Die Klima – „Katastrophe“ D. Hebert 1) „Nicht das was wir wissen, bringt uns zu Fall, sondern das, was wir fälschlicherweise zu wissen glauben.“ Mark Twain

Zusammenfassung: Befunde zum Klimawandel und das klassische Treibhausmodell werden kritisch diskutiert. Auf der Grundlage des Energiehaushaltes der Atmosphäre und beteiligter Wärmetransportvorgänge wird die vertikale Temperaturverteilung in der Troposphäre und die Strahlungskühlung der Atmosphäre erläutert. Abschließend wird die rezente Klimaänderung unter dem Aspekt kosmischer Einflüsse besprochen.

Vorbemerkungen Nachdem ich mich über viele Jahre hin mit der Anwendung von Isotopenmethoden in der geowissenschaftlichen Forschung befasst hatte (z.B. HEBERT 1997), fiel mir vor etwa 10 Jahren die Aufgabe zu, für die damals an der TU Bergakademie Freiberg neu eingerichteten Studiengänge Geoökologie und Angewandte Naturwissenschaft eine Vorlesung „Physik der Atmosphäre“ aufzubauen. Dabei erwies sich das Lehrbuch „Die Atmosphäre“ (ROEDEL 1994) als sehr hilfreich und anregend, insbesondere was die vorsichtigen Formulierungen zum anthropogenen Treibhauseffekt und die Kritik an dem auf KONDRATEV u.a. (KONDRATYEV, MOSKALENKO 1984) zurückgehenden Treibhausmodell, das nahezu uneingeschränkt anerkannt war (z.B. SCHOENWIESE 1995), betraf: In diesem Modell war der Einfluss der Wolken auf die Temperatur der bodennahen Luft nicht berücksichtigt und es wurde angenommen, dass angeregte Moleküle der sogenannten Treibhausgase (z.B. Wasserdampf, CO2, CH4; Stickoxide) ihre Schwingungsenergie in Form von IR-Strahlung abgeben. Diese Abregung erfolgt jedoch hauptsächlich durch Stöße mit Nachbarmolekülen, also N2 und O2. In der zurückliegenden Dekade haben sich Wissenschaftler verschiedener Disziplinen vom Treibhausmodell distanziert (z.B. THÜNE 1998; THIEME 2000, 2001, 2005; DIETZE 2000, 2005; v. ALVENSLEBEN 2002; JAWOROWSKI 1997, 2004; HEBERT 2004, 2005). Interessant erscheint mir, dass SCHÖNWIESE die Arbeit von KONDRATYEW nicht mehr zitiert (SCHÖNWIESE 2003). Dennoch bildet der anthropogene Treibhauseffekt die weithin anerkannte Lehrmeinung zur Begründung anthropogener Klimaänderungen (IPCC, HOUGHTON et al. 2001) und den abgeleiteten politischen und wirtschaftlichen Konsequenzen (KYOTO Protocol 1997). Der unmittelbare Anlass zu diesem Beitrag war ein Artikel „ Wie sich unsere Erde verändert“, den man in der Fernsehprogramm – Zeitschrift SUPER-TV, Heft 33 (2006) auf den Seiten 4 und 5 findet. Schlagworte wie „ Der Amazonas versteppt“, „New York versinkt im Meer“ und „Afrika zerbricht“ erregten Aufmerksamkeit und lösten Angst aus. Der Klimaforscher ST. RAHMSTORF wurde zitiert mit Aussagen wie: - Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts wird die Temperatur weltweit um 1,5 bis 6 Grad steigen. - Durch die steigende Meerestemperatur werden wahrscheinlich stärkere Hurrikans auftreten. 1)

Prof. (apl.) Dr. habil. Detlef Hebert, TU Bergakademie Freiberg, 09596 Freiberg, [email protected]

