Welche Rolle spielt die Ozeanversauerung? Eine Wissenschaftssparte mit noch vielen Fragezeichen

Durch Emissionen fossiler Kohlenwasserstoffe ist der CO2-Gehalt der Atmosphäre in den letzten 150 Jahren von 0,028 Prozent auf 0,039 Prozent angestiegen. Etwa die Hälfte des durch den Menschen in die Atmosphäre emittierten CO2 wird von den Ozeanen und der Vegetation aufgenommen, wobei die andere Hälfte in der Atmosphäre verbleibt (Latif 2007, S. 64). Das Verhältnis zwischen atmosphärischem und in den Ozeanen gebundenem CO2 ist seit 1850 trotz ansteigendem, anthropogenem CO2-Ausstoß gleichgeblieben und das Puffervermögen der Ozeane hat daher noch nicht abgenommen (Knorr 2009). Die Weltmeere speichern momentan um die 40.000 Gigatonnen Kohlenstoff, wobei im Ozean damit zur Zeit etwa 50-mal mehr CO2 gespeichert ist als in der Atmosphäre, und 20-mal mehr als in der terrestrischen Biosphäre und den Böden (Latif 2007, S. 167). Bisher haben die Weltmeere damit erst 30% des anthropogenen Kohlenstoffs aufgenommen, den sie langfristig bei gegenwärtiger atmosphärischer Konzentration absorbieren könnten.

Der limitierende Faktor ist der Transport des aufgenommenen Kohlenstoffs in die tieferen Meeresschichten (Latif 2007, S. 171) ist die behäbig operierende „biologische Pumpe“: CO2 wird dabei von Meeresorganismen über Photosynthese aufgenommen und in organische Substanz eingebaut. Absterbende Organismen sinken in die Tiefe, was den Kohlenstoff aus der Oberflächenschicht entfernt (Latif 2007, S. 171). Zu beachten ist weiterhin, dass der CO2-Druckunterschied zwischen Atmosphäre und Ozeanwasser regional variiert. Es gibt daher Meeresgebiete, die CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen und Meeresgebiete die CO2 an die Atmosphäre abgeben (Feely et al. 2001).

Während sich das CO2 in der Atmosphäre weitestgehend chemisch neutral verhält, also nicht mit anderen Gasen reagiert, ist es im Ozean chemisch aktiv. Gelöstes CO2 trägt prinzipiell zur Absenkung des pH-Wertes bei und das Meer wird saurer. Dieser Effekt ist bereits messbar. Der pH-Wert des Oberflächenwassers der Meere ist von 8,2 im Mittel um 0,1 Einheiten gesunken (Ozean-der.Zukunft.de). Ein pH-Wert von 7 ist neutral. Von einem ganzzahligen pH-Wert zum nächsten ändert sich die Wasserstoff-Ionen-Konzentration um eine Zehnerpotenz. Das Meerwasser ist daher heute noch immer deutlich basisch und liegt nicht im sauren pH-Bereich, wird jedoch offenbar „saurer“. Die natürliche regionale Variabilität des pH-Wertes in den weltweiten Ozeanen beträgt dabei mindestens +/- 0,3.

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CO2-Anstieg der letzten 160 Jahre durch Entgasung aus dem Ozean?

Der CO2-Gehalt der Atmosphäre ist seit 1850 um etwa 110 ppm angestiegen, das ist unbestritten. Im Jahr 1958 begann hierzu am fast dreieinhalb Kilometer hoch gelegenen Mauna Loa Observatorium auf Hawaii eine CO2-Messreihe, die die Werte seitdem tagesgenau erfasst hat. Die gängige Lehrmeinung ist, dass der CO2-Anstieg durch den menschlichen CO2-Eintrag im Zusammenhang mit der Verbrennung fossiler Energieträger verursacht worden ist. Bei der Verbrennung von Erdöl, Gas und Kohle wird Kohlendioxid frei, das irgendwo hin muss.

Nun gibt es einige renommierte und daher durchaus ernst zu nehmende Wissenschaftler, die seit einigen Jahren an den Grundfesten dieses simplen Modells rütteln. Wir möchten die Argumente und möglichen Konsequenzen hier einmal vorstellen. Selbst wenn sich nur ein kleiner Teil der Hypothese als richtig herausstellen sollte, hätte dies große Auswirkungen auf die existierenden Klimamodelle.

