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Klimawandel mit Spätfolgen : Das Kohlendioxid-Syndrom

  • -Aktualisiert am

Klimademo vor der Baustelle des Kohlekraftwerks Hamburg-Moorburg. Bild: dpa

Nur ein „Spurengas“ in der Luft? Kohlendioxid wurde immer schon unterschätzt. Warum das Treibhausgas unsere Zukunft bestimmt und weshalb die nächste Eiszeit ausfällt.

          5 Min.

          Als in den sechziger Jahren die Gaia-Hypothese entwickelt wurde und Wissenschaftler wie der britische Chemiker James Lovelock und die amerikanische Mikrobiologin Lynn Margulis zu begründen versuchten, warum sich die Erde mit ihrer Biosphäre ähnlich verhält wie ein lebendiger Organismus, da konnten sie noch nicht ahnen, wie der Klimawandel ihnen in die Hände spielen würde. Sie konnten es schon deshalb nicht ahnen, weil damals die Erwärmung des Planeten noch kaum spürbar, abstrakt und von der sehr viel spektakuläreren These einer bevorstehenden neuen Eiszeit frenetisch überstrahlt wurde. Die Eiszeit ist auch heute wieder ein Thema, doch dazu später. Was Lovelock und Margulis seinerzeit konzeptuell angetrieben hatte, war das Modell der Erde als „dynamisches System“. Ein Begriff, der nun tatsächlich nahezu bedeutungsgleich in der Medizin wie in der Klimaforschung eine digitale Karriere macht. Wir sprechen heute von Systembiologie und Systemmedizin, wenn Lebensprozesse im Rechner simuliert werden, und das Klima wird in Erdsystem-Modellen bis in die tiefste Vergangenheit und die entfernteste virtuelle Zukunft erkundet.

          Die historische Kohlendioxid-Kurve. Bis 1958 wurden Gaswerte in den Altersschichten von Eisbohrkernen zugrunde gelegt, danach die von Charles Keeling auf Hawaii begonnenen Kohlendioxid-Messungen.
          Die historische Kohlendioxid-Kurve. Bis 1958 wurden Gaswerte in den Altersschichten von Eisbohrkernen zugrunde gelegt, danach die von Charles Keeling auf Hawaii begonnenen Kohlendioxid-Messungen. : Bild: Robertscribbler

          Entscheidender - und das wird in der öffentlichen Diskussion um die Grenzen solcher Modelle fast immer vergessen - als die Prognosekraft der Computermodelle ist ihr handwerklicher Nutzen. Die Algorithmen sind die digitalen Pinzetten der Forscher. Mit ihnen können sie versteckten Naturprozessen auf die Spur kommen. Doch nicht nur das: In der mathematischen Natur der Programmiersprache lassen sich einerseits physikalische Prozesse (Klimatologie) und andererseits physiologische Abläufe (Biologie) simulieren, die in ihrer Komplexität und Dynamik vom menschlichen Geist allein kaum nachzuvollziehen sind - zumal heute, da Datenarchive und Big Data ein ungeheures Füllhorn an verwertbaren Details liefern.

          Nun fällt es uns Menschen schon schwer genug zu verstehen, wie ein paar Moleküle eines Stress- oder Geschlechtshormons aus einem ausgeglichenen Menschen buchstäblich ein Nervenbündel oder ein aggressives Monster machen können. Kleine Ursachen haben im System mitunter große Wirkung. Oder, wie es Johann Friedrich Schiller in „Die Räuber“ beschrieb: „Ein Gran Hefe reicht hin, die ganze Masse in zerstörende Gärung zu jagen.“ Und so fällt es vielen immer noch schwer zu glauben, wie das „Spurengas“ Kohlendioxid, das mit 0,04 Volumenprozent - wisenschaftlich 400 ppm (Anteile pro einer Million) - lediglich einen Bruchteil der Luftmoleküle ausmacht und dennoch den Planeten physiologisch aus den Angeln zu heben vermag. Auch das liegt, wie die Hormonwirkung, an dem Systemcharakter und der inneren Dynamik.

          Klimasensitivität unterschätzt

          Welche Kräfte kleine Einzelbestandteile eines Systems tatsächlich entfalten können, wird nun speziell am Kohlendioxid immer deutlicher. Kohlendioxid ist als Treibhausgas ungemein effektiv, es absorbiert die vom Erdboden zurückgestrahlte Wärmeenergie sehr konsequent - und zwar effektiver offenbar noch, als man lange glaubte. Vergrößert man die Mengen an Treibhausgasen in der Atmosphäre, ist durchschnittlich bei doppelter Menge mit einer Erwärmung von zusätzlich 1,4 bis 3 Grad zu rechnen. Die „beste“ Schätzung liegt bei zwei Grad. Das war bisher Konsens für die sogenannte Klimasensitivität. Errechnet wurde sie aus klimahistorischen Daten und aus Modellrechnungen. So hat man etwa den Verlauf des in Luftblasen von Eisbohrkernen enthaltenen Kohlendioxidanteils mit den jeweils rekonstruierten Erdtemperaturen abgeglichen. Allerdings ist Kohlendioxid keineswegs der einzige Faktor, der die globale Temperatur beeinflusst. Die Vegetation, die selbst Kohlendioxid „verbraucht“, indem sie das Spurengas als Kohlenstoffquelle und Baumaterial nutzt, ebenso wie Ozon, Vulkangase oder eben auch Luftpartikeln, die den „Strahlungsantrieb“ durch die Sonnen durch Reflexion oder Absorption verändern, schraubten im globalen Maßstab immer wieder mit am Klimaschicksal des Planeten.

