Das Wetter erleben wir täglich - sind wir deshalb alle Klimaexperten?

In der Umgangssprache werden die drei Begriffe Wetter, Witterung, Klima oft synonym verwendet, sie unterscheiden sich aber hinsichtlich der zeitlichen Betrachtungsweise und in den Methoden der Beschreibung:

• Wetter: physikalischer Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem Gebiet zu einem bestimmten Zeitpunkt (bis einige Tage). Beschreibung durch meteorologische Größen: Lufttemperatur, Luftdruck, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Luftfeuchte, Bewölkung, Niederschlag
• Witterung: durchschnittlicher Charakter des Wetterablaufs an einem Ort/in einem Gebiet über mehrere Tage bis zu mehreren Wochen
• Klima: mittlerer Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort/in einem Gebiet über einen längeren Zeitraum (mindestens 30 Jahre, aber auch bis zu Jahrtausenden). Charakterisierung durch statistische Eigenschaften: Mittelwerte, Häufigkeiten, Dauer, Extremwerte meteorologischer Größen

Der Begriff Klima lässt sich ableiten von lat. clīma (älter clima), griech. klíma (κλίμα) ‘Neigung der Erde vom Äquator gegen die Pole’, dann spätlat. ‘Himmelsgegend, Zone’, spätgriech. und spätlat. die ‘in solcher Zone, https://www.dwds.de/wb/Klima

Weiterlesen: https://www.zamg.ac.at/cms/de/klima/informationsportal-klimawandel/klimaforschung/wetter-und-klima

Das KLIMASYSTEM besteht aus den Subsystemen Atmosphäre (Lufthülle), Hydrosphäre (Wasser), Kryosphäre (Eis), Biosphäre (Raum des Lebens), Pedosphäre (Boden) und Lithosphäre (Gestein, Erdmantel). Diese haben eine völlig unterschiedliche zeitliche Dynamik, Änderungen der Lithosphäre brauchen Jahrmillionen, hingegen reagiert die Atmosphäre sehr rasch.

Abbildung: Die global gemittelte Temperatur über Land- und Meeresoberflächen lag im Januar 2017 um 0,88 °C über dem Durchschnitt des 20. Jahrhunderts. Dies war die dritte höchste Januar-Temperatur seit 1880, nach 2016 und 2007. Dies ist insofern bemerkenswert, da dieser Januar in Mitteleuropa besonders kalt war. Der Klimawandel schreitet also keineswegs gleichmäßig voran, die Veränderungen können je nach Region und Zeit sehr unterschiedlich sein. Quelle: www.ncdc.noaa.gov/sotc/global/201701

Klimawandel und extremes Wettergeschehen

Der Klimawandel verändert auch das kurzfristige Wettergeschehen - und das ist bereits deutlich merkbar.

Abbildung: Jetstreams (NASA)

Die globalen Luftströmungen, die in Wellen von Westen nach Osten in der nördlichen Hemisphäre fließen, die Jet-Streams, haben sich in den letzten Jahren um ca. 10 % verlangsamt und sie mäandrieren stärker nach Norden und Süden. Das Abschmelzens des Polareises und damit geringere Temperaturdifferenzen spielen dabei eine Rolle.  Das bewirkt, dass ein Wettermuster oft länger bestehen bleibt. Und das erklärt die Zunahme extremer Dürren, Hitzewellen und Niederschlagsereignisse. (Michael E. Mann, Stefan Rahmstorf, et al, Beiträge auf www.sonnenseite.com/, www.spektrum.de/)

Veränderungen wie noch nie

Abbildung: Globaler Temperaturverlauf seit der letzten Eiszeit vor 20.000 Jahren, bis zum Jahr 2100 verlängert für ein mittleres Emissionsszenario mit etwa 3 Grad globaler Erwärmung. Grafik: Jos Hagelaars.

Abbildung: Die CO2-Konzentration der Atmosphäre im Verlauf des Holozän, gemessen an den Eisbohrkernen der Antarktis bis 1958, danach Mauna Loa. Quelle: Scripps Institution of Oceanography.

Mit dem Verbrennen von Erdöl, Erdgas und Kohle schaffen wir einen Klimazustand wie im mittleren Miozän vor rund 15 Millionen Jahren. Damals lag der atmosphärische Kohlendioxidgehalt bei Werten um 500 ppm.  Es war etwa fünf Grad wärmer als heute. Die Arktis war eisfrei, die Antarktis zum großen Teil ebenfalls. Der Meeresspiegel lag etwa  60 Meter höher.

Wo finde ich verlässliche Information zum Thema Klima? 

Informationen verändern den Menschen und seine Welt. Wer selektiert und steuert die Datenflut? Woher beziehen Sie Ihre Informationen? 

Wir, die wir für klimaaktiv arbeiten, verfolgen die Diskussion seit Jahren und haben eine kleine Auswahl von Primärquellen und gut aufbereiteten Darstellungen zusammengestellt.

