Kürzlich bekam ich diese Zuschrift; ich denke, die Nachfrage ist nicht untypisch, und gebe daher den kurzen Austausch wieder:
"... kürzlich las ich noch einmal Ihre Rede zum 80. Geburtstag von Prof. Hasselmann, die im November 2011 in der FAZ abgedruckt wurde. Dort schrieben Sie, dass die Wissenschaft als einzige Ursache für die periodisch auftretenden Warmperioden einen Anstieg des CO2-Gehalts der Atmosphäre erkannt hat. Weitere Gründe habe man einfach nicht gefunden. Nun werden inzwischen große Anstrengungen unternommen, um die Erzeugung von CO2 zu verringern, damit die Erderwärmung unterhalb 2°C bleibt.
Andererseits habe ich im Internet oder durch Fragen bei besser informierten Leuten nicht herausfinden können, wie das Potenzial des CO2 zur Erwärmung der Atmosphäre denn nachgewiesen wurde. Schließlich kann dieses Gas nur Energie in einem begrenzten Frequenzbereich aus dem Sonnenspektrum in Wärme umsetzen und dort ist schon bei der derzeitigen Konzentration nicht mehr viel zu holen. Daraus schließe ich, dass die Erwärmung bei zunehmender Konzentration asymptotisch auf einen Grenzwert zuläuft und unsere Anstrengungen zur Vermeidung oder Sequestrierung dieses Gases insofern unsinnig sind.
Ich hoffe, dass Sie mir einen Hinweis auf entsprechende Untersuchungen geben könnten und wäre Ihnen für eine kurze Antwort dankbar.
Meine Antwort darauf war: "Vermutlich geht es Ihnen um den Nachweis, dass erhöhte CO2 Konzentrationen in der Atmosphäre eine Erhöhung der Lufttemperatur bewirken. Dieser Komplex wird mit den Begrifflichkeiten "Detection and Attribution" (Erkennung und Zuweisung) gefasst. Dazu gibt es im 4. IPCC Bericht der Arbeitsgruppe I ein entsprechendes Kapitel. Wir haben das Prinzip auch verschiedentlich auf unserem weblog "Klimazwiebel" erklärt.
Ihre Feststellung "Dort schrieben Sie, dass die Wissenschaft als einzige Ursache für die periodisch auftretenden Warmperioden einen Anstieg des CO2-Gehalts der Atmosphäre erkannt hat." entspricht nicht den Tatsachen; sowas steht in meinem Artikel ganz bestimmt nicht. Hinweise auf WarmeriodeN oder Periodizitäten werden sie nicht finden in dem Text. Ich habe vielmehr festgestellt, dass die DERZEITIGE Erwärmung ohne wesentliches Zutun von CO2 im Rahmen unseres derzeitigen Wissens nicht erklärt werden kann.
Sättigung der CO2-Absorptionsbanden?
ReplyDeleteIch möchte kurz auf den zweiten Teil der „Skeptiker“-Anfrage eingehen, in dem meines Erachtens nach das häufig geäußerte Argument der baldigen Sättigung der CO2-Absorption in unserer Atmosphäre angesprochen wird. Die derzeitige CO2-Konzentration sei schon so hoch, eine weitere nennenswerte Absorption bei einem zukünftigen CO2-Anstieg wäre kaum noch möglich (Sättigung der Absorptionsbanden), die Durchlässigkeit der Atmosphäre für IR-Strahlung würde nicht mehr wesentlich verändert (man müsse daher die CO2-Emissionen nicht senken). Zu dieser These kann man im Netz eine Vielzahl von unterstützenden Kommentaren, Ausarbeitungen und (homebrewed) Theorien finden.
Forschergruppen, die sich intensiv und detailliert mit der Theorie des IR-Strahlungstransports in planetaren Atmosphären beschäftigen, sehen das allerdings ganz anders. Es ist durchaus ausreichend Raum für zusätzliche CO2-Absorption bei weiter steigenden Konzentrationen gegeben (insbesondere auch bei einer Verdoppelung der heutigen Werte).
