Klimawandel: Die Sache mit dem Kohlendioxid

Manche behaupten, Kohlendioxid könne den Klimawandel nicht beeinflussen, weil der atmosphärische Anteil von derzeit etwa 412 ppm zu gering sei, um den Strahlungshaushalt der Erde zu beeinflussen. Vergleiche, die dann kommen, sind etwa die von einem Regenschirm, der 0,0412 Prozent des Himmels bedecke. Oder der Mensch trägt nur einen verschwindend geringen Anteil am Kohlendioxid-Anteil in der Atmosphäre. Solche Vergleiche funktionieren nur, weil viele Menschen keinen anschaulichen Begriff dafür haben, was eigentlich ein Mischungsverhältnis von 412 ppm bedeutet.

Spurengase wie CO2 sind in sehr geringen Anteilen in der Luft enthalten und werden in Teilen pro Millionen Teile Luft angegeben, auf englisch parts per million oder kurz ppm. Noch kleiner ist ppb für parts per billion oder Teile pro Milliarde Teile Luft. Die Eigenschaft, die in diesem Fall bei CO2 interessiert, ist die Strahlungseigenschaft. Wie dicht ist die Luft eigentlich durch CO2 für den Durchtritt von Licht in dem Bereich, in dem CO2 Strahlung aufnimmt und abgibt?

Einen Anhaltspunkt gibt es, wenn man sich die Farbe von Flüssigkeiten anschaut, bei der die Färbung durch Bestandteile im ppm-Bereich erzeugt wird. Dafür kann man Kaliumpermanganat nehmen. Das kann man für wenige Euro in der Apotheke kaufen. Wenn man sich 3,6 Gramm davon abwiegen lässt und das in 1 Liter Wasser auflöst, hat man eine Lösung mit 412 ppm Kaliumpermanganat. Die ist deutlich violett gefärbt. Man kann das Wasser in mehrere Wassergläser einfüllen. Schaut man durch ein Glas hindurch, ist es noch recht durchsichtig. Stellt man aber die Gläser hintereinander und schaut durch alle zusammen hindurch, wird die Wassersäule schnell undurchsichtig. Man kann sich so anschaulich machen, daß durch eine Wassersäule von einem Meter mit 412 ppm Kaliumpermanganat praktisch kein sichtbares Licht in dem Absorptionsbereich von Kaliumpermanganat dringt.

Luft ist natürlich nicht so dicht wie Wasser. Das Gasgesetz beschreibt die Dichte von Luft. Bei 0 Grad Celsius enthalten 1,245 Kubikmeter Luft bzw. 1245 Liter Luft so viele Moleküle wie 1 Liter Wasser. Wenn ich in Wasser mit 412 ppm Kaliumpermanganat nach einem Meter Schichtdicke nichts mehr sehe, dann muss ich das in der Luft auf die geringere Dichte umrechnen und daher mal 1245 nehmen. Dann brauche ich für den gleichen Effekt also 1245 Meter Schichtdicke. Wenn also nach 1 Meter die Lösung mit 412 ppm Kaliumpermanagnat völlig blickdicht ist, dann entspräche das auf die Luft umgerechnet einem Weg von 1,245 Kilometern bei Bodendruck. Der Luftdruck nimmt aber mit steigender Höhe ab. Dadurch habe ich eher mehr als 1,5 Kilometer Luft zu vergleichen. Das ändert aber an der grundsätzlichen Betrachtung nichts mehr.

Was man aus dieser Betrachtung ableiten sollte: Lassen Sie sich nicht erzählen, 280 ppm CO2 (vorindustrieller Wert) oder 412 ppm CO2 (aktuell) seien so geringe Mengen, dass die keinen Einfluss darauf haben könnten, wie stark die Luft Strahlung schluckt. Auf den ersten Kilometern ist die Luft für Infrarot (Wärme)-Strahlung in den Bereichen, in denen CO2 anspricht, undurchsichtig. Das Weltall sieht also nicht die Wärmeabstrahlung des Bodens, sondern die der Luft in einigen Kilometern Höhe. Deshalb können Menschen schon mit Änderungen des CO2 im Bereich von ppm einen Effekt auf den Strahlungshaushalt der Erde haben.

Darüber hinaus sollte man einige Werte besser veranschaulichen und erklären, warum nur CO2 der Übertäter ist. Was ist mit O2, N2 oder Argon? CO2 hat (leider) die Eigenschaft im IR Bereich Strahlungsenergie zu absorbieren, weil es als einziges Gas in der Atmosphäre aus drei Atomen, 1x C + 2 x O, besteht und ein asymmetrisches Schwingungszentrum besitzt. Das wurde durch physikalische Experimente schon Mitte des 19. Jahrhunderts nachgewiesen.