Wie Medien arbeiten beschreibt Armin Wolf (Auszug):

... Medien sind nicht dazu da, über alles zu berichten, das irgendwo vorfällt. Erstens wäre das bei 7 Milliarden Menschen nicht annähernd möglich und zweitens sind die allermeisten Ereignisse – außer für die unmittelbar Betroffenen, die ohnehin dabei waren – völlig unwesentlich. Professionelle Medien sind dazu da, über Ereignisse von öffentlicher Relevanz zu berichten. Dafür gibt es natürlich keinen absoluten Maßstab. Klar ist: Relevant ist, was sehr viele Menschen konkret betrifft: Eine Naturkatastrophe, eine Pensionsreform, eine Steuerreform, eine neue Straßenverkehrsordnung usw. Und je gravierender die Konsequenzen, umso relevanter. Aber bei sehr vielen Ereignissen kann man lange darüber diskutieren, wie relevant sie für die Leser/Seher/Hörer tatsächlich sind.

Seit Jahrzehnten erforschen Wissenschafter, welche Ereignisse „in die Medien kommen“ – und haben sog. „Nachrichtenfaktoren“ identifiziert: bestimmte Kriterien, nach denen über Ereignisse berichtet wird. Die wichtigsten davon sind: Prominenz/Status der Beteiligten, Konflikt/Kontroverse, Relevanz, Nähe (geografisch oder kulturell), Konsonanz (passt ein Ereignis in eine bereits vorhandene Themenlage) und Dynamik (über außergewöhnliche und überraschende Ereignisse wird eher berichtet als über langfristige und erwartbare). Boulevardmedien unterscheiden sich von Qualitätsmedien unter anderem dadurch, dass für sie Prominenz ein wesentlich wichtigeres Kriterium ist als Relevanz ...

Eine gute Erklärung, warum Klimawandel und Energiethemen in vielen Medien einen vergleichsweise geringen Stellenwert haben und warum lieber Kontroversen in der Wissenschaft herbeigeschrieben werden, obwohl die überwältigende Mehrheit der seriösen Klimaforscher den Klimawandel längst außer Streit gestellt hat. Dass die sozialen Medien viele Informationen verbreiten hilft auch nur sehr bedingt weiter, wenn man sich über Klima und Energie informieren will. Noch nie war es so einfach, an Informationen zu gelangen – auch an viele falsche!

Ein positives und lesenswertes Beispiel ist der Beitrag "Mit Fakten gegen jeden Zweifel" zum Thema Klimawandel, der im Mai 2017 auf ZEIT Online veröffentlicht wurde. 

Warum haben Bilder von durch den Klimawandel verursachten Katastrophen so wenig Wirkung auf das menschliche Handeln?

Eine Antwort der Sozialpsychologie lautet: „kognitive Dissonanz“: Jede Information wird, wenn sie positiv ist, wenn sie in meinen Erfahrungshintergrund passt, angenommen. Wenn es allerdings eine Information ist, die mich selbst infrage gestellt, die mich kritisiert, wird diese Information abgelehnt. 

Klimadaten global:

IPCC, das Intergovernmental Panel on Climate Change ist eine Institution der Vereinten Nationen, ein wissenschaftliches Gremium dessen Aufgabe es ist, den aktuellen Wissensstand zum Klimawandels zusammenzutragen und zu bewerten. Ergebnis sind die Sachstandsberichte, www.ipcc.ch/index.htm

Temperaturabweichungen global, monatliche Darstellung, NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration, US Department of Commerce: www.ncdc.noaa.gov/sotc/global/201610

Globale Temperatur Anomalien von 1880 bis 2015, NASA Animation, https://svs.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/details.cgi?aid=4419

131 Years of Global Warming in 26 Seconds, www.climatecentral.org/

Zeitlicher Verlauf der globalen Temperaturveränderung, open source’ climate science, www.climate-lab-book.ac.uk/files/2016/05/spiral_optimized.gif

Gemessene Klimaschwankungen aus 250 Jahren, Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, www.zamg.ac.at

Grafiken aus statistischen Daten erstellen, Gapminder: z.B. CO₂ pro Kopf in verschiedenen Ländern, www.gapminder.org/

Auf twitter ist Stefan Rahmstorf, Head of Earth System Analysis at the Potsdam Institute for Climate Impact Research, eine interessante Quelle, https://twitter.com/rahmstorf, Wissenschaftsblog: https://scilogs.spektrum.de/klimalounge

Klima und Energie Österreich:

Klimaschutzbericht 2017 Österreich, www.umweltbundesamt.at

Österreichischer Sachstandbericht Klimawandel 2014, Plattform mit Präsentationsmaterialien u.v.m., www.ccca.ac.at/de/apcc/

Energiedaten Österreich, Energiestatus des BMWFW, https://www.bmnt.gv.at/energie-bergbau/energie/Zahlen--Daten--Fakten.html

Energiefluss Österreich, Daten Statistik Austria 2014, anschaulich aufbereitet von AEA und ÖBMV: Energiefluss

Energiewirtschaftliche Szenarien im Hinblick auf die Klimaziele 2030 und 2050; WEM (with existing measures) und WAM (with aditional measures), Umweltbundesamt, 2015, www.umweltbundesamt.at/

Faktencheck Energiewende, mit Hintergrundinformation und Grafiken, www.faktencheck-energiewende.at

Klima und Energie: Wissen kompakt, Daten- und Faktensammlung der AEA für Klima- und Energie-Modellregionen, www.klimaundenergiemodellregionen.at/

Klima-Zielpfadrechner, Tool für Entwicklungsszenarien für Österreich, www.umweltbundesamt.at/umweltsituation/klima/klimaschutz/klima-zielpfadrechner/

