Klima, wie sensitiv bist Du?

Der Spiegel schreibt am 23.7.: „Forscher prognostizieren stärkere Erderwärmung. In leistungs­starken Programmen simulieren Forscher, wie die Erde auf eine Verdopplung der Kohlendioxid-Menge in der Atmosphäre reagieren würde.“

Der Guardian warnte schon im Juni: „The current pace of human-caused carbon emissions is increasingly likely to trigger irreversible damage to the planet, according to a comprehensive international study released Wednesday. (Laut einer umfassenden internationalen Studie, die am Mittwoch veröffentlicht wurde, wird das derzeitige Tempo der vom Menschen verursachten Kohlenstoffemissionen zunehmend irreversible Schäden auf dem Planeten auslösen.)“

Das sind keine guten Nachrichten, aber können wir Spiegel und Guardian blind vertrauen? Ich schlage vor, wir schauen uns das mal an.

Das Häschen und Corona

Bitte betrachten Sie zunächst aufmerksam dieses kurze Video (zu Beginn bitte ein paar Sekunden Geduld):

Die Vierbeiner fühlen sich in der Dunkel­heit unsichtbar, verraten sich aber durch eine geheimnisvolle Strahlung. Ist das die „Aura“, wie sie nur von ganz besonderen Wesen ausgeht?

Nicht ganz. Was man sieht, ist infrarotes Licht, das von einer Spezialkamera aufgezeichnet wurde. Solches Licht, auch Wärmestrahlung genannt, wird von jedem Körper emittiert, ob lebendig oder nicht. Es kommt nur auf seine Temperatur an.

Mit der Temperatur steigt die Energie der Strahlung, und zwar ganz gewaltig. Die stark durchbluteten und unbehaarten Partien scheinen deutlich heller als der Rest des Körpers, obwohl sie nur ein paar Grad wärmer sind. Dieser Effekt wird übrigens auch beim kontaktlosen Fieber­messen benutzt, wie es in Corona-Zeiten alltäglich ist. Das Thermometer misst die von der Haut abgestrahlte Energie und kann daran tatsächlich unterscheiden, ob wir nur 36,5°C oder bedenkliche 38°C haben.

Die Strahlung von Mutter Erde

Mutter Erde hat eine durchschnittliche Temperatur von etwa 15°C und strahlt damit permanent etwa 340 Watt Wärme je Quadratmeter ins All. Das ist nicht viel, aber dank ihrer gigantischen Oberfläche kommt da einiges zusammen. Warum kühlt sie sich dann nicht fortlaufend ab?

Nun, Sie haben es erraten: Die liebe Sonne wärmt uns ja, und zwar mit großzügigen 1.388 Watt pro Quadratmeter. Bekommen wir dann nicht wesentlich mehr Energie geliefert, als wir abstrahlen? Warum glüht die Erde dann nicht längst?

Dazu etwas Geometrie: So, wie wir den Mond, so sieht auch die Sonne unsere Erde als kreis­förmige Silhouette. Auf der Fläche dieser Scheibe von 6.371 km Radius werden die Sonnen­strahlen eingefangen. Fragen Sie jetzt bitte nicht, ob das auch nachts so ist; irgendeine Hälfte des Globus ist ja immer zur Sonne gewandt.

Eingestrahlte und emittierte Energie ist gleich

Damit unsere Temperatur gleich bleibt, müsste die Erde ebenso viel Energie abstrahlen, wie sie empfängt. Und genau das tut sie. Sie strahlt nämlich mit ihrer gesamten Kugeloberfläche, nicht nur mit der scheibenförmigen Silhouette, die sie der Sonne darbietet. Und wie es der Zufall so will, ist die Oberfläche einer Kugel genau das Vierfache einer Scheibe gleichen Durchmessers.

Um die gesamte Energiebilanz der Erde zu berechnen, müssen wir die empfangene Sonnen­energie von 1.388 Watt/m² mit der Fläche besagter Scheibe multiplizieren und die Abstrahlung von 340 Watt/m² mit dem Vierfachen dieser Fläche, und dann die Differenz bilden.

