbereiche hingewiesen wird.
Die Temperaturentwicklung zeigt seit systematischer Aufzeichnungen einen stetig ansteigenden Trend. Die Abbildung ist eine Übersicht der unterschiedlichsten Quellen und wird von Skeptikern wie Vertretern des Klimawandels gleichermaßen verwendet.

Die Simulationen zeigen einen sehr breiten Variationsbereich, der sich aber hin zur Gegenwart deutlich verengt. In den vergangenen 100 Jahren liegen zunehmend gesicherte Daten vor. Der sogenannte Hockey-Stick am Ende der Messreihe zeigt einen steilen und linearen Temperaturanstieg seit Mitte des vergangenen Jahrhunderts. Er kann heute, nach unzähligen methodischen Überprüfungen, als gesichert gelten.
Man kann sich auch leicht folgenden Vergleich vor Augen halten: Als die vergangene Eiszeit vor ca. 15.000 Jahren zu Ende ging, erwärmte sich die Erde pro Jahrtausend um 1 Grad bis zur mittleren Temperatur von 15°C vor etwa 10.000 Jahren. In den vergangenen 100 Jahren messen wir einen Temperaturanstieg von 0,8°C, Tendenz weiter steigend, also eine ca. 8mal so schnelle Entwicklung.


Um den anthropogenen Anteil der Temperaturentwicklung zu verdeutlichen, hat man Modellsimulationen mit und ohne anthropogene Einflussfaktoren gegenübergestellt:

Klimamodelle werden u.a. dazu benutzt, das "gegenwärtige" Klima (d.h. das Klima des 20. Jahrhunderts) und seine Veränderungen nachzurechnen. In den beiden Abb. zeigt die dunkelblaue Kurve die beobachtete Temperaturänderung im Vergleich zum Mittel 1901-1950. Das grüne Band in der linken Abb. zeigt Modellsimulationen, die nur den natürlichen Klimaantrieb (Solaraktivität und Vulkanausbrüche) im 20. Jahrhundert berücksichtigen. Vor allem in den letzten zwei bis drei Jahrzehnten kann die Zunahme der globalen Temperatur auf diese Weise nicht wiedergegeben werden. Die natürlichen Antriebsfaktoren hätten seit 1980 sogar eine leichte Abkühlung bewirkt. Wenn neben den natürlichen auch die anthropogenen Antriebsfaktoren, d.h. die vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen, berücksichtigt werden (rechte Abb.), geben die Modellsimulationen die beobachtete Klimaänderung gut wieder. Das belegt, dass die globale Erwärmung im 20. Jahrhundert größtenteils durch den Menschen verursacht ist.

Quelle: Abb. verändert nach IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, Technical Summary, Figure TS-23.



Bei aller Unsicherheit über die weitere Einschätzung der Entwicklung bedeutet dies, dass „anthropogener“ Handlungsbedarf besteht. Dazu noch ein kurzer Blick über ein paar unumstrittene Klimafolgen der vergangenen Jahre, die durch immense Rückkopplungen weit in die Zukunft wirken werden.

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© by Schellnhuber/Rahmstorf „Der Klimawandel“, 2007 Großbildansicht 12.jpg (76.2 KB)
Klimaentwicklung in Vergangenheit und Zukunft. Gezeigt sind die Messdaten der Wetterstationen (globales Mittel) und für die Zukunft die Spanne aller IPCC-Szenarien bis zum Jahre 2100 und zur Illustration drei Beispielszenarien (A2, AIT und B2). Selbst im optimistischsten aller Szenarien wird die Erwärmung weit über die natürlichen Schwankungen hinausgehen.
Die sommerliche Abschmelzfläche des Grönlandeises ist zwischen 1979 und 2005 um 25% gestiegen; man nimmt an, dass der Nordpol bis zum Ende des Jahrhunderts im Sommer komplett eisfrei sein wird. Das hat entsprechende Auswirkungen auf die Albedo, die Rückstrahlung des Sonnenlichts, und verändert in der Folge weiter die Strahlungsbilanz.