Strom aus Wind und PV in Österreich, Europa: www.eex-transparency.com/

Live CO₂ emissions of the European electricity consumption, Stromproduktion nach Quellen, Wind- und Solarpotential aktuell, anschauliche Visualisierung; CO₂ Faktor Biomasse berücksichtigt nicht nachhaltige Nutzung: https://electricitymap.tmrow.co/ 

Kraftwerke in Niederösterreich und ihr Beitrag Erneuerbarer Energie zum Stromverbrauch, tagesaktuell, https://www.energiebewegung.at/

Holzströme in Österreich, Mengenströme von der Aufbringung bis zur stofflichen und energetischen Nutzung, www.klimaaktiv.at/erneuerbare/

Abbildung: Kohlenstoff in Gigatonnen (Milliarden Tonnen): Vorräte und Flüsse jährlich. 

Die Bilanz zeigt die enormen Vorräte an Kohle, Öl und Gas sowie die noch weitaus größeren Vorräte in Form von Ölsanden und Schiefergas.

Bei der Verbrennung verbindet sich der Kohlenstoff mit Sauerstoff aus der Luft und es entsteht CO₂

Chemisch: C + O₂ = CO₂, die Atomgewichte zeigen die Massenverhältnisse: 12 g + 2 • 16 g = 44 g; 

Das bedeutet, die hier angegebenen 8,7 Milliarden Tonnen Kohlenstoff, die durch Verbrennung jährlich in die Atmosphäre gelangen verursachen rund 32 Milliarden Tonnen CO₂ pro Jahr. (Der Wert lag 2015 bei 35 Mrd. Tonnen)

Im Vergleich dazu ist der relativ geringe Kohlenstoffgehalt der Atmosphäre zu sehen! Die jährliche Anreicherung berücksichtigt auch Aufnahme von Kohlenstoff bzw. CO₂ in die Biomasse sowie in die Ozeane. 

Die Messwerte von CO₂ in der Atmosphäre bestätigen die Zunahme, in den letzten 50 Jahren ist der Wert von 320 auf 400 ppm gestiegen.

Kohlenstoffbudget

Zum Erreichen des 2-Grad-Ziels müssen gewaltige Mengen an Öl, Kohle und Gas in der Erde bleiben. Nur allerhöchstens 1000 Mrd. t CO₂ dürften im 21. Jahrhundert noch emittiert werden (Orientierungswert!). Im Jahr 2050 müsste die gesamte Energiewirtschaft vollständig dekarbonisiert sein.  

Das IPCC hat dazu Szenarien entwickelt: http://klimawandel-bekaempfen.dgvn.de/

Abbildung: Globale Emissionen von CO₂ (oben) und globale Erwärmung nach einem Szenario ohne klimapolitische Maßnahmen (rot) und einem Szenario mit ambitionierten Vermeidungsmaßnahmen; M. Meinshausen et al. (2009)

Wieviele Jahre reicht das Kohlenstoffbudget (IPCC) für + 1,5° / + 2° / + 3° C wobei auch die Risiken (chance of remaining below) dargestellt werden: www.carbonbrief.org/

Soll das 2-Grad-Ziel erreicht werden, dann wird die Verteilung des Kohlenstoffbudgets und damit in Einklang stehender Verpflichtungen zur Emissionsreduktion zur zentralen Frage für alle Energiestrategien!

Was soll einem nationalen Kohlenstoffbudget zugerechnet werden? Österreich importiert und konsumiert netto Güter, die jährlich rund 35 Mio Tonnen CO₂ in anderen Ländern verursachen. Diese Mengen würden unsere Treibhausgasbilanz von 78,9 Mio. Tonnen Kohlendioxid-Äquivalent (2015) um ca. 35 Mio Tonnen erhöhen. 

CO₂ - nehmen Sie's persönlich

• Mindestanforderung 3,8 Tonnen - Bricht man das Kohlenstoffbudget für das 2-Grad-Ziel herunter, so stehen pro-Kopf und Jahr bis 2050 rund 3,8 Tonnen CO₂ zur Verfügung, die wir noch in die Atmosphäre bringen können (ohne Berücksichtigung des Bevölkerungswachstums und der Güterströme, s.o.).

• Zielwert 1 Tonne - In einer umfassenderen Sichtweise, womit auch das 1,5-Grad-Ziel erreichbar wäre, sollte 1 Tonne CO₂ pro Kopf und Jahr ausreichen. (Siehe 2000 Watt Gesellschaft)

• Ausgangswert 9,4 Tonnen - Stand Österreich: 9,4 t CO₂ Treibhausgase pro Kopf und Jahr (Klimaschutzbericht 2016, uba, S. 58, pdf)

• Ihr Wert? Eine Reihe von Online-Rechnern ermöglicht, den eigenen Beitrag grob abzuschätzen:

→ Rechner von Forum Umweltbildung: www.umweltbildung.at/aktiv-werden/co2-rechner.html

→ Weiter: Kann eine Person etwas zum Klimaschutz beitragen? (klimaaktiv Infobereich)

Mit diesen Werten wird klar, welch grundlegender Systemumbau jetzt erforderlich ist.