Multiplizieren wir zunächst die 340 mit 4, dann kommen wir auf 1.360. Aber das ist ja fast genau das, was die Sonne zu bieten hat. Das ist kein Zufall, es sagt uns, dass tatsächlich die durch­schnittlich eingestrahlte und emittierte Energie – im Rahmen unserer extrem vereinfachten Betrachtung – gleich sind.

Wie durchsichtig ist Luft?

Nun strahlt die von der Erde abgegebene Energie nicht ungehindert ins Vakuum des Weltalls, sondern muss sich erst ihren Weg durch die Lufthülle erarbeiten. Da gibt es Blockaden, die zwar die einfallenden Sonnenstrahlen passieren lassen, die ausgehende Wärmestrahlung aber behindern. Das sind die sogenannten Treibhausgase, und das berüchtigtste heißt CO2.

Als Autofahrer haben Sie sicher schon gesehen, was passiert, wenn Sie versuchen, mit den Scheinwerfern durch Nebel zu leuchten. Sie bekommen den halben Segen zurück in die Augen und können noch weniger sehen als vorher. Für die Infrarotstrahlen ist das CO2 wie Nebel, für uns (außer Greta) ist dieses Gas aber total unsichtbar. Das CO2 streut einen Teil der Wärmestrahlung, die eigentlich ins All entweichen möchte, zurück. Die Erde bleibt daher etwas wärmer, als es ohne CO2 der Fall wäre.

Ein paar Grad mehr bedeutet aber, dass die Erdoberfläche wesentlich mehr Energie abgibt. Dabei macht schon ein kleiner Temperaturanstieg einen deutlichen Unterschied. Erinnern Sie sich an die Tiere im Video? Da strahlen die Bäuche der Elefanten auch mehr als die kühleren Rücken.

Irgendein Wert zwischen 1,5°C und 4,5°C

Die Erdoberfläche strahlt nun also ebenfalls stärker, aber das CO2 hält davon eben einen kleinen Prozentsatz zurück, sodass letztlich die gleiche Energie ins All gestrahlt wird, wie es ohne CO2 der Fall war. Das Gleichgewicht von empfangener und abgegebener Energie ist also wieder hergestellt, wenn auch zum Preis einer höheren Temperatur.

Nun haben sich die Forscher etwas überlegt. Nehmen wir die präindustrialisierte Erde, etwa vom frühen 20. Jahrhundert, da gab es 0,028 Prozent CO2 in der Luft. Auf diese Situation hatten sich die Erde und ihre Temperatur seit Jahrtausenden eingestellt. Jetzt verdoppeln wir schlagartig die CO2-Konzentration von 0,028 Prozent auf 0,056 Prozent. Um wie viel Grad würde es dann wärmer? Das ist natürlich ein Gedankenexperiment, wir können es nicht gerade mal mit der Erde durchführen, aber es kann lehrreich sein.

Lange haben die Experten gerechnet und kamen zu dem Ergebnis, dass die Temperatur um irgendeinen Wert zwischen 1,5°C und 4,5°C steigen würde. Diesen Wert nannten sie Klima-Sensitivität.

Geht’s nicht genauer?

Das ist aber ein recht ungenaues Resultat. Das ist, als würde ein Handwerker einen Kosten­voranschlag machen: „… so zwischen 1.500 und 4.500 Euro wird’s schon werden.“ Können die Spezialisten mit ihren Supercomputern das nicht besser ausrechnen?

Nun, ich habe Ihnen bisher nur die halbe Wahrheit erzählt, vielleicht sogar noch weniger. Neben dem CO2 gibt es ein anderes Treibhausgas, das im Vergleich zu CO2 eine hundertmal so große Konzentration haben kann: der Wasserdampf in der Atmosphäre, auch Luftfeuchtigkeit genannt. Dieses gasförmige, unsichtbare Wasser hat auf die Wärmestrahlung den gleichen Effekt wie das CO2, allerdings wesentlich stärker.