Menschen, die glauben, dass CO2 in diesen winzigen Mengen keine Wirkung haben kann, würde ich einmal empfehlen einen Zyankali-Cocktail auszuprobieren. Da reicht ein Prozentsatz, der um einiges kleiner ist, als der von CO2 an der Atmosphäre. Bei den FCKWs hatten wir den zerstörerischen Effekt auf die Ozonschicht im noch kleineren ppb-Bereich (part bei billion, wie oben erwähnt). Da müsste es einem doch langsam begreiflich werden, dass winzige Mengen eine große Wirkung haben können.

Es ist immer eine Frage der Perspektive und des Mengenverständnisses.

Beispiel dazu: Seit der letzten kleinen Eiszeit ist der CO2 Anteil nur um 1 Molekül pro 10000 gestiegen. Klingt verdammt wenig, total unbedeutend. Macht man sich aber die Mühe, diese Suggestion "Kleine Menge, kleine Wirkung", fertigzudenken, dann kann man sich ausrechnen, dass das ca. 1000 Milliarden Tonnen CO2 in der Gesamtatmosphäre sind. Ist das noch immer so wenig? Anders gesagt, der höchste CO2 Anteil seit knapp 3 Millionen Jahren.

Eine weitere Suggestion, die oft von Klimaskeptikern benutzt wird:

Gemessen am Gesamtanteil von CO2 trägt der Mensch nur 3% bei; Der Rest stammt aus dem Naturkreislauf, bei dem durch z.B. verrottendens Laub und Biomasse natürlich Kohlenstoff freigesetzt wird und ständig als CO2 in die Atmosphäre gelangt. Aber das ist genau die Menge an CO2, die vorher beim Wachstum eines Baumes genau aus der Atmosphäre herausgenommen wurde. D.h. Nettobilanz des CO2 Ausstoßes der Natur = Null. Deswegen war die CO2 Menge in unserer Atmosphäre seit Tausenden Jahren konstant, bis der Mensch angefangen hat netto CO2 hinzuzufügen. Relevant zu erwähnen ist, dass der Anstieg von CO2 in der Atmosphäre mittlerweile ca. 46% beträgt zu 100% vom Menschen verursacht wird. Das ist astrein durch unzählige Belege bewiesen.

An dieser Stelle möchte ich zusammenfassen, warum der Klimawandel ein Problem ist. Zunächst einmal geht es um den Anstieg des Mischungsverhältnisses von CO2 in der Atmosphäre an sich. Der CO2-Gehalt ist in den letzten 650.000 Jahren zwischen ca. 180 ppm und 300 ppm geschwankt. 180 ppm bedeuteten eine Eiszeit, 300 ppm eine Zwischeneiszeit, mit ca. 6 Grad Temperaturunterschied global zwischen den beiden Zuständen. Nach heutigem Kenntnisstand ist dabei der Unterschied in dem CO2-Mischungsverhältnis eine positive Rückkopplung aufgrund eines geringfügigen Unterschieds im Strahlungshaushalt der Erde durch den Milankovich-Zyklus der Erde. Zugleich ist dieser Milankovich-Zyklus auch einer von mehreren Belegen dafür, daß es eine insgesamt positive Rückkopplung bei einer globalen Temperaturänderung gibt. Derzeit steigt das CO2-Mischungsverhältnis pro Jahr um ca. 2 ppm an und liegt bei ca. 412 ppm und damit bereits weit außerhalb des Bereichs der letzten 650.000 und vermutlich 1,3 Millionen Jahre. Und im Gegensatz zu früher ist der CO2-Anstieg diesmal nicht eine Rückkopplung, sondern Antrieb einer Klimaänderung, bei der viele, insbesondere langsamere Rückkopplungen erst noch eintreten werden. Bis 2030 sind wir bereits zu einem Anstieg des globalen CO2-Mischungsverhältnisses auf über 430 ppm verurteilt, und nur drastische Maßnahmen könnten verhindern, dass das globale CO2-Mischungsverhältnis deutlich darüber steigt. Bisher ist noch keine Maßnahme getroffen worden, die verhindern würde, dass das CO2-Mischungsverhältnis in einen Bereich steigt von über 600, vielleicht 1000 oder mehr ppm, der uns klimatisch zurückbringt in die Zeit der Dinosaurier.

Wir verändern also unausweichlich die Zusammensetzung unserer Atmosphäre in einen Bereich eines Zeitalters, in dem es noch keinen modernen Menschen und keinen Ackerbau gab. Das macht mich alleine bereits besorgt.

Wir emittieren CO2 und verändern unsere Atmosphäre, ohne daß uns irgendein Hinweis dazu vorläge, daß dieses unbedenklich wäre. Tatsächlich ist niemand dazu in der Lage, irgendeinen unumstößlichen Beweis zu liefern, daß ein Anstieg des CO2-Mischungsverhältnisses über 400 ppm ohne gravierende Auswirkungen auf Ökosysteme, Ackerbau und Meeresspiegelanstieg bliebe.