Verbrennt man Erdöl oder Kohle, so entstehen Schadstoffe wie Schwefeldioxid, weil geringe Anteile von Schwefel im Brennstoff enthalten sind. Andere Schadstoffe wie Stickoxide bilden sich, wenn bei Verbrennungsprozessen Temperaturen erreicht werden, bei denen sich Bestandteile der Luft - Stickstoff und Sauerstoff -  verbinden. Die Konzentrationen liegen z.B. beim Pkw im Milligrammbereich: Euro-6-Otto-Pkw Grenzwert für Stickstoffoxide 60 mg/km. Im Vergleich dazu: CO₂-Emissionen von neuen Pkw 120.000 mg/km.

Wie kann es sein, dass bei der Verbrennung von einem Kilogramm Treibstoff etwa 2,5 KILOGRAMM an CO₂ entstehen? 

Kohlenstoff bildet die Masse von Kohle, Öl und Gas. Bei der angestrebten "sauberen", vollständigen Verbrennung verbindet sich jedes Kohlenstoffmolekül mit zwei Sauerstoffmolekülen aus der Atmosphäre. CO₂ ist kein Schadstoff, den man "herausfiltern" kann, es ist das Endprodukt der Verbrennung - und wird in gewaltigen Mengen produziert: 36 Mrd. Tonnen jährlich!

Der Konversionsfaktor ist das Verhältnis von CO₂ zu Endenergie bzw. Primärenergie zu Endenergie.

• CO₂‐Emissionen: CO₂ = EEB * f_CO2
• Primärenergiebedarf: PE = EEB * f_PE
  • davon Primärenergiebedarf nicht erneuerbar: PEne = EEB * f_PEne

Abbildung: CO₂-Ausstoß bei Verbrennung, wobei jeweils 1 kWh Energie freigesetz wird. Der Vergleich zeigt, dass ein Umstieg auf Erdgas zwar eine Reduktion aber keine nachhaltige Lösung darstellt. 

Im Detail finden Sie folgende Werte in der OIB Richtlinie 6 (für Berechnungen zum Energieausweis): 

Warum gibt es Diskussionen über die Konversionsfaktoren?

Vor allem bei den Faktoren für Strom und Fernwärme sind auch stark abweichende Faktoren zu finden. Grund dafür sind unterschiedliche Systemabgrenzungen: Strom nur aus Produktion in Österreich, Berücksichtigung der Stromimporte, Bewertung nach Herkunftsnachweisen, Berücksichtigung unterschiedlicher Produktion Sommer/Winter. Bei Fernwärme ist die Zuteilung der Emissionen zu Wärme und Strom immer diskutierbar.

Wird zum Beispiel Braunkohle in einem Kraftwerk mit einem Wirkungsgrad von 35 % verfeuert, entstehen pro Kilowattstunde elektrischer Energie 1,17 kg Kohlendioxid. Bei einem Erdgas-GuD-Kraftwerk mit einem Wirkungsgrad von 60 % sind es hingegen nur 0,33 kg Kohlendioxid. 

Eine anschauliche Darstellung der aktuellen Stromproduktion und der "carbon intensity" zeigt https://electricitymap.tmrow.co/. Die carbon intensity der Biomasse-Verstromung wird hier - im Gegensatz zur österreichischen Bewertung - unter Berufung auf IPCC hoch eingestuft.

Österreich ist Netto-Stromimportland, zusätzlicher Strombedarf wird daher, je nach dem wann er anfällt, mehr oder weniger durch Importe mit geringerem Anteil an Strom aus erneuerbaren Quellen gedeckt.

Die Konversionsfaktoren sind entscheidend bei der Bewertung von Technologien und Projekten. Es ist daher verständlich, dass je nach Interessenslage mit sehr unterschiedlichen Faktoren argumentiert wird. Wenn es wirklich um Klimaschutz geht, dann sollten die Annahmen soweit wie möglich die Realität abbilden. Zum Beispiel eine elektrische Heizung mit einem Faktor zu bewerten, der den Strom-Erzeugungsmix des Winterhalbjahres abbildet, unter Berücksichtigung der Exporte und Importe. 

Wie wirken die Treibhausgase?

Die Atmosphäre ist nur eine dünne Gashülle, bis zur Obergrenze der Stratosphäre sind es 50 km, das ist weniger als 1 % des Erdradius (6 378 km). Die Luftmasse der Erdatmosphäre ist nur ein Millionstel der Erdmasse. Diese Gashülle sichert aber unser Leben!

Abbildung: Earth's thin atmosphere stands out against the blackness of space in this photo shared on Aug. 31, 2015, by NASA astronaut Scott Kelly on board the International Space Station. (www.nasa.gov/good-night-from-space)

Treibhausgase sind Moleküle mit drei oder mehr Atomen: H₂O, CO₂, CH₄, N₂O etc. Sie lassen kurzwellige von der Sonne kommende Strahlung durch, absorbieren aber auf Grund ihres Schwingungsverhaltens einen Großteil der von der Erde ausgestrahlten Infrarotstrahlung (vergleichbar mit der Wirkung eines Glashauses). 

Bereits 1860 befasste sich der Londoner Physiker John Tyndall als erster mit der Wärmeabsorption von Gasen und bestätigte in seinen Experimenten die verstärkte Absorption durch Kohlendioxid. Heute kann die Wirkung der Treibhausgase im Schulunterricht demonstriert werden, wie Stefan Sirtl in seiner wissenschaftlichen Arbeit "Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase - Experimente für den Physikunterricht" sehr anschaulich zeigt. 

