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Klimaforschung : Die Luft muss möglichst rein sein

  • -Aktualisiert am

Die Bohrkerne gewähren einen Blick in die Vergangenheit Bild: Sepp Kipfuhl

Im ewigen Eis und einer abgelegenen Insel sind Wissenschaftler dem langfristigen Klimawandel auf der Spur. Bohrungen in Jahrtausende alte Eisschichten fördern die Atmosphärenverhältnisse vergangener Epochen zutage.

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          Mit ihren Masten, Schläuchen, Antennen und Containern wirkt die Meßstation inmitten der endlos erscheinenden Wüste aus rauhem Lavagestein eher wie ein havariertes außerirdisches Raumschiff als eine Wetterwarte. In fast 3400 Meter Höhe am Hang des Mauna Loa auf Hawaii gelegen hat die Station etwas Unwirkliches. Sie ist ein Fremdkörper in einer leblosen Welt, in der die Stille nur vom ununterbrochenen Pfeifen des Nordwestpassats und dem monotonen Brummen kleiner Pumpen und Generatoren gestört wird.

          Aber die Lage in der Einsamkeit des größten Schildvulkans der Welt ist bewusst gewählt, denn dort ist die Luft so sauber wie sonst kaum mehr irgendwo auf der Welt. Die Insel ist nämlich mehr als 3700 Kilometer vom amerikanischen Festland entfernt, nach Japan und Fernost ist es sogar noch weiter. Das einzige Stück Land, das der Besucher vom Gipfel des Mauna Loa sehen kann, ist Haleakala, der heilige Berg des polynesischen Sonnengottes auf der Nachbarinsel Maui. Weil es am „langen Berg“, wie Mauna Loa übersetzt heißt, zudem weder Autobahnen noch Industriebetriebe gibt, fehlt auch jede örtliche Luftverschmutzung. Damit ist der Berg der ideale Ort, die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre, besonders den Anteil des Treibhausgases Kohlendioxid, aufs Genauste zu messen.

          „Infrarot Gasanalysator“

          Bis der amerikanische Forscher David Keeling im Jahre 1958 am Mauna Loa zu messen begann, schwankten die Angaben über die Konzentration von CO2 in der Luft zwischen 0,2 und 0,6 Kubikzentimeter je Liter. Das entspricht 200 bis 600 Teilen Kohlendioxid je einer Million Teile Luft (parts per million, ppm). Einer der Gründe für diese Schwankungsbreite war, dass es damals keine koordinierten Messungen dieses Spurengases der Erdatmosphäre gab. Stattdessen evakuierten Forscher in ihren Laboratorien Glaskolben, in die sie anschließend Luft strömen ließen - irgendwo draußen, im Vorgarten des Laboratoriums, im Wald, auf See oder in Städten. Zur Analyse dieser Proben wendete jeder Forscher ein anderes Verfahren an. Es war also kein Wunder, dass die Ergebnisse nicht übereinstimmten.

          Keeling entwickelte für seine Dauermessungen aber ein Verfahren, bei dem kontinuierlich Luft von außen in ein Gefäß gepumpt und dort eine kurze Zeit lang mit infrarotem Licht bestrahlt wird. Gemessen wird anschließend, wie stark sich die Luft erwärmt hat. Aus dem Vergleich mit einem parallel laufenden identischen Experiment in einem Zylinder, der eine genau bekannte Menge CO2 enthält, konnte er dann den Gehalt an Kohlendioxid in der Luftprobe berechnen. Inzwischen ist die ursprüngliche Apparatur des amerikanischen Forschers durch einen gewerblichen „Infrarot Gasanalysator“ ersetzt worden, der von Siemens geliefert wurde.

          Kontinuität ist die wichtigste Randbedingung

          Auch in diesem Gerät wird Luft mit Infrarotlicht bestrahlt. Etwa ein halber Liter Luft wird dazu je Minute aus fünf Schlauchöffnungen angesaugt, die sich an Masten in 7 und 27 Meter Höhe über dem Erdboden befinden. Bevor diese Luft in die Messkammer des Analysators gelangt, wird sie so stark gekühlt, dass sämtlicher Wasserdampf ausfriert. Wasser würde nämlich die Messungen verfälschen, weil es ebenso wie das CO2-Molekül Infrarotstrahlung absorbiert. Gefriergetrocknet fließt die Luft schließlich in die Messkammer und wird dort mit Infrarotlicht von einer Wellenlänge von 4,3 Mikrometer bestrahlt.

          Das simuliert gleichsam den Treibhauseffekt, denn in diesem Frequenzband absorbiert Kohlendioxid besonders effektiv. Ein Detektor erfasst schließlich, wie stark die Intensität der Strahlung abgenommen hat, nachdem sie vom Kohlendioxid absorbiert wurde. Die Abnahme wiederum ist ein Maß für den Anteil von CO2 in der Luftprobe. Über mehrere Stunden gemittelte Werte fließen schließlich zur Datenverarbeitung in einen kleinen Computer. Obwohl es mittlerweile modernere Geräte gibt, bleiben die Techniker des amerikanischen Wetterdienstes Noaa der Anlage von Siemens treu, denn Kontinuität ist die wichtigste Randbedingung für solche Langzeitmessungen.

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