1

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Schon bei 3 Grad Erwärmung verschwindet auf Dauer das Grönlandeis; der Meeresspiegel könnte weltweit bis zu 7 m ansteigen. Schließlich erfährt der Leser, dass zu den fünf größten Gefahren für die Welt(!) z.B. das Auseinanderbrechen des Kontinents Afrika und das Schmelzen der Eisdecke Antarktikas, gehören. Man erkennt das Prinzip: Wissen, Vermutungen und Spekulationen über natürliche Vorgänge und deren Beeinflussbarkeit durch die Menschen (mit möglicherweise gefährlichen Konsequenzen) werden manchmal nur unzureichend voneinander getrennt. Die Kosten für die daraus abgeleiteten politischen und wirtschaftlichen Folgerungen müssen wir alle miteinander tragen. 1. Zum rezenten Klimawandel Wir Menschen sind als Klimaindikatoren nicht gut geeignet: Müsste man den Klimaverlauf für Berlin (Abb. 1) nur nach dem Temperaturtrend zwischen 1760 und 1890 beurteilen, so

Abb. 1: Temperaturverlauf seit 1731 für Berlin (30-Jahres-Mittel, aus MALBERG 1997) würde man aus der beobachteten 130 Jahre andauernden Abkühlung wohl auf eine Fortsetzung dieses Trends schließen. Andererseits ergibt sich aus dem zwischen 1890 und 2000 aufgezeichneten Temperaturverlauf (Abb. 2) eine deutliche Erwärmung um etwa 1 Grad in 100 Jahren.

2

Abb. 2: Global gemittelter Temperaturverlauf seit 1880 (SATO + HANSEN, 2006) Beurteilt man die zurückliegenden 25 Jahre, so wird eine zunehmende positive Temperaturanomali deutlich sichtbar (Abb. 3).

Abb. 3: Global gemittelte monatliche Temperaturanomalien seit 1978 (SPENCER 2005) Um Prognosen ableiten zu können, braucht man eine physikalische Kopplung zwischen klimarelevanten Parametern der Umwelt und der Bodentemperatur der Troposphäre. In den 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts glaubte z.B. H. FLOHN einen formalen Zusammenhang zwischen dem zunehmenden Gehalt des infrarotaktivierbaren Spurengases CO2 in der Troposphäre und dem Temperaturanstieg entsprechend der Beziehung ⎛ ∆CO 2 ⎞ ⎟⎟ (1) ∆T = D ⋅ ln ⎜⎜ ⎝ CO 2 ⎠ 3

gefunden zu haben. Nach (FLOHN 1981) sollte der Faktor D zwischen 5 und 6 K betragen, so dass eine Verdoppelung des CO2-Gehaltes zu einem Temperaturanstieg von etwa 4 K führen müsste. Diese Überlegungen beruhten auf der klassischen Theorie des Treibhauseffektes (z.B. KONDRATYEV u. MOSKALENKO 1984, SCHÖNWIESE 1995, KRAUS 2004) d.h. der Rückstrahlung von Wärme aus der Troposphäre zur Erdoberfläche. Derzeit stehen komplizierte Szenarien, die das Bevölkerungswachstum, die technologische Entwicklung und die Art der Energiebereitstellung berücksichtigen (CURTIUS 2005) und 3dimensionale gekoppelte Atmosphäre-Ozean-Biosphäre-Modelle, zur Verfügung. Die Prognosen sagen für 2100 einen Temperaturanstieg von 1,4 ⋅⋅⋅5,8 K (HOUGHTON et al. 2001) bzw. zwischen 2,5 K und 4,1 K (DKRZ 2005) voraus. Aus Abb. 4 ist zu ersehen, dass die berechneten Temperaturverläufe stark vom jeweiligen Szenarium (Erklärung siehe Global Change 2001, S. 63 sowie (CURTIUS 2005)) abhängen.