Abbildung: Die Sonne strahlt im kurzwelligen, zum Teil sichtbaren Bereich. 70 bis 75 % des rot markierten, kurzwelligen Strahlungsanteils gelangen durch die Atmosphäre bis auf die Erdoberfläche, ein Teil wird z.B. von Eisflächen reflektiert, der größere Teil heizt die Erde auf und wird als unsichtbare, langwellige Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung, blau markiert) wieder abgestrahlt. Die Abstrahlung ins All wird aber von Treibhausgasen stark behindert, so dass nur 15 - 30 % abgestrahlt werden. Eingezeichnet sind drei Wellenlängenbereiche von Infrarotstrahlung, wie sie von Objekten mit auf der Erdoberfläche üblichen Temperaturen emittiert wird; violett (-63 °C), blau und schwarz (+37 °C) die Grafiken darunter zeigen, welche Treibhausgase welche Teile des Spektrums filtern. Bildautor:  Robert A. Rohde

Der natürliche Treibhauseffekt sorgt dafür, dass die Durschnittstemperatur auf der Erde nicht -18 sondern +15 °C beträgt und macht unser Leben auf der Erde erst möglich. Eine ausgeglichene Strahlungsbilanz sorgt für ein stabiles Klima. Heute beobachten wir aber eine Veränderung der Strahlungsbilanz, die als Strahlungsantrieb, „Stratospheric adjusted Radiative Forcing“ (RF) bezeichnet wird. 

Abbildung: Veränderung des mittleren globalen und jährlichen Strahlungsantriebs durch Treibhausgase, Aerosole und Solarvariabilität 1750 bis 2000 (Quelle: http://www.hamburger-bildungsserver.de, verändert nach IPCC, 2001: Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of the Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Houghton, J.T. et al., eds), Cambridge and New York 2001, Figure 6.6.)

Woher kommen die Treibhausgase, wo landen sie?

Abbildung: Seit 1870 hat der CO₂ Gehalt der Atmosphäre auf rund 400 ppm zugenommen, verursacht durch Kohle, Öl, Gas, Zementproduktion sowie Abholzung und veränderter Landnutzung. Ein Teil der Emissionen wird von den Pflanzen (CO₂-Düngung) und den Ozeanen aufgenommen. "Imbalance" steht für eine Differenz in der Bilanzierung nach heutigem Wissensstand.  

Eine andere Darstellung der globalen Beiträge hat Schönwiese in der informativen Reihe Warnsignal Klima veröffentlicht: 

Abbildung: Quellen der Treibhausgase, http://www.klima-warnsignale.uni-hamburg.de/treibhauseffekt/

Resumee: Der menschgemachte Beitrag der zu einer Verstärkung des Treibhauseffektes führt ist ausreichend belegt und unbestreitbar. Das Argument, der Mensch verursache nur 3 % der CO₂-Emissionen und könne daher das Klima nicht relevant beeinflussen ist nicht zutreffend, denn im Laufe der Jahre hat der menschgemachte Beitrag die Atmosphäre verändert.  

Wäre es insgesamt vorteilhaft, dem Klimawandel mithilfe aufwendiger technischer Eingriffe entgegenzuwirken? Unter dem Leitwort Geo-Engineering werden Maßnahmen diskutiert, die in die Energiebilanz der Erde eingreifen und dadurch die globale Erwärmung einschränken sollen: 

1. Maßnahmen, die den Strahlungshaushalt beeinflussen (engl.: Solar Radiation Management, SRM): Aerosole und Nanopartikel sollen die Nettoeinstrahlung kurzwelliger Sonnenstrahlen verringern und dadurch die Atmosphäre in Bodennähe abkühlen, die erhöhten Treibhausgaskonzentrationen werden nicht vermindert. Beispiele: 

• Der Effekt von Schwefeldioxid, Sonnenstrahlen zu reflektieren ist in Zusammenhang mit Vulkanausbrüchen schon lange bekannt. Als Geo-Engineering-Maßnahme wird die Verbrennung schwefelhaltiger Ballons in der Stratosphäre diskutiert.
• Nanopartikel könnten in einer Höhe von ca. 50 km durch Ausnutzung von photophoretischen Effekten (Bewegung kleinster Teilchen durch Sonnenlicht) in einen Schwebezustand gebracht werden und Sonnenlicht reflektieren. Die Nanopartikel müssten begrenzte Lebensdauer haben um gesundheitliche Gefährdungen zu vermeiden, wenn diese doch in die untersten Luftschichten gelangen.
• Versprühen von Meerwasser mit Unterwasserturbinen um die Wolkenbildung zu fördern

2. Technologien mit dem Ziel dem atmosphärischen Kohlenstoffkreislauf Kohlendioxid zu entziehen und dauerhaft zu speichern (engl.: Carbon Dioxide Removal, CDR): beeinflussen zwar die Konzentration des Treibhausgases CO₂ in der Atmosphäre, aber nicht die Menge der anthropogen erzeugten Treibhausgase. Beispiel: 

• Carbon Dioxide Capture and Storage, CCS: CO₂ wird bei der Verbrennung fossiler Energieträger abgeschieden und anschließend unter die Erdoberfläche versenkt. In diese Technologie wurden große Hoffnungen gesetzt, Kosten und Unsicherheiten verhindern aber einen Durchbruch. 