Wie in der Finanzwelt, stellt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre den aktuellen Kontostand dar, nachdem Einnahmen und Ausgaben voneinander abgezogen wurden. Zu den „Einnahmen“ gehören etwa 5 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr, die aus menschlichen Quellen stammen. Das ist viel. Jedoch kommen dazu noch einmal etwa 150 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr aus natürlichen Quellen. Diese Zahl ist leider nicht ganz so gut bekannt und enthält große Unsicherheiten. Auf der Ausgabenseite sieht es ähnlich aus. Es wird angenommen, dass wiederum etwa 150 Milliarden Tonnen Kohlenstoff jährlich in natürlichen Kohlenstoffsenken verschwinden, wobei dieser Wert ebenfalls nicht genau bestimmt werden kann, jedoch ein natürliches Gleichgewicht gegenüber den natürlichen Kohlenstoffquellen angenommen wird (Abbildung 1). Der zusätzliche, menschengemachte CO2-Beitrag ist also relativ klein gegenüber dem hohen Gesamtumsatz. Und aufgrund der großen Unsicherheiten in der Rechnung ist nicht vollkommen auszuschließen, dass das zusätzliche anthropogene CO2 nicht vielleicht gänzlich im Gesamtkreislauf ohne größere Folgen untergehen könnte und möglicherweise ganz andere Effekte eine viel größere Rolle spielen. 

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Statistik-Trick befördert CO2 vom Beifahrer zum Chauffeur: Fragwürdiger neuer Shakun-Artikel in Nature

Einer der wichtigsten Punkte der hitzigen Klimadebatte ist die Frage der Klimawirksamkeit des Kohlendioxids, also die CO2-Klimasensitivität. Wieviel Erwärmung bringt zusätzliches CO2 in der Atmosphäre eigentlich? Hier gehen die Meinungen bekanntlich weit auseinander. Da bietet es sich an, in die geologische Vergangenheit der Eiszeitzyklen der letzten 2 Millionen Jahre zu schauen, denn damals hat es bedeutende CO2-Schwankungen gegeben. Und wir haben Glück, anhand von Eiskernen der Antarktis und in Grönland lassen sich CO2-Gehalt und Temperaturentwicklung rekonstruieren.

Genau das hat man auch gemacht. Vor mehr als 10 Jahren veröffentlichte ein schweizerisch-französisches Forscherteam in der Zeitschrift Science eine Untersuchung eines Antarktis-Kerns. Mit dabei war übrigens auch der heutige Vorsitzende der Arbeitsgruppe „Wissenschaftliche Grundlagen“ des Weltklimarats IPCC, Thomas Stocker. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass das CO2 der Temperaturentwicklung um ca. 800 Jahre hinterherhinkt. Berücksichtigt man diesen wichtigen zeitlichen Zusammenhang, so wird klar, dass die CO2-Entwicklung während dieser Zeit wohl eher eine Reaktion auf die Temperatur darstellt und keineswegs die Ursache der Klimaänderungen sein kann. Aus den Eiskerndaten eine bedeutende Klimapotenz des CO2 abzuleiten ist daher abwegig. Einen plausiblen Mechanismus für die beobachtete Entwicklung gibt es übrigens auch: In warmem Wasser kann sich nämlich weniger CO2 lösen. Da sprudelt das freiwerdende Kohlendioxid zu Beginn der Warmzeit einfach aus dem Meer heraus und sammelt sich in der Atmosphäre. Wenn es dann zu Beginn einer neuen Eiszeit kälter wird, kann sich dieser CO2-Überschuss im nun aufnahmebereiten Meerwasser wieder lösen und die CO2-Konzentration der Atmosphäre sinkt.

Die verzögerte CO2-Entwicklung versuchten einige bekannte Akteure der Klimadiskussion in der Vergangenheit gerne zu verschleiern, darunter auch Al Gore in seinem Oscar-prämierten Film „Eine unbequeme Wahrheit“. Der Fehlschluss ist Mitgrund dafür, dass der Film laut Gerichtsbeschluss an britischen Schulen nicht mehr unkommentiert gezeigt werden darf. Auch Hartmut Graßl wandte den Trick in seinem Buch „Klimawandel – Was stimmt? Die wichtigsten Antworten“ nur allzu gerne an. 