Der Meeresspiegel hat sich in der Vergangenheit rasch an veränderte Temperaturen angepaßt. Änderungen um 1-2 Meter pro Jahrhundert waren offensichtlich möglich. Die Hinweise verdichten sich, daß wir auch bis Ende dieses Jahrhunderts mit einem Anstieg des Meeresspiegels um 80 bis 140 cm rechnen müssen. Außerdem ist nicht auszuschließen, daß der grönländische Einsschild, der bei den heutigen Temperaturen vermutlich nur metastabil ist, bei einem weiteren globalen Temperaturanstieg instabil würde. Der westantarktische Eisschild könnte bei ähnlichen oder geringfügig höheren Temperaturen instabil werden. Beide Eisschilde enthalten genug Wasser, um den Meeresspiegel global jeweils um mehr als 5 Meter im Laufe weniger Jahrhunderte steigen zu lassen, mit starken regionalen Unterschieden. Hier ist ein Prozess, der im Laufe einiger Jahrzehnte aus unserer Kontrolle geraten könnte und einen Zustand erreichen könnte, in dem Anpassung an den Klimawandel für betroffene Staaten nicht mehr möglich wäre. Deutschland mit der norddeutschen Tiefebene gehört dazu.

Ein weiteres Problem eines ungebremsten CO2-Anstiegs ist die zunehmende Versauerung der Meere, die dazu führen kann, daß die Meere als Nahrungslieferanten weitgehend ausfallen. Der Abfall des pH-Wertes erfolgt derzeit bis zu einer Größenordnung schneller als bei einem vergleichbaren Ereignis vor 55 Millionen Jahren, bei dem ein massives Artensterben in den Ozeanen zu beobachten war. In der betroffenen Sedimentschicht aus jener Zeit findet man plötzlich nicht mehr die Kalkablagerungen der Schalen von Meereslebewesen, sondern nur rötlichen Ton, bis sich einige 100.000 Jahre später die Ozeane erholt hatten. Eine Zerstörung der Artenvielfalt in den Ozeanen über mehrere 100.000 Jahre ist auf der menschlichen Zeitskala ein Ereignis, das unsere Zivilisation dauerhaft beeinträchtigt. Zusammen mit Überdüngung und CO2-Anstieg ist zudem zu befürchten, daß sich Todeszonen in den Ozeanen dramatisch ausbreiten. Dies alles sind Probleme, die auch Deutsche unmittebar betreffen werden mit spürbaren Folgen möglicherweise in den nächsten Jahrzehnten.

Der globale Temperaturanstieg aufgrund des Treibhauseffektes ist eine sichere und triviale Folge des CO2-Anstiegs. Die größere Unbekannte ist dabei, wie stark das CO2-Mischungsverhältnis steigen wird sowie die Mischungsverhältnisse anderer Treibhausgase. Dies ist deshalb eine Unbekannte, weil nicht nur die Temperatur an die Treibhausgasmischungsverhältnisse gekoppelt ist, sondern die Treibhausgasemissionen aus den Böden und aus dem Meer an die Temperatur gekoppelt sind. Ich habe dazu Hinweise gegeben. Es gibt inzwischen einen weiteren Hinweis auf eine Korrelation von Temperatur und Emission von CO2 aus den Böden. Es ist daher nicht auszuschließen, daß es einen Temperaturbereich gibt, in dem wir den weiteren Anstieg der CO2-Mischungsverhältnisse (oder von Methan) gar nicht aufhalten können. Wo dieser Bereich liegt, wissen wir nicht. Genau das sollte uns Sorgen machen.

Ein globaler Temperaturanstieg führt automatisch dazu, daß sich Klimazonen verschieben, daß sich wesentliche Niederschlagsgebiete verändern, daß Wüsten entstehen oder verschwinden mit einer Geschwindigkeit, der Natur und Mensch nicht folgen können. Gletscher als wichtige Wasserspeicher gehen global zurück. Derzeit sind noch keine Maßnahmen getroffen worden, in deren Rahmen Anpassungsmaßnahmen an einen Klimawandel möglich oder sinnvoll wären, denn Anpassungsmaßnahmen setzen voraus, daß der Wandel soweit gebremst ist, daß Anpassungsmaßnahmen ihm folgen könnten. Geoengineering ist erst recht keine Lösung. Auch das sind Gründe, über den Klimawandel sehr besorgt zu sein.

Wenn jetzt die Mehrheit der Menschen nicht besorgt ist, sagt das nur etwas über den Grad allgemeiner Desinformation aus (danke, liebe Medien!). Die Mehrheit der relevanten Experten ist besorgt, und nicht zuletzt das macht auch mich besorgt und sollte jeden besorgt machen. Wir sollten endlich dieses wahnwitzige Experiment stoppen, einfach mal die Zusammensetzung der Erdatmosphäre zu ändern und abzuwarten, was dann passiert. Wenn etwas passiert, ist es definitiv zu spät, noch irgend etwas dagegen zu unternehmen.

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