  Vorschläge und Methoden zum Geo-Engineering (Umweltbundesamt):

Diskussion:

Das Interesse an Geo-Engineering ist vor allem in jenen Ländern groß, die stark technikorientiert sind, zum Beispiel Großbritannien und USA. Andere stehen dem Einsatz derart vom Menschen gesteuerter Methoden unter ethischen Vorbehalten sehr kritisch gegenüber.

Geo-Engineering beschränkt sich darauf, bereits eingetretene Auswirkungen des Klimawandels durch künstliche Eingriffe zu manipulieren. Da diese Eingriffe aber sehr aufwendig und technologisch tiefgreifend sind, können die Folgen für das Klimasystem sowie auf das gesamte Leben der Erde nicht ausreichend abgeschätzt werden.

Zur Diskussion stehen auf jeden Fall Fragen zum Verhältnis Kosten/Nutzen, Effektivität und gesellschaftlicher Akzeptanz. Eine gute Darstellung offener Fragen publizierte Alan Robock, Klimawissenschaftler und für das IPCC tätig: 20 reasons why geoengineering may be a bad idea

→ Empfehlungen zum Weiterlesen:

• Geo-Engineering, wirksamer Klimaschutz oder Größenwahn, Broschüre des Umweltbundesamts Deutschland
• The Big Bad Fix, bisher umfassendste Untersuchung zum weltweiten Stand des Geo-Engineering, zu den Technologien und Risiken sowie den Antreibern und Unterstützern, Studie von Biofuelwatch, ETC Group und Heinrich-Böll-Stiftung (pdf)

Ein Kippelement, engl. tipping point bezeichnet einen Punkt oder Moment, an dem eine vorher geradlinige Entwicklung z.B. durch bestimmte Rückkopplungen abrupt abbricht, die Richtung wechselt oder stark beschleunigt wird. 

Kippelemente sind dafür verantwortlich, dass sich das Klima nicht linear und kontinuierlich ändert, sondern dass mit dem Überschreiten bestimmter Grenzen mit drastischen Veränderungen zu rechnen ist, wie Beispiele aus der Vergangenheit zeigen:

Abrupte Klimawechsel gab es z.B. in der Jüngeren Dryaszeit sowie im Paläozän/Eozän. Am Ende der letzten Kaltzeit schmolzen große Eisschilde, was nicht nur einen extrem schnellen und ausgeprägten Meeresspiegelanstieg nach sich zog, sondern durch den massiven Süßwassereintrag auch atmosphärische und maritime Strömungsmuster veränderte. Dies wiederum hatte regional außerordentlich ausgeprägte Klimaveränderungen zur Folge.

Heute besteht die konkrete Gefahr, dass durch die globale Erwärmung ein ähnlich katastrophaler Zusammenbruch eines oder mehrerer Eisschilde nicht nur zu einem schnellen und ausgeprägten Meeresspiegelanstieg, sondern auch zu abrupten Klimawechseln führt.

Beispiel Golfstrom

Aktuell ist die Stabilität des Golfstroms Thema der wissenschaftlichen Diskussion. Auf dem Weg nach Norden kühlt das Wasser ab und gewinnt dabei an Dichte. Schließlich sinkt es im Nordmeer oder Nordatlantik in die Tiefe und treibt damit den gesamten Golfstrom an und fließt zurück nach Süden. Das Absinken wird durch Abkühlen und eine Zunahme des Salzgehaltes durch Verdunstung ausgelöst. Derzeit schmelzen ungeheure Mengen Eis, Süßwasser entsteht und vermindert den Salzgehalt des Golfstroms. Das salzärmere Wasser reduziert die Wirkung der thermohalinen Zirkulation. Die Kraft des Golfstroms wird schwächer. 

Abbildung: Robert Simmon, NASA. Minor modifications by Robert A. Rohde

Ein möglicher Zusammenbruch des Golfstroms könnte die Temperaturen in Nordwest-Europa auf Talfahrt schicken: minus sieben Grad Celsius im Winter in Island, minus fünf in Nordnorwegen, minus drei in Irland und Schottland, minus ein Grad von der Bretagne über Norddeutschland bis ins Baltikum.

Und das, obwohl die globale Erwärmung die Durchschnittstemperatur der Erde bis dahin wohl um mindestens zwei bis drei Grad angehoben haben wird. (Siehe golfstrom-und-klimawandel-neue-zweifel-an-stabilitaet-der-ozeanzirkulation)

Beispiel Permafrost

Die globale Erwärmung taut Permafrostböden auf und setzt damit große Mengen von Methan und Kohlendioxid frei. Methan ist ein starkes Treibhausgas und heizt damit die globale Erwärmung weiter an wodurch noch mehr Methan freigesetzt wird. Diese positive Rückkopplung hat einen verstärkenden Effekt, vergleichbar mit der Rückkopplung in einer Tonanlage (Mikrofon nimmt Ton auf, Verstärker verstärkt diesen, Lautsprecher gibt verstärkten Ton ab, Mikrofon nimmt verstärkten Ton auf usw.).