Abb. 4: Änderung der Oberflächentemperatur 1990 – 2100 (CUBASCH, MEEHL et. al. 2001) Es soll nochmals betont werden, dass auch diese modernen und aufwändigen Modellrechnungen auf der Wirkung der sogenannten Treibhausgase beruhen (vgl. Kap. 2). Noch eine kurze Überlegung zur Genauigkeit der für 2100 vorausberechneten Temperaturerhöhung von (3,3 ± 0,8) K: Das sind nur 1,1 % der mittleren Oberflächentemperatur der Erde von 288 K – 100 Jahre im Voraus errechnet! Steigende Temperaturen müssen einen Anstieg des Meeresspiegels bewirken: Einerseits ist das die Folge des Rückganges der Vergletscherung der Kontinente und andererseits dehnt sich (warmes) Wasser bei Erwärmung aus. Ein dramatischer Meeresspiegelanstieg fand am Eiszeitende zwischen 20000 und 8000 Jahren vor heute statt (Abb. 5), um etwa 130 m!

4

Abb. 5: Nacheiszeitlicher Meeresspiegelanstieg (KASANG 2004) Für die zurückliegenden 200 Jahre ist nur noch ein schwaches Ausklingen dieses Prozesses (etwa + 10 cm) festgestellt worden (Abb. 6).

Abb.6: Meeresspiegelanstieg seit 1800 (aus KASANG 2004, nach CHURCH u. Gregory 2001) Diese Pegelmessungen waren freilich unsicher, zumal Satellitenbeobachtungen – abgesehen von Gezeiten und Wellen – erhebliche Aufwölbungen (Nordatlantik) und Senken (Indik) mit Niveauunterschieden bis zu 170 m nachgewiesen haben (NZZ 2002). Dies wurde vom Geodäsie- und Geodynamik-Labor der ETH Zürich ermittelt.

5

Die Modellierung des Meeresspiegelniveaus ergibt für das Jahr 2100 einen Anstieg von ca. 50 cm, wobei etwa 30 cm aus der thermischen Ausdehnung des Ozeanwassers resultieren sollen (CHURCH + GREGORY 2001). Aus der berechneten Graphik (Abb. 7) ist die erhebliche Unsicherheit dieser Prognose ablesbar:

Abb. 7: Meeresspiegelanstieg bis zum Jahre 2100 (aus CHURCH + GREGORY 2001) (40 ± 20) cm bedeuten bei einer mittleren Ozeantiefe von 3800 m nur 0,01%. Wir kommen unter 3. auf diesen Befund zurück. 2. Kritik am Treibhausmodell Die Wirkung des Gärtner-Treibhauses beruht darauf, dass sich die Luft im Inneren stärker als die umgebende Außenluft erwärmt. Das geschieht, weil seine gläsernen Wände - für den infraroten Anteil des Sonnenspektrums (0,8 µm ... 4 µm) durchlässig sind und die Abstrahlung des langwelligen IR aus dem Inneren verhindern (DEMTRÖDER 2004, Transmissionskurve in HEBERT 2005) und - den advektiven Austausch feucht-warmer Luft mit der Umgebung unterbinden. Diese Leistung kann die Erdatmosphäre nicht vollbringen, denn - Warmluft kann in kühlerer Umgebung i. allg. ungehindert aufsteigen (und sich dabei abkühlen) und - Die Troposphäre ist für Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich um 10 µm (das Strahlungsmaximum der Erde für T0 E = 288 K ) durchlässig (IR-Fenster, z.B. ROEDEL 2000, S. 42). Der Vergleich der Atmosphäre der Erde mit einem Treibhaus ist also physikalisch unsinnig. Im Grunde genommen ist der Treibhauseffekt als Differenz aus der mittleren Temperatur der bodennahen Luft ( T0 E = 288 K bzw. + 15 °C ) und einer „berechenbaren“ Strahlungsgleichgewichtstemperatur (TS = 255 K = –18°C) zur Bereinigung eben dieser Diskrepanz willkürlich eingeführt worden. Das Problem, was die Klimaforscher heute irritiert, resultiert letztlich aus einer nicht erlaubten Anwendung des Strahlungsgesetzes von STEFAN und BOLTZMANN, das lautet 6

PS = ε ⋅ σ ⋅ Α ⋅ Τ4.