Während sich CO2 nun einigermaßen ordentlich über die Erde verteilt, verhält sich das Wasser genau umgekehrt. Mal ist es hier, mal dort, manchmal kondensiert es zu kleinen Tröpfchen und bildet Wolken, dann werden die Tröpfchen groß und schwer, sodass sie zu Boden fallen und wir sagen: „Es regnet.“ Dieses chaotische Treiben des Wassers ist ein wesentlicher Teil dessen, was wir als Wetter bezeichnen.

Ein feines Seidenhemdchen und Mutter Erdes Temperatur

Und das Wasser, sei es gasförmig flüssig oder fest, hat einen sehr starken Einfluss auf die einfallende und emittierte Strahlung. Jetzt geht es nicht mehr nur um sanfte Streuung der Wärmestrahlung auf ihrem Weg ins All; durch das Wasser wird chaotisch ins ganze Energiegeschehen eingegriffen: Sonnenlicht wird an den Oberseiten der Wolken reflektiert, sodass es gar nicht erst auf die Erde kommt; Wärmestrahlung wird an der Unterseite blockiert und feine Nebeltröpfchen treiben ihr eigenes Spiel mit den verschiedenen Strahlen.

In diesem Chaos wollen wir nun herausfinden, welchen Einfluss die Zunahme der CO2-Konzentration um ein paar hundertstel Prozent haben soll? Das ist so, als hätte Mutter Erde ein feines Seidenhemdchen aus CO2 an, das sie niemals ablegt, darüber aber zieht sie nach Lust und Laune dicke Wollpullover, Pelz­jacken und Wintermäntel aus Wolken oder Wasserdampf an und aus. Das feine Seidenhemdchen aber wird von Jahr zu Jahr um ein paar Fädchen dichter; und wir wollen ausrechnen, welchen Einfluss genau das auf Mutters Temperatur hat?

Mission Impossible

Es ist eine „Mission impossible“, aber furchtlose Forscher vom „World Climate Research Programme“ haben erneut ihre Computer angeworfen und mit neuesten Daten und Erkenntnissen gefüttert – und voilà, hier ist das Ergebnis: Die Klima-Sensitivität liegt bei einem Wert irgendwo zwischen 1,6°C und 5,6°C. Würde also das CO2 auf den besagten doppelten Wert der präindustrialisierten Ära ansteigen – gemäß aktuellem Zuwachs würde das 75 Jahre dauern – dann könnte Hamburgs mittlere Jahrestemperatur von heute 8°C auf maximal 13°C steigen, dann wäre es an der Alster so warm wie heute in Mailand, und in Mailand wie heute in Sevilla.

Es spricht für die Gewissenhaftigkeit der Forscher, dass sie uns auch verraten, mit welcher Wahrschein­lichkeit ihre Aussage zuträfe: nämlich 66 Prozent. Diese Unsicherheit, verknüpft mit der ohnehin schon riesigen Unschärfe von 1,6°C bis 5,6°C, ist aber ein Offenbarungseid: die Angelegenheit ist viel zu kompliziert, als dass wir sie berechnen könnten. Man kann einfach nichts Genaueres sagen als: „Wenn wir so weitermachen wie bisher, dann wird es in den nächsten Jahrzehnten vermutlich ein paar Grad wärmer.“

Also, liebe Forscher: es liegt nicht an Euch oder an Euren Programmen, dass Ihr zu keinem vernünftigen Ergebnis kommt. Es liegt an der Natur des Klimas. Man kann es einfach nicht im Computer abbilden – ebenso wenig wie die Gedankengänge einer Frau. Sucht Euch einen anderen Job; bei Eurer Qualifikation ist das kein Problem.

Und noch etwas: Mit einer Wahrscheinlichkeit von 100 Prozent minus 66 Prozent, also mit 33 Prozent könnte die Erwärmung außerhalb des angegebenen Bereichs von 1,6°C bis 5,6°C liegen. 33 Prozent ist immerhin dieselbe Wahrscheinlichkeit, mit der man beim Würfeln eine Fünf oder Sechs erwarten kann. Wir könnten also, wissenschaftlich ganz legitim, auch weniger als 1,6°C Erderwärmung erwarten. Wären wir dann Klimaleugner, also Unmenschen? Oder befänden wir uns noch mit 33 Prozent Wahrscheinlichkeit unter den Anständigen?