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CO2-Fingerabdruck löst sich in Luft auf: Neue Studie belegt Ozonwirkung auf Temperatur in der mittleren Atmosphäre

In den letzten Wochen meldete sich Mojib Latif mehrfach in der Presse zu Wort und mäkelte an unserem Buch „Die kalte Sonne“ herum (z.B. Financial Times Deutschland, Hamburger Abendblatt, ARD Morgenmagazin, Zeit Online). Dabei erzählte er gebetsmühlenartig jedem der ihm zuhörte, dass es einen Fingerabdruck des CO2 in der Atmosphäre gäbe, eine Art Beweis für die dominante Klimawirkung des CO2. Einige zehner Kilometer über unseren Köpfen hätte sich die mittlere Atmosphäre abgekühlt, und das könnte nur das CO2 verursacht haben, nicht die Sonne. Soweit der Experte.

Der angebliche Beweis hat sich nun leider endgültig in Luft aufgelöst. Die Abkühlung der Stratosphäre ereignete sich nämlich überwiegend in der Phase 1980-1995 während derer sich die Ozonschicht durch FCKW-Emissionen ausdünnte (siehe Abbildung unten). Die Ozonausdünnung führte zu einer stetigen Abnahme der in der Stratosphäre absorbierten Sonnenenergie, was zu der Abkühlung führte. In den 1990er Jahren gingen die FCKW Emissionen aufgrund des Montreal-Protokolls zurück und die Ozonschicht erholte sich seit 1995 langsam wieder. Seit 1995 ereigneten sich abgesehen vom solaren 11-Jahres-Zyklus keine signifikanten Temperaturveränderungen mehr, die Werte oszillieren seitdem auf einem Plateau.

Vor wenigen Monaten erschien nun in den Geophysical Research Letters die eine neue Studie von Dr. Uwe Berger und Prof. Franz-Josef Lübken vom Leibniz-Institut für Atmosphären-Physik in Kühlungsborn, die unsere Einschätzung im Grundsatz bestätigt. Die beiden Forscher untersuchten die Temperaturentwicklung der letzten 50 Jahre in der mittleren Atmosphäre und fanden – wie nicht anders zu erwarten – für den Zeitraum 1979-1997 eine spürbare Abkühlung, was dem von uns angegebenen Intervall etwa entspricht. Anhand eines Computermodells konnten Berger und Lübken nun eindrucksvoll zeigen, dass dieser Abkühlungstrend überwiegend durch die Abnahme des stratosphärischen Ozongehalts verursacht wurde.

Ganz offensichtlich ist es daher wissenschaftlich nicht länger haltbar, einen mittelatmosphärischen Abkühlungstrend als „Fingerabdruck“ und Beweis für die Klimadominanz des CO2 zu zitieren, wie es Mojib Latif in der deutschen Presse jedoch ausgiebig tut. Wird Latif demnächst seinen Irrtum einräumen? Und mindestens genauso wichtig: Werden die Süddeutsche Zeitung und Die Zeit über dieses wichtige neue Forschungsergebnis berichten? Es bleibt zu hoffen, dass Berger und Lübken jetzt aufgrund ihrer unbequemen Ergebnisse nicht die Forschungsgelder gestrichen werden.

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Zwei Jahre umsonst gerechnet: Schade um die verlorene Rechenzeit

In der Süddeutschen Zeitung berichtete Christopher Schrader in seinem Artikel „Die Zukunft aus 24 Schränken“ über neue Klimamodellierungen des Hamburger Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPIM) in Kooperation mit dem Klimarechenzentrums (DKRZ) und kündigte die Ergebnisse per Titelunterschrift als großen wissenschaftlichen Durchbruch an: „Ein Supercomputer hat genauer als je zuvor berechnet, wie sich das Klima bis ins Jahr 2300 ändern könnte.“ Na, dann hat sich der ganze Aufwand und die Schufterei doch gelohnt, dürfte sich der überwiegende Teil der Leser gedacht haben. Endlich haben wir Gewissheit über die Zukunft des Klimas und unserer Erde. Der Direktor des MPIM Prof. Jochem Marotzke berichtet, dass nun auch endlich ein Szenario gerechnet werden konnte, bei dem noch das sogenannte 2-Grad-Ziel erreicht werden kann, also die Begrenzung der Neuerwärmung auf maximal 2 Grad im Vergleich zum Beginn der Industrialisierung 1850. Marotzke erklärt jedoch auch warnend: „Um diesen Pfad zu erreichen, dürfen die Treibhausgas-Emissionen nur noch bis 2020 steigen und müssen dann sehr schnell fallen.“ Das heißt, aggressive Klimaschutzmaßnahmen würden notwendig werden, die mit einem Komplett-Umbau der Industriegesellschaft verbunden sein werden.

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