Das gesamte von Permafrost eingenommene Gebiet auf der Nordhalbkugel beträgt etwa ein Viertel der Landflächen nördlich des Äquators. Die gesamte im Permafrost der Nordhalbkugel gespeicherte Menge an Kohlenstoff wird auf etwa 1000 Gigatonnen geschätzt, die bei einem Auftauen des Permafrosts größtenteils innerhalb eines Jahrhunderts freigesetzt werden würde.

Zum Vergleich: Diese Menge entspricht dem "Kohlenstoffbudget", die Menge an Kohlenstoff, die für das 2-Grad-Ziel insgesamt noch freigesetzt werden dürfte.

Weiterlesen: http://bildungsserver.hamburg.de/eis-und-schnee-nav/2121522/permafrost/ 

Beispiel Eisschilde

Das Schmelzen des arktischen Sommereis gilt als besondere Bedrohung, und einige Wissenschaftler glauben, dass wir den Kipppunkt bereits überschritten haben. Dunkles Ozean Wasser absorbiert mehr Sonnenlicht und die Erwärmung wird weiter verstärkt (positive Rückkopplung). Eine eisfrei Arktis verändert Meeres- und Luftströmungen und damit auch das Wettergeschehen. 

Abbildung: Der Rückgang des Meereises in den letzten 40 Jahren, auffallend ist das Jahr 2016; Quelle: National Snow and Ice Data Center https://nsidc.org/data/seaice_index/

Weitere positive Rückkopplungen betreffen die Löslichkeit von Gasen in den Ozeanen (Ausgasen von Treibhausgasen) sowie die Wasserdampfrückkopplung in der Atmosphäre. Der maximal mögliche Wasserdampfgehalt der Atmosphäre steigt mit der Temperatur. Da Wasserdampf ein sehr wirksames Treibhausgas ist, ergibt sich eine klare Selbstverstärkung. Mehr: www.zamg.ac.at/cms/de/klima/informationsportal-klimawandel/

Es gibt massive, sehr oft wirtschaftliche Interessen, die Energiewende zu verzögern. Die Finanzierung von Kampagnen zur Verbreitung von Falschinformationen ist eindeutig nachweisbar. Nachzulesen z.B. beim Deutschen Umweltbundesamt (Und sie erwärmt sich doch, pdf) oder in einer Untersuchung von influence map die zeigt, dass die fünf größten Öl- und Gasunternehmen (ExxonMobil, Royal Dutch Shell, Chevron, BP und Total) in den drei Jahren nach dem Pariser Abkommen über 1 Mrd. Dollar zur Verbreitung von Informationen investiert haben, die den menschgemachten Klimawandel leugnen, verharmlosen oder herunterspielen. 

Argumente

Klimaänderungen hat es immer gegeben, sie sind vor allem dem Einfluss der Sonne zuzuschreiben.

Die direkte Sonnenstrahlung schwankt über Jahrzehnte nur um etwa 0,1%, was an der Erdoberfläche Schwankungen des "Strahlungsantriebs" (Forcing) von 0,3 W/m² ausmacht. Das derzeit vom Menschen verursachte zusätzliche Forcing ist mit 2,7 W/m² weitaus stärker. 

Erdbahnzyklen – die sogenannten Milankovitch-Zyklen betragen 23.000 bis 400.000 Jahre. Sie verursachen nach gegenwärtigen Erkenntnissen die periodisch wiederkehrenden Eiszeiten. Demnach wären wir noch in einer Phase der Abkühlung, siehe unten. 

Zumindest seit Ende der 1970er Jahre ist die Änderung der bodennahen, globalen Mitteltemperatur mit natürlichen Einflüssen allein nicht zu erklären. Nur wenn alle bekannten Einflüsse auf das Klima einbezogen werden, einschließlich der durch den Menschen verursachten Treibhausgase in der Atmosphäre, kann die beobachtete Klimaerwärmung von Seiten der Theorie nachgebildet werden.

Der menschliche Beitrag ist im Vergleich zu natürlichen Vorgängen zu unbedeutend um das Klima zu verändern.

Die Mengen an Kohlenstoff, die durch Verbrennung von Kohle, Öl und Gas zusätzlich in die Atmosphäre gelangen sind keinesfalls unbedeutend. Rund 36 Milliarden Tonnen CO₂ werden derzeit jährlich in die Atmosphäre emittiert. Die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre ist daher auch stark angestiegen, von ca. 320 auf 400 ppm allein in den letzten 50 Jahren. 

Der menschgemachte Beitrag zur Veränderungen der natürlichen Umwelt ist in vielen Bereichen, nicht nur im Klimabereich, längst nicht zu bestreiten. Der Mensch bestimmt inzwischen die geologischen Prozesse - nicht allein, aber in großem Ausmaß, er verändert die Erde:

• die Atmosphäre vor allem mit Kohlendioxid und Methan,
• die Vegetation durch Bewirtschaftung, Urwälder und Regenwälder verschwinden.
• daraus folgt u.a. der Anstieg des Meeresspiegels.
• Die natürlichen Kreisläufe von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor wurden grundlegend verändert.
• Das Artensterben hat sich unter dem menschlichen Einfluss deutlich beschleunigt, heute gibt es hohe Population an gezüchteten Nutztieren.
• Kunststoffbestandteile, Kohlenstoffverbindungen aus der Verbrennung fossiler Energieträger, Fallout aus Atombombenversuchen und vieles mehr finden sich im Ökosystem sowie in Sedimentschichten.