 

Dieser Artikel erschien zuerst auf Hans Hofmann-Reineckes Blog Think-Again 

Foto: Pixabay

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Leserpost

netiquette:

Robert Denschlag / 12.08.2020

Naja, zu ca. 16 % weniger als 1,6 Grad und zu 16 % mehr als die 5,6 Grad.

Wolfgang Richter / 11.08.2020

@ “Wolfgang Richter” - Einer von uns beiden sollte seinem Namen einen Zusatz / Buchstaben oder was auch immer verpassen, zur Unterscheidung, wobei ich Ihren Kommentar unterschreiben könnte.

Reinhold Schmidt / 11.08.2020

Diese ganzen, aufwändigen Klimarechenmodellierungen sind derzeit mit ihren riesigen Computer- und “Wissenschaftlerressourcen” nicht einmal dazu in der Lage die jedermann/frau bekannte wechselhafte Entwicklung des Klimas (Kaltphasen - Warmphasen) in Relation mit der jeweiligen CO2 -Konzentration der letzten zweitausend Jahre schlicht und einfach plausibel nachzurechnen und darzustellen. Solange die mit ihren Modellen, nicht einmal “was war” modellieren können, will ich von diesen “Wissenschaftlern”  auch keine Hochrechnungen in die Zukunft sehen. Die Bewertung dieser Versuche als politisch motiviertes Wunschdenken ist höflich formuliert. Jedem Ingenieurstudent im 3. Semester würde sein Prof einen solchen Simulationsansatz zur Bewertung physikalischer Abhängigkeiten um die Ohren hauen.

K. Schmidt / 11.08.2020

Der erste Teil dieses Textes ist nicht gerade relevant. Aber “...nämlich 66 Prozent. Diese Unsicherheit, verknüpft mit der ohnehin schon riesigen Unschärfe von 1,6°C bis 5,6°C, ist aber ein Offenbarungseid…” trifft genau den Kern des Problems. 66 Prozent Eintrittswahrscheinlichkeit ist einfach von den “Wissenschaftlern” propagandamäßig dahergelogen. Niemand kann so eine Eintrittswahrscheinlichkeit kennen oder berechnen und schon gar nicht empirisch ableiten. Die angesprochenen Modelle gehen, so weit ich weiß, alle von einer rechnerischen Grundtemperaturerhöhung (bei CO2 Verdopplung ) von einem Grad Celsius aus. Das ist ein Wert der “Laborbedingungen” in der Wüste entspricht. Dazu kommen dann vermutete Rückkopplungseffekte. Bei 1,5 bis 4,5 Grad lägen also Rückkopplungseffekte zwischen 0,5 und 3,5 Grad vor. Faktor 7 Unterschied! Welcher vernünftige Mensch kann dabei glauben, dass die Wissenschaft das Thema verstanden hat?