(2)

Hierbei ist T die Temperatur einer strahlenden Fläche A, ε ist der Emissionsgrad (für die Erde nahe 1) und σ hat den Wert 5,67 ⋅ 10-8 W ⋅ m-2 ⋅ K-4. Kennt man die Strahlungsleistung PS, kann aus Gl. 2 die Temperatur des Strahlers errechnet werden. Für die IR-strahlende Erde, die ja keine orts- bzw. flächenelementunabhängige „mittlere“ Oberflächentemperatur hat, müsste man z.B. schreiben PS, E = ε ⋅ σ ⋅

∑ A i ⋅ Ti 4 ⋅ O , E ∑ Ai

(3)

Wobei Ai Flächenelemente mit der Temperatur Ti sind und ΣAi = OE, der Erdoberfläche, sein muss. Wählt man die Ai gleich groß, gilt: PS, E = ε ⋅ σ ⋅ O E ⋅ TE 4 .

(4)

Aus der üblicherweise angesetzten Strahlungsbilanz am Ort der Erdbahn Pzu(Sonne) = PS,E

(5)

folgt mit der Insolation S0 = 1369 W/m2 und der Erdalbedo A = 0,29: S0 ⋅ (1 − A ) ⋅ π ⋅ R E 2 = ε ⋅ σ ⋅ 4 π R E 2 ⋅ TE 4 ,

(6)

wobei RE der Erdradius ist. Aus dieser Bilanz ergibt sich folglich nicht eine mittlere Temperatur TE der bodennahen Luft sondern der Mittelwert T 4 der vierten Potenz (GERLICH 2005). Entsprechend der HOELDER`schen Ungleichung 4

T < T4

(7)

muss also eine aus Gl. 6 ermittelte Temperatur S ⋅ (1 − A) T=4 0 4 ⋅ε ⋅ σ

(8)

zu hoch ausfallen, wovon wir uns durch ein Beispiel überzeugen wollen: 1

4

xi

x

xi

10 20 30

20

10 000 160 000 810 000

xi

7

4

326 666

⎛x 4 ⎞ 4 ⎜ i ⎟ ⎝ ⎠

23,9

Wir halten fest: Aus dem Strahlungsgleichgewicht (Gl. 6) kann sich die mittlere Temperatur an der Erdoberfläche prinzipiell nicht ergeben. Abschließend sollen noch einige Bemerkungen zum Gegenstrahlungsmodell folgen: Im allgemeinen beabsichtigt man, die Energieströme im System Atmosphäre – Erdoberfläche graphisch darzustellen. ROEDEL z.B. nennt seine Flussbilder „Budget der solaren (Ein-) Strahlung“ bzw. „ Budget der thermischen (Aus-) Strahlung“ (vgl. ROEDEL 2000, Abb. 1.10 und 1.18). Meist werden aber nicht Energiestrom-Bilanzen (in J⋅s-1) sondern Leistungsdichten (in W⋅m-2) dargestellt, wie z.B. in Abb.8.

Abb. 8: Leistungsdichte-Bilanz der Atmosphäre (KIEHL u. TRENBERTH 1997) Dabei handelt es sich im Falle der solaren Einstrahlung um die Wechselwirkung von UVStrahlung, sichtbarem Licht und (wenig) kurzwelliger IR-Strahlung mit der Atmosphäre, während es bei der abgestrahlten Energie ausschließlich um (langwellige) Wärmestrahlung geht, die vom thermodynamischen „Ensemble“ aller Moleküle (und Atome) der Atmosphäre übertragen wird. Die Energieströme (Produkte aus Leistungsdichten und Erdoberfläche) sind in Abb. 9 graphisch dargestellt. Eine Gegenstrahlung gibt es bei den Energieflüssen nicht.