Wir leben also in einer Epoche der Klima- und Erdgeschichte, dem "Anthropozän". Dieser relativ neue Begriff verweist darauf, dass jetzt der Mensch (griechisch Anthropos) die größten Veränderungen der natürlichen Umwelt verursacht. Wir haben in vielen Prozessen die natürliche Schwankungsbreite des Holozäns (Holozän ist der jüngste Zeitabschnitt der Erdgeschichte und es dauert bis heute an) verlassen.

Der Mensch ist er nur für 3 Prozent des CO₂-Ausstoßes verantwortlich, kann also am Klimawandel nicht schuld sein.

Der größte Teil der CO₂-Emissionen ist tatsächlich Teil natürlicher Kreisläufe. Bekanntlich produzieren Abbauprozesse und Atmung CO₂. Die Photosynthese der Pflanzen verwendet dieses CO₂, wandelt es in Biomasse um und produziert Sauerstoff. Dieser Kreislauf bewegt pro Jahr rund 100 Milliarden Tonnen Kohlenstoff, ist aber geschlossen und im Prinzip "nachhaltig" (Siehe: Kohlenstoff in Gigatonnen).

Vulkanischen Kohlendioxid-Emissionen hat es immer gegeben, diese sind "mindestens hundertmal kleiner als die menschengemachten Emissionen" (Fünfter Sachstandsbericht des IPCC von 2013/14). 

Die CO₂-Konzentration der Atmosphäre steigt erst außergewöhnlich stark an, seit der Mensch in großem Ausmaß zusätzlich Kohlenstoff aus fossilen Quellen in die Atmosphäre bringt. Dieser Anstieg auf inzwischen 400 ppm ist eindeutig messbar (siehe www.klimaaktiv-elearning.at/). 

Klimaveränderungen gab es immer wieder. Im Mittelalter war es wärmer, Grönland heißt übersetzt Grünland. Da gab es vor 500 Jahren kein Eis. 

Es stimmt, dass die Region um den Nordatlantik zu Beginn des zweiten Jahrtausends eine relativ warme Phase erlebte, doch „grün“ war Grönland selbst damals nur an den Küsten. Der grönländische Eisschild ist bis zu 3.200 Meter dick und existiert seit mindestens 400.000 Jahren. Wäre Grönland vor 500 bis 1000 Jahren eisfrei gewesen, dann müssten für die Bildung eines derartigen Eisschildes in wenigen Jahrhunderten enorme Niederschlagsmengen gefallen sein, wofür es keine Hinweise gibt. Wäre Grönland Jahren eisfrei gewesen, müsste der Meeresspiegel etwa 7 Meter höher gewesen sein. Wie wäre aber dann die Gründung von Venedig im Jahr 421 n.Chr. möglich gewesen?

Abbildung: Blaue Kurve: Globale Temperaturrekonstruktion aus Proxydaten von Marcott et al., Science 2013. Rote Kurve: Globale Temperatur aus Messdaten (HadCRU). Grafik: Klaus Bittermann. https://scilogs.spektrum.de/klimalounge/palaeoklima-das-ganze-holozaen/

In der Kurve erkennbar ist der Übergang vom relativ warmen Mittelalter in die „kleine Eiszeit“, allerdings als Teil einer viel langfristigeren Abkühlung, die mit der rasanten Erwärmung im 20. Jahrhundert ein jähes Ende gefunden hat. In nur hundert Jahren wurde die Abkühlung von 5000 Jahren wettgemacht. Eine Folge ist z.B., dass der vor 5000 Jahren unter dem Eis verschwundene Eismensch Ötzi 1991 wieder zum Vorschein gekommen ist.

Die Wissenschaft ist sich nicht einig

Skepsis  ist eine Grundvoraussetzung wissenschaftlichen Denkens, die Verleugnung wissenschaftlicher Erkenntnisse ist etwas anderes. 

Tatsächlich hat die in den Medien fallweise forcierte "Skeptikerdiskussion" kaum etwas mit echten Diskussionen zum Klimawandel unter Fachleuten zu tun. Medien suchen die Kontroverse. In der Klimawissenschaft (IPCC) besteht ein Konsens über die anthropogene – durch den Menschen verursachte – Klimaerwärmung. Es lohnt sich zu fragen, woher die Argumente der Klimawandelleugner stammen:

Eine Gallionsfigur der Klimaskeptiker im deutschsprachigen Raum ist Horst-Joachim Lüdecke. Der emeritierte Professor für Physik und Informatik gehört dem Europäischen Institut für Klima und Energie (EIKE e.V.) an. EIKE ist aber kein Forschungsinstitut und publiziert auch nicht in wissenschaftlichen Fachzeitschriften, sondern ein klimawandelkritischer Verein, der sich auch für die "Beendigung der Kernenergie-Diskriminierung" einsetzt. EIKE nutzt die selbe Postfachadresse (Postfach 110111, 07722 Jena) wie der europäische Ableger des „Committee for a Constructive Tomorrow“ (CFACT), ein großer Player in der organisierten Klimaskeptikerbewegung. Finanziert wird CFACT unter anderem aus Spenden von ExxonMobil, dem zweitgrößten Mineralölkonzern weltweit (siehe auch https://www.faktistfakt.com).