Die oben skizzierte Sättigungs-These, wurde schon um 1900 von Knut Angström; dem Sohn von Längenmaßnamensgeber Anders Angström, vorgetragen. Angströms Labormessungen waren einfach jedoch zu schlecht aufgelöst, um die relevanten Effekte zu sehen. Moderne spektroskopische Messungen, die die Banden in eine Vielzahl einzelner Linien auflösen, zeigen, dass CO2 in vielen Regionen an den Flanken von Banden nicht gesättigt ist (z.B. 15 Mikrometer CO2-Bande). Auch die schwache Nebenbande des CO2 (10,4 Mikrometer) im atmosphärischen Fenster (dort wo viel Energie von der Erde abgestrahlt wird) lässt weitere Absorption zu. Selbst die Venus, die bekanntlich eine sehr dichte Kohlendioxid-Atmosphäre hat, würde bei zusätzlichem CO2 noch wärmer werden (Pierrehumbert, Physics Today, 2011).
Zusätzliches CO2 kann in seinem Effekt nicht linear skaliert werden, das ist allerdings von den damit beschäftigten Klimamodellierern entsprechend berücksichtigt.
Das Zentrum der 15 Mikrometerbande ist nicht alles, hier haben die Strahlungsflüsse keinen Einfluss mehr auf eine weitere Erwärmung der Troposphäre, sie führen bei einer CO2-Zunahme zu einer stratosphärischen Abkühlung (das effektive Emissionsniveau wandert lediglich weiter nach oben; dieser Aspekt kann hier nicht weiter ausgeführt werden).
Die heutigen, wissenschaftlichen Aussagen sind durch spektral sehr hoch aufgelöste Berechnungen mit der Strahlungsübertragungsgleichung für realistische Atmosphären (Gas- und Temperaturprofile) bestätigt worden, und zwar von vielen internationalen Wissenschaftlergruppen (in Deutschland z.B. von Strahlungsexperten am KIT, dem DLR und dem MPI-HH). Die wichtigen unterliegenden Kenngrößen zu den IR-Spektrallinien von CO2 (und anderen IR-absorbierenden Gasen) sind in der umfassenden HITRAN Datenbasis des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge MA, USA, zu finden und öffentlich zugänglich.
Die Ergebnisse der detaillierten Strahlungstransportrechnungen zur Absorption von CO2 bei unterschiedlichen atmosphärischen Konzentrationen gehen auch in parametrisierter Form in die Klimamodellrechnungen ein. Die notwendigen Näherungen wurden dazu ausgiebig mit Linie-für-Linie Berechnungen überprüft.
Kurz zusammengefasst: eine weitere Erhöhung der CO2-Konzentrationen - insbesondere im diskutierten Rahmen (z.B. Emissionsszenarien) - führt zu einer zusätzlichen Absorption in der Atmosphäre. Eine Vermeidung von CO2 Emissionen wäre keineswegs „unsinnig“.
@MarQu
ReplyDeletevielen Dank für ihren Beitrag. Das ist wunderbar. Der Beitrag von Pierrehumbert schwirrte mir auch immerzu bei diesem Thema durch den Kopf, aber ist hätte es nie so gut wie sie schreiben können.
Deswegen nur noch eine kleine Ergänzung: der Strahlungsdurchgang, die dadurch entstehenden Spektren durch den Einfluss von CO2 und anderen Treibhausgasen wurden nicht "nur" berechnet, sondern sie wurden auch durch Messungen bestätigt, siehe das Papier von Pierrehumbert (Link dazu: http://geosci.uchicago.edu/~rtp1/papers/PhysTodayRT2011.pdf).
Was kann man denn noch für (deutschsprachige) Grundlagenliteratur empfehlen? Meiner Meinung nach ist der Verweis auf den IPCC-Bericht ein Schritt zu weit. Wie soll man (ich) den verstehen, wenn man die Grundlagen nicht versteht?