Abb. 9: Energieströme im System Atmosphäre-Erdoberfläche (Angaben in 1015 J⋅s-1)

8

Wohl aber strahlen sich unterschiedlich temperierte Körper wie etwa die Erd- und Meeresoberfläche einerseits und die (untere) Troposphäre andererseits Wärme zu. Nur: Kann es sein, dass die (kältere) Troposphäre der (wärmeren) Erdoberfläche auf Dauer Wärme zustrahlt, um die Erdoberfläche auf höherem Temperaturniveau zu halten? Betrachtet man ein thermisches Gleichgewicht zwischen der Erdoberfläche T0E = 288 K und dem Gaskörper „Troposphä-

(

)

(

)

re“ T = THarm = 254 K , Gl.12 , so müsste der Erdoberfläche (genauer: der bodennahen Luftschicht) permanent eine Strahlungsflussdichte entsprechend 4 4 ⎞ P (9) = ε ⋅ σ ⋅ ⎛⎜ T0E − THarm ⎟ OE ⎝ ⎠ zugeführt werden. Das sind, mit ε = 1 gerechnet, 154 W/mE2. Diese Wärmeflussdichte steht aber, wenn man die Wärmebilanzen (Abb. 8 u. 12) betrachtet, nicht zur Verfügung. Schließlich hat das Gegenstrahlungsmodell einen Mangel, auf den THIEME schon vor 5 Jahren aufmerksam gemacht hat: Addiert man zur Abstrahlung der Erdoberfläche und zur Gegenstrahlung jeweils gleiche Beträge, so lässt sich eine nahezu beliebige Oberflächentemperatur begründen (THIEME 2001). 3. Energiespeicherung und -transport in der Troposphäre Die Erdatmosphäre ist ein thermodynamisches Reservoir, ein Wärmespeicher (z.B. THIEME 2005), in dem der Druck entsprechend der barometrischen Höhenformel (ROEDEL 2000) mit zunehmender Höhe z abnimmt. Es gilt:

⎛ ML ⋅g ⎛ 1 ⎞ ⎞ p (z ) = p0 ⋅ exp ⎜ − ⎜ ⎟ ⋅ z ⎟⎟ , ⎜ R ⎝T⎠ ⎠ ⎝

(10)

mit ML = 0,029 kg/mol, g = 9,81 ms-2 und R = 8,314 J/mol⋅K. Der Luftdruck am Erdboden (bei NN) ergibt sich aus m ⋅g p0 = At , (11) OE wobei mAt = 5,14⋅1018 kg die Masse der Erdatmosphäre ( = OE⋅z0⋅ρ0) ist. Die Dichte ρ0 erhält man aus ML/VM mit ML = 0,029 kg/mol und VM = 0,0224 m3/mol zu 1,29 kg/m3. Für eine isotherme Atmosphäre ergäbe sich die Skalenhöhe z0 aus p0/ρ0·g bzw. mAt/OE⋅ρ0 zu 7,99 km. Da aber die Temperatur höhenabhängig ist ( trockenadiabatisch T(z) = T0,E – 0,01 K/m · z, bei Wolkenbildung nimmt die Temperatur im Mittel um 0,5 K/100 m ab, vgl. ROEDEL 2000), sollte man als mittlere Temperatur der Troposphäre das harmonische Mittel 1 ⎞⎟ 1 ⎛ 1 ⎞ ⎛⎜ 1 + ⋅ ⎜ ⎟=⎜ ⎝ T ⎠ ⎝ T0, E TTropp ⎟⎠ 2

(12)

einsetzen. Mit TO, E = 288 K und TTropp = 230 K= – 43 °C (feuchtadiabatisch, 12000 m) findet man THarm ≅ 254 K. Das ist die sogenannte Strahlungsgleichgewichts-Temperatur. Der fühlbare Wärmeinhalt der Troposphäre lässt sich mit c = 1 KJ/kg⋅K und THarm berechnen zu Qf = mAt ⋅ c ⋅THarm = 1,3⋅1024 Ws. (13) Für die latente Wärme findet man etwa 3⋅1022 J (ROEDEL 2000). Die aufwärts transportierte Wärmeleistung ergibt sich aus 9