          Bild: dpa

          Nun haben Forscher um Gavin Schmidt und Kate Marvel vom Nasa Goddard Institute for Space Studies in New York die Faktoren in ihren Computermodellen einmal durchgerechnet, wie der Einfluss der einzelnen Klimatreiber einzuschätzen ist. Aus ihren Ergebnissen, die in der Zeitschrift „Nature Climate Change“ erschienen sind, zu entnehmen: Der Einfluss jener Faktoren, die wie Schwefelteilchen in Vulkanasche die Erdatmosphäre eher abkühlen, wurde systematisch unterschätzt (siehe auch unten stehenden Beitrag), die „wärmenden“ Einflüsse anderer Aerosole und Gase hingegen eher überschätzt. Mit einer Ausnahme: Der Strahlungsantrieb durch Kohlendioxid wurde deutlich unterschätzt. Mit anderen Worten: Das Klima reagiert sensibler als gedacht auf den Kohlendioxidanstieg. Galten bisher rund zwei Grad als beste Schätzung, liegt sie nun bei gut drei Grad pro Verdoppelung der Kohlendioxidkonzentration.

          Der langjährige Chefklimatologe der Nasa, James Hansen, der schon vor Jahrzehnten die Klimasensitivität ins Zentrum der Klimawandeldebatte gerückt und immer schon den obersten Wert als den realistischen angenommen hat, kämpft auch deshalb für das nun im Pariser Klimaabkommen erwähnte 1,5-Grad-Erwärmungslimit. Im Sommer legte er eine Untersuchung vor, die gezeigt hat, wie insbesondere die Polareisschilde in früheren Warmzeiten auf Temperaturveränderungen reagiert haben. Sein Fazit: Aufgrund der extrem langen Verweilzeit und der Konzentration des Kohlendioxids in der Luft, und der Rückkoppelungsprozesse, die eine Erwärmung in den Polarregionen verstärken, müsste der Strahlungsantrieb durch das Spurengas möglichst schnell verringert werden, wolle man ein paar Meter Meeresspiegelanstieg noch verhindern. Das Ungleichgewicht im Energiehaushalt liege mit den 400 ppm derzeit bei plus 0,6 Watt pro Quadratzentimeter. Ziel müsse eine Rückführung auf 350 ppm sein. Hansen: „Das macht eine Verringerung des Kohlendioxidausstoßes um sechs Prozent jährlich bis zum Jahr 2100 nötig.“

          240 ppm waren grenzwertig

          Nahezu ausgeschlossen ist dagegen, das Luftkohlendioxid auf lange Sicht auf ein Niveau zu senken, wie es vor Beginn der Industrialisierung vorlag: bei gut 280 ppm. Das wäre ein Wert, der verdächtig nahe an jener ominösen Grenze liegt, die Klimaforscher vor ein paar Jahren quasi als Einfallstor für eine neue Eiszeit errechnet haben. Betrachtet man allein die Erdbahnparameter, die die sogenannten Milankovitsch-Zyklen - also die Position der Erde zur Sonne - beeinflussen, befinden wir uns seit einiger Zeit buchstäblich an der Pforte zu einer neuen Vereisungsepoche. Immer wenn die Sonneneinstrahlung im Sommer auf der Nordhemisphäre am geringsten ist, beginnt demnach eine neue Kälteperiode. Das seit gut elftausend Jahren herrschende, klimatisch ungewöhnlich stabile und warme Holozän, das als Zwischenwarmzeit selbst eine Episode einer hunderttausend Jahre währenden Eiszeitepoche ist, hätte den astronomischen Parametern zufolge jedenfalls im Laufe der kommenden 1500 Jahre ein Ende - jedenfalls dann, wenn der Kohlendioxidkonzentration unter 240 ppm fiele. Das haben britische Paläoklimatologen schon vor drei Jahren ausgerechnet. 280 ppm, ein paar tausendstel Volumenprozent Kohlendioxid mehr also, bewahrten uns offenbar vor dem Eintritt in die nächste Eiszeit.

          Charles Keeling, der amerikanische Pionier der Kohlendioxid-Reihenmessung.
          Charles Keeling, der amerikanische Pionier der Kohlendioxid-Reihenmessung. : Bild: AP

          Den Potsdamer Physiker und Klimatologen Hans Joachim Schellnhuber beschäftigen diese „ungeheure Geodynamik“ des Kohlendioxids und vor allem der rätselhafte „Ausfall der Eiszeit“ schon länger. In einer Veröffentlichung in „Nature“ hat er jetzt die beiden Phänomene gemeinsam mit seinen Mitarbeitern am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, Andrey Ganopolski und Ricarda Winkelmann, unter einen algorithmischen Hut gebracht. In ihrem Computermodell haben sie eine „funktionelle Beziehung zwischen der Sonneneinstrahlung im Sommer und dem atmosphärischen Kohlendioxid“ entdeckt, die den Beginn einer neuen Eiszeit bestimmt. Die Forscher sprechen vom „Code der Eiszeiten“. Für die Zukunft hat das Folgen: Das Treibhausgas unterdrückt demnach in den angenommenen Kohlendioxidkonzentrationen rabiat die Entstehung eiszeitlicher Bedingungen - und zwar so stark, dass die astronomisch bedingte Abschwächung der Sonneneinstrahlung möglicherweise in den kommenden hunderttausend Jahren nicht mehr ausreicht, eine Eiszeit auszulösen. „Schon relativ moderate zusätzliche Kohlendioxidemissionen aus der Verbrennung von Öl, Kohle und Gas reichen dafür aus“, so Hauptautor Ganopolski, „um die nächste anstehende Eiszeit in 50 000 Jahren um weitere 50 000 Jahre zu verzögern.“

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