Martin Landvoigt / 11.08.2020

@ Dr. Karl Wolf / Vielleicht kann ich ihnen bei ihren Fragen helfen. ‘warum es nun schon das dritte Jahr in Folge unerträglich heiß und vor allem viel zu trocken ist, warum die Bäume sterben und es immer weniger Insekten gibt.’ Es ist eine Frage, dass sich das Klima wandelt. Das tat es schon seit Millionen von Jahren. Aber das Wetter ist auch ohne Klimawandel sehr variable. Es gab auch früher schon Dürren. Von Klimawandel spricht man bei einem erkennbaren Trend von Größer 30 Jahren, aber auch dieser Zeitraum ist kritisch. Denn die ozeanischen Oszillationen AMO,  PDO und einige weitere mehr beeinflussen spürbar das Klima. Das hat schon Mojib Latif herausgefunden. AMO und PDO haben Zyklusdauern von rund 60 Jahren. Darum sind unbereinigte Trends innerhalb dieser Zeitspanne eben kein deutlicher Indikator für einen langfristigen Klimawandel. Aber selbst wenn die Beobachtungen tatsächlich den Klimawandel geschuldet wären, was man ja nicht ausschießen kann, so bleibt die Frage nach den Ursachen und den Handlungsoptionen noch immer ungeklärt. Und das schreiben Sie auch: ‘, daß zwar die meisten spüren, daß sich das Klima verändert hat, niemand aber wirklich weiß warum, ob auf Grund natürlicher Entwicklung, immer wieder auftretender Kalt- und Warmzeiten oder durch menschliche Aktivität.’ Aber auch wenn man diese Annahme, dass es überwiegend durch menschliche Aktivität wäre (was ich mit guten Gründen bezweifle)  bleibt die Frage, ob man dagegen wirklich etwas tun kann. Und das kann man recht schlüssig widerlegen. Ich habe auch drei Kinder und weitere Enkel. Ich denke, dass die größten Gefahren für die Zukunft jener in einem Zusammenbruch der Wirtschaft, Verarmung, Zusammenbruch der öffentlichen Ordnung, einem demographischen Wandel und in einem neuen totalitären Staat liegen. Der Klimawandel, den wir ohnehin nicht aufhalten können, gehört nicht dazu.

Martin Landvoigt / 11.08.2020

@Joachim Kuhnle - Ich begrüße einen Skeptizismus, wenn er den Äußerungen misstraut. Aber sollte es ihnen nicht zu denken geben, wenn Menschen, die in der Konsequenz die Klimapanik für grundfalsch halten, aber dennoch die Grundtatsachen der Physik nicht bestreiten? Mir erschien das anfangs auch sehr verdächtig, aber dann habe ich mich etwas mehr sachkundig gemacht. Es gibt viele schlagende Gründe, warum die Klimapanik aus wissenschaftlicher Sicht scharf abzulehnen ist. Ihre Behauptungen gehören nicht dazu.  Ich meine darum, dass es der gemeinsamen Sache nicht dient, wenn man aus Unkenntnis einen Rundschlag durchführt, aber damit sich selbst als Uninformierter offenbart. Gerade die Alarmisten greifen dann unhaltbare Behauptungen gerne auf, um die berechtigte Kritik zu diskreditieren. Darum meine Bitte: Bleiben sie skeptisch! Aber auch gegen vorschnelle Ansichten ihrerseits. Es ist nicht so schwer sich selbst ein fundiertes Bild zu machen.

giesemann gerhard / 11.08.2020

Zum Wasserdampf kann man nur mal einen Tag und eine Nacht in der Sahara empfehlen: Tagsüber brüllend heiß und nachts 0°. Wir singen das Panzerlied von 1934, inzwischen verboten von Flinten-Uschi: Ob’s stürmt oder schneit, ob die Sonnää uns lacht, ob gluhend heiß der Tag oder eiskalt die Nacht - vernebelt sind die Hirne, doch froh ist unser Sinn, unser Gesinn, es braust unser Panzer im Wahnsinn dahin ... , gucksdu YT.

Hannes Kopf / 11.08.2020

@ Martin Landvoigt / 11.08.2020 leider unterliegen viele diesem Missverständnis, wie auch sie formulieren. De facto spielt es keine Rolle, ob in der unteren Atmosphäre 300 oder 600 CO2 Moleküle unter 1.000.000 rum schwirren, denn in beiden Fällen erfolgt die spektrale Emission (insbesondere 15ym Bande) erst ab ca. 6km Höhe. Diese Höhe verschiebt sich bei Erhöhung des CO2 Anteils etwas nach oben und NUR WEIL ES WEITER OBEN IM MITTEL IMMER KÄLTER IST, kann die T auch darunter zunehmen, bei nahezu konstanter Lapserate. Die dann höhere “Gegenstrahlung” ist nichts weiter als die Folge der T Erhöhung. Aber ganz falsch ist es zu glauben, sie geben meinetwegen in eine Schicht 500m über der Oberfläche mehr CO2 und dieses würde den Strahlungsfluss zur Oberfläche erhöhen. Die Schicht selbst strahlt natürlich nach oben hin dann genau so viel mehr und kann sich somit nicht erwärmen. Interessant wäre, wenn endlich jemand mal berechnen würde, wie sich eine allgemeine Erhöhung der Konvektiven Atmosphäre (Tropopause) auf den Gesamtenergie Gehalt auswirkt und wie sehr die mittlere Lapserate beeinflusst wird. Aber egal, so langsam wäre es jedenfalls Zeit, wenn alle Menschen, die über CO2 reden auch die Physik des THE verstehen.