P P⊥ = IR ⋅ O E = 235 W/m2 ⋅ 5,1 ⋅1014 m 2 A

(14)

zu 1,12⋅1017 W. Das ist mehr als das 10 000-fache des Energieumsatzes der Menschheit. Die Zeitkonstante dieses Wärmetransportes, das ist die mittlere Verweildauer der Wärmeenergie in der Troposphäre, folgt aus Q TM, At = At (15) P⊥ und beträgt 135 Tage! Eine weitere interessante Größe ist der meridionale Wärmetransport, den die MittelbreitenZyklone vollbringen. Der Antrieb dieses Transportphänomens ergibt sich aus der Breitenabhängigkeit der Wärmebilanz an der Erdoberfläche (Abb. 10). Sie ist zwischen 35 oN und 35 oS

Abb. 10: Breitenabhängigkeit der Strahlungsbilanz an der Erdoberfläche und Energieströme (aus HÄCKEL 1990) positiv und beträgt 35...40 W⋅m-2. Für die Polarregionen ist diese Bilanz stark negativ (–60 ... –100 Wm-2). Der Wärmeaustausch findet hauptsächlich durch Advektion fühlbarer Wärme über die Luft statt. Der Wärmeüberschuss im tropischen und subtropischen Breitengürtel berechnet sich aus ∆P (0...35°) = OE (0...35°) ⋅ ∆(Q/A) mit (16) OE (0...ϕ) = 2πRE 2 ·sin ϕ zu 5100...5800⋅1012 W. KRAUS (2004) gibt 5600 TW an. Dazu sind etwa 10 große Mittelbreitenzyklone (Leistung nach KRAUS jeweils etwa 500 TW) notwendig, deren Kernabstand bei ϕ = 50° im Mittel 2300 km beträgt (lange Wellen). Dieser gewaltige, solar angetriebene Wärmetransport übersteigt in jeder Hemisphäre das 500-fache des zivilisatorischen Energieumsatzes. 10

4. Erwärmung durch adiabatische Kompression Die Erwärmung der auf der Leeseite überströmter Gebirge absinkenden Luft (Föhn) wird üblicherweise durch adiabatische Kompression erklärt. Der Temperaturgradient beträgt bekanntermaßen + 1 K/100 m. Bei 2000 m Gefälle bewirkt dieser Effekt eine Erwärmung um 20 Grad! Dass adiabatische Kompressionen auch bei allen Absinkbewegungen von „Luftpaketen“ im Rahmen der allgemeinen Zirkulation in der Atmosphäre stattfinden, ist eigentlich leicht einzusehen. Ist doch die potentielle Temperatur θ gerade eingeführt worden, um den Wärmeinhalt von Luftmassen verschiedener Temperatur T(z) und Höhenlage z vergleichen zu können: ( κ −1)/κ

⎛ p ⎞ θ = T( z ) ⋅ ⎜⎜ 0 ⎟⎟ (17) ⎝ p(z) ⎠ Der Zahlenwert des Exponenten ergibt sich mit dem Adiabatenexponenten von Luft (κ = 1,4) zu 0,286. Die Bedeutung adiabatischer Prozesse für die Differenzierung der Temperatur in der Atmosphäre, insbesondere der Troposphäre hat THIEME in einer exzellenten Arbeit (THIEME 2000) diskutiert. Erkenntnisse daraus habe ich in meinem Beitrag zum Atmosphären-Effekt (HEBERT 2005) benutzt und erläutert. THIEME geht von einem Gasplaneten (ohne Gravitation) aus, der tatsächlich die Strahlungsgleichgewichtstemperatur TS = 255 K hat. Fügt man nun eine feste Erde mit Gravitationskraft ein, so ergibt sich die Druckverteilung der Atmosphäre entsprechend der barometrischen Höhenformel, wobei die Temperatur nach außen hin ab- und nach innen (unten) zunimmt. Tatsächlich findet man die Temperatur TS = 255 K in einem Höhenbereich zwischen 4000 und 6000 m innerhalb der Troposphäre. So ergibt sich für z.B. z = 4500 m, d.h. p(z) = 0,6 bar und T(z) = 255 K eine Bodentemperatur von 295 K (22°C), die der gesuchten mittleren Temperatur der bodennahen Luft nahe kommt. Die wichtigsten Kompressionsmaschinen der Troposphäre sind die beiden HADLEY-Zellen mit Warmlufterzeugung über den subtropischen Hochdruckgürteln (Abb. 11).