Zunehmend dramatische Wirkung auf den Meeresspiegel, der seit 1993 um – unumstrittene, weil von Satelliten exakt und global gemessene – 2,7 cm pro Dekade steigt (bisher 0,2 cm durch Abschmelzen der Kontinentaleismassen, 0,9 cm durch Abschmelzen von Gebirgsgletschern und 1,6 cm durch die Erwärmung des Meerwassers), hat das Abschmelzen von Festlandeis der Antarktis:
Im Jahr 1995 ist dort das jahrtausendealte Larsen-A Eisschelf im Umfang von 2.800 qkm weggebrochen, gefolgt vom Larsen-B Schelf im Jahr 2002 im Umfang von 3.200 qkm. Das entspricht etwa der Fläche von Luxemburg (rd. 3.000 qkm). Das 200 Meter dicke Schelf war 12.000 Jahre lang stabil gewesen. Grund ist ein dramatischer Temperaturanstieg in der Antarktis von rund 2,5°C in den vergangenen 50 Jahren!

Weitere Indikatoren des Klimawandels sind das Auftauen von Permafrostböden, die Anzahl und Intensität von Wirbelstürmen und Wetterextremen, das Ausbleichen der Korallenriffe…

Damit kämen wir zum letzten Punkt, dem Umgang mit dem Klimawandel unter imperialistischen Klassenverhältnissen...


weiter zu Teil III



 
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  Kommentar zum Artikel von eva:
Sonntag, 05.04.2009 - 18:24

Lieber Alex,
was rechnest Du da zusammen ? Ohne das im Einzelnen nachzuvollziehen, hier
folgender prinzipielle Kommentar:
Du kannst physikalische oder (umwelt-)chemische Prozesse nicht in einen
simplen Dreisatz packen. Undialektisch, keine Rückkopplungseffekte, keine
konfundierten Variablen etc.
Ich habe bei der Befassung mit der Materie etwas Respekt bekommen, u.a. auch
vor Gasen, die nur zu einem Teil pro Milliarde (ppb) in der Atmosphäre
vorkommen und dort dennoch gehörigen Einfluss haben (halogenierte und
perfluorierte Kohlenwasserstoffe). Du kannst ja 'mal spaßeshalber eine
ähnliche Rechnung bei den Absorptionsspektren der HCFs und PCFs machen ...
bin gespannt, zu welchen "Erkenntnissen" Du dabei kommst ...
Ich kann Dir außerdem empfehlen, den IPCC Synthesebericht von 2007 zu lesen
um zu prüfen, was Du davon verstehst, damit Du Dein Wissen halbwegs
realistisch einordnen kannst ...
Im übrigen lässt sich alternativ zum Strahlungshaushalt auch eine kongeniale
Rechnung aufmachen über den Kohlenstoffkreislauf: Der regelt nämlich über
Jahrmillionen den CO2-Eintrag in die Atmosphäre und ist daher ziemlich zäh
und schwer zu beeinflussen (nur durch Extremereignisse wie den veränderten
Sonnenabstand/Milankovich-Zyklen = Eiszeiten oder abrutschende
Kontinentaleismassen von instabil gewordenen Tausende Meter dicken
Eispanzern infolge ständig wachsender und wieder abschmelzender Schneedecken
etc.). Wenn wir nun über Jahrhunderte weg Kohlenstoff in die Luft blasen,
der Jahrmillionen lang klimaunwirksam in der Erde gelagert hat, dann braucht
es nicht viel Phantasie um nachzuvollziehen, dass das den Kreislauf
durcheinander bringt: 30% CO2-Anstieg seit den 50er Jahren gehen definitiv
auf dieses Konto ... Da ist ein Umschlag von Quantität in Qualität
"irgendwann" zu erwarten ...
Wie dem auch sei, das mit dem Dreisatz hat sich hoffentlich erledigt ...



  Kommentar zum Artikel von 127712:
Mittwoch, 01.04.2009 - 00:58

Dieser "Strahlungsantrieb" ist mir etwas suspekt.

Aus Neugier hab ich mal ein kleines Rechenexperiment gemacht:

Die Strahlung von CO2 entspricht 1,46 W/m² (was absorbiert wird muss auch wieder rauskommen!). Auf jedem m² Boden stehen ~10.000 kg Luft (entspricht 100.000 N Gewichtskraft, also 100.000 Pa oder 1 Atmosphäre); darin enthalten 380 ppm CO2, macht ~3,8 kg CO2 auf jedem m² Erdboden.

Diese 3,8 kg strahlen 1,46 W aus, macht ~0,384 W/kg.

Würde die Sonne aus derartigem CO2 bestehen, könnte sie mit ihrer Masse von ~2*10^30 kg ganze ~7,7*10^29 W leisten! Das ist etwa das 2.000-fache ihrer derzeitigen Leistung!

...ich empfehle Sonnenbrille!