Joachim Kuhnle / 11.08.2020

Die CO2-Klimasensitivität existiert in der Natur überhaupt nicht. Dieser Parameter ist eine reine Erfindung der Klimaschwindler. Es gibt kein Strahlungsgleichgewicht auf der Erdoberfläche, folglich ist die Strahlungsbilanz unerheblich. Auf der Erdoberfläche kommen im Schnitt 160 W/m2 Sonnenenergie an, davon werden 60 Watt per Strahlung und 100 Watt per Konvektion wieder nach oben transportiert. Wasserdampf nimmt im Gegensatz zu CO2 nach oben hin ab. Bei geringem Wasserdampf kann die Energie ins All abgestrahlt werden. CO2 hat keinen Einfluss, nur auf die Strahlungsbilanz am Boden, die (wie erwähnt) unbedeutend ist.

Ralf Pöhling / 11.08.2020

Da liest man die erste Hälfte des Artikels und denkt sich, da fehlt doch wieder was. Und dann wird es in der zweiten Hälfte in vollem Umfang nachgeliefert. Danke! Wie umfangreich der Einfluss von Wolken bzw. Luftfeuchtigkeit auf die Einstrahlung der Sonne auf den Boden bzw. die Abstrahlung der im Boden gespeicherten Wärme zurück in die Atmosphäre ist, kann jeder Mensch mit ein wenig Lebenserfahrung selbst bestätigen. Je feuchter die Luft, desto heißer fühlt sie sich im Sommer an und desto kühler ist sie im Winter. Und das ist mitnichten ein subjektiver Eindruck. Kennt man auch aus dem Badezimmer, wenn man gerade geduscht hat. Und das es im durch Wolken hervorgerufenen Schatten deutlich kühler ist, als in der prallen Sonne, weiß auch jeder, der geistig nicht total vernebelt ist. Wird aber in den Klimaberechnungen nicht eingepreist. Was wohl damit zu tun hat, dass man chaotische Wetterphänomene eben bisher nicht gezielt berechnen kann und sie deshalb einfach weglässt. Wenn ein entscheidender Faktor fehlt, ist eine Simulation aber nicht vollständig und sollte nur als Annäherung verstanden werden. Auf eine andere Sache möchte ich zusätzlich hinweisen: Mir fehlt immer ein Faktor beim Thema Klimaerwärmung, der überhaupt nicht entsprechend gewürdigt wird: Nämlich die direkte Verlustwärme bei der Nutzung von Verbrauchern. Teils ist diese Verlustwärme gewünscht, wie z.B. bei Heizkörpern oder dem Küchenherd, teils ist sie unerwünscht, wie z.B. bei Autos oder Elektrogeräten. Wenn ich meinen Computer anschalte, produziert er Abwärme. Gilt auch für meinen Fernseher oder die Spielekonsole. Elektrogeräte, die keine nennenswerte Abwärme produzieren, sind äußerst selten. Oftmals verfügen solche Gerätschaften sogar über spezielle Kühlkörper, um diese Abwärme loszuwerden, damit das Gerät nicht überhitzt. Diese direkte Abwärme geht in die Atmosphäre und erwärmt sie. Scheint keinen zu interessieren. Etwa weil dazu keinen Daten vorliegen und man deshalb damit nicht rechnen kann?

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