Abb. 11: Meridionale Zirkulation in der Troposphäre (nach PLEISS 1977) Hier befindet sich der Antrieb für die polwärts gerichtete Verfrachtung subtropischer Warmluft, aus deren Zusammentreffen mit polarer Kaltluft die Bildung der Mittelbreitenzyklone entlang der Polarfront resultiert. Diese Zyklone werden also durch den Wärmeüberschuss der Tropen und Subtropen (Abb. 10) gespeist und leisten den advektiven Wärmetransport in die Polarregionen hinein. Bleibt die Frage, wie Energie aus der Atmosphäre hinausgelangt. Hierzu findet sich in (THIEME 2005) eine überzeugende Erklärung: Wasserdampf und CO2 leisten dies. In Höhenbereichen, wo der Wasserdampfgehalt und die Dichte der Luft hinreichend gering sind, können infrarotaktivierbare Gase – die Treibhausgase – ihre Schwingungsenergie auch durch Strahlung (in den Weltraum) abgeben und bewirken so die Kühlung unserer Atmosphäre (Abb. 12). 11

Abb. 12: Wärmeflüsse im System Troposphäre-Erdoberfläche in W·m-2 (S – solare Einstrahlung, A – Albedo, IR – Infrarotstrahlung, Str. – Strahlung, Abs. – Absorption, f. W. u. l. W. – fühlbare bzw. latente Wärme, AP – adiabatische Prozesse) Gäbe es diese Spurengase nicht, würde sich die Troposphäre auf die Oberflächentemperatur der heißesten Gebiete der Erde ( ∼ 80 °C) aufheizen (THIEME 2005). Die Temperaturniveaus der IR-Strahlung von Wasserdampf und CO2 werden in von Satelliten aufgenommenen IR-Spektren sichtbar (HEBERT 2004, THIEME 2005). Die Abbildungen 13a und b zeigen zwei Beispiele.

Abb. 13a: IR-Emissionsspektren der Erde, a – über der Sahara, b – Mittelmeer, c – Ostantarktika (nach HANEL et. Al. 1972)

Abb. 13b: IR-Emissionsspektren über Antarktika und dem Atlantik (nach BOLLE 1982)

Die unterbrochenen Linien sind PLANCK-Kurven für Schwarzkörperstrahler der Temperaturniveaus zwischen 180 K und 320 K. Man erkennt deutlich das IR-Fenster der Atmosphäre 12

(7,5 – 13 µm) sowie das Temperaturniveau der CO2-Bande (220 K) und das der H2O-Bande (∼ 250 K). 5. Sonne, Kosmos und Wolken Die Sonnenaktivität – gemessen durch die Sonnenfleckenrelativzahl – schwankt bekanntlich mit einer Periode von etwa 11 Jahren (SCHWABE-Zyklus), wobei deren Amplitude durch den GLEISBERG-Zyklus (88 Jahre) moduliert ist. Die Länge der SCHWABE-Perioden variiert zwischen 10 und 11,5 Jahren und korreliert mit Temperaturschwankungen zwischen + 0,2 und – 0,4 Grad (FRIIS-CHRISTENSEN und LASSEN 1991). Kürzere Perioden bewirken eine Erwärmung und umgekehrt. Später entdeckten SVENSMARK und FRIIS-CHRISTENSEN (1997), dass der Wolkenbedeckungsgrad der Erde der zeitlichen Änderung der einfallenden energiereichen kosmischen Strahlung folgt und dies mit einer Periodendauer von ebenfalls etwa 10 Jahren. Zunächst ohne kausale Zusammenhänge formulieren zu können, haben mehrere Autoren die Sonne als Verursacher von Klimaschwankungen erkannt (CALDER 1998, MALBERG 2002, LANDSCHEIDT 2003). Die geringfügigen Schwankungen der Insolation am Rand der Erdatmosphäre (± 1,5 W⋅m-2 entsprechend etwa 10/00, Abb. 14) genügten nicht, um die an der Erdoberfläche beobachteten Temperaturänderungen zu erklären (BERRY and PHILLIPS 2003). Als Koppelgrößen zwischen Sonnenaktivität und Temperatur auf der Erde entdeckten

Abb. 14: Schwankungen der solaren Einstrahlung zwischen 1978 und 2003 (BERRY and PHILLIPS 2003) SHAVIV und VEIZER das Magnetfeld der Sonne und den Wolkenbedeckungsgrad der Erde. (SHAVIV and VEIZER 2003). Die logische Kette ist: Sonnenaktivität groß → starkes Magnetfeld der Sonne → Abschirmung der Erde von kosmischer Einstrahlung → geringere Wolkenbedeckung → Erwärmung und auch umgekehrt (HEBERT 2004). Aus dem MPI für Sonnensystemforschung Katlenberg-Lindau wurde 2004 mitgeteilt, dass die Sonne seit 8000 Jahren nicht so aktiv war wie heute (SOLANKI, SCHÜLLER et al. 2004). Ein umfassenderes, den Einfluss des CO2 auf das Klima relativierendes Verständnis der rezenten Klimaänderung ergibt sich aus jüngst publizierten Analysen: Die im vergangenen Jahrhundert beobachtete Erwärmung von 0,6 K resultiert zu höchstens 15 – 20 % aus dem gestiegenen CO2-Gehalt der Atmosphäre, den Rest leistet die Sonne (SHAVIV 2005, IDSO 2006). 13

Fazit: Worin besteht nun die Klima-Katastrophe? Man investiert zu wenig Geld in die Erforschung des Zusammenhangs zwischen Sonnenaktivität und Klimaänderung auf der Erde, weil die erkennbare Mehrheit der Klimaforscher (z.B. IPCC) und Politiker den CO2-Ausstoß der Zivilisation als Klimaantrieb erkannt zu haben glaubt und verabsolutiert. Dennoch: Fossile Energieträger sparsam einzusetzen ist jedenfalls sinnvoll!! Die Kernenergie weiter nutzen, nachwachsende Rohstoffe verstärkt einsetzen und Photovoltaik entwickeln ist nach meiner Überzeugung der richtige Weg. 6. Zum CO2-Problem Das Kohlendioxid gilt, wie bereits diskutiert, noch immer als Verursacher der rezenten Klimaveränderung (IPCC 2001). Jedenfalls ist der CO2-Gehalt der troposphärischen Luft in 5 Jahrzehnten um etwa 50 ppm angestiegen (z.B. SCHÖNWIESE 1995). Andererseits war der CO2-Gehalt im Verlaufe der jüngsten Eiszeit regelmäßig von anfänglich etwa 290 ppm auf ca. 180 ppm abgesunken und der Wiederanstieg folgte der Erwärmung (Abb. 15, FISCHER et al. 1999).

Abb. 15: CO2- und Temperaturprofil gemessen an einem Eisbohrkern aus Antarktika (PETIT et al. 1999) Neuere Untersuchungen ergaben, dass der Anstieg des CO2-Gehaltes gegenüber der Erwärmung um (800 ± 200) Jahre verzögert war (CAILLON et al 2003). Einige für die Bewertung des CO2-Problems in der Klimadebatte wesentliche Fragen sind: - Durch welchen Prozeß wird die Absenkung des CO2-Gehaltes der Luft während der Eiszeit bewirkt? Wo ist der pleistozäne CO2-Speicher? - Entspricht der an Luft, die aus Eisbohrkernen extrahiert wurde, gemessene CO2Gehalt tatsächlich dem CO2-Gehalt der Atmosphäre während der Schneedeposition sowie Firn- und Eisbildung? - Warum schließen die CO2-Messwerte der KEELING-Kurve nicht an eine am Eiskern von SIPLE (Antarktika) gemessene Zeitreihe an (JAWOROWSKI 1997)? Wir werden auf diese Fragen in einer folgenden Arbeit zurückkommen.

Danksagung Der Verfasser bedankt sich für die technische Anfertigung des Manuskriptes herzlich bei Frau Dipl.-Ing.(FH) R. Kiehne.

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