Kurz und knapp

Empirische Belege? Keine? Das ist eine kühne Behauptung, also schauen wir uns das mal näher an. ‘Empirisch’ ist definiert als etwas, das tatsächlich gemessen und als Ergebnis präsentiert werden kann. Lass uns also das Thema als einen Kriminalfall betrachten. Der Angeklagte ist CO₂. Der Vorwurf lautet: der, durch unsere Emissionen erhöhte CO₂ Gehalt, erwärmt den Planeten. Wie bei allen Gerichtsverfahren ist es wichtig, eine genaue Darstellung der Ereignisse zu geben. Daher werden wir zunächst den Hintergrund dieses speziellen Falles untersuchen.

Alles begann in den 1820er Jahren, als der französische Physiker Joseph Fourier herausfand, dass die Erde aufgrund ihrer Entfernung zur Sonne sehr kalt sein müsste. Er vermutete, dass die Erdatmosphäre etwas enthalten muss, das den Planeten warm hält, wie eine unsichtbare Decke. Wie sich herausstellte, waren seine Überlegungen richtig, wenn auch unvollständig.

Es vergingen einige Jahrzehnte, bevor die Eigenschaften der von Fourier vermuteten “Decke” entdeckt wurde. Dies geschah durch eine Reihe von Experimenten mit verschiedenen Gasen. Interessanterweise arbeiteten zwei Forscher unabhängig voneinander daran: John Tyndall im Vereinigten Königreich und Eunice Foote in den USA. Beeindruckend ist, dass ihre Ergebnisse praktisch identisch waren.

Foote schrieb 1856, als erste Wissenschaftlerin, dass Kohlendioxid Energie zurückhalten kann. Sie sagte voraus, dass, wenn es in der Vergangenheit mehr CO₂ in der Atmosphäre gegeben hätte, eine höhere Temperatur geherrscht hätte. Dies war den damaligen Geologen bereits bekannt. Tyndall schrieb 1861 weiter, dass neben Kohlendioxid auch Kohlenwasserstoffe - wie Methan - bei sehr niedrigen Konzentrationen noch größere Auswirkungen haben würden. Der Treibhauseffekt und seine Hauptakteure waren identifiziert worden.

Die bahnbrechende Arbeit "The Carbon Dioxide Theory of Climatic Change" wurde knapp hundert Jahre später veröffentlicht. Darin wurde im Wesentlichen festgestellt, was wir heute wissen. Ohne die Atmosphäre und ihre Treibhausgase wäre die Erde ein unbewohnbarer Eisball. Wie Fourier schon vor langer Zeit feststellte, wirken die Treibhausgase wie eine Decke. Sie halten die Erde warm, indem sie das Entweichen von Energie zurück ins All verhindern. Der Mensch fügt der Atmosphäre CO₂ hinzu, hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, und verstärkt damit den Effekt.

Das ist der Hintergrund. Wenn wir mehr Treibhausgase ausstoßen, ist der Effekt so, als würde man sich in eine dickere Decke einwickeln. Es geht noch weniger Wärme verloren. Woran können wir das also erkennen? Wie können wir eindeutige Beweise finden, wie z. B. gute Videoaufnahmen, die unseren Verdächtigen bei seinen Taten zeigen?

Wie wäre es mit einer Messung?

Satelliten, die unseren Planeten umkreisen, haben empfindliche Instrumente an Bord. Mit ihnen können wir messen, wie viel Energie von der Sonne ankommt. Wir können messen, wie viel Energie von der Erde in den Weltraum entweicht. Wir haben also zwei Dinge, die wir vergleichen können.

Was sagen uns die Messungen? In den letzten Jahrzehnten, seit es Satelliten gibt, hat die Energie, die von der Erdoberfläche zurück ins All gelangt, allmählich abgenommen. Im gleichen Zeitraum hat sich die Energiemenge, die von der Sonne kommt, jedoch kaum verändert. Irgendetwas hält also diese Energie fest, und dieses Etwas wird immer stärker. Dieses Etwas ist Kohlendioxid - und es tut genau das, was Foote und Tyndall vor über 160 Jahren vorausgesagt haben.

Urteil: schuldig in allen Punkten.

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Weiterführende Informationen

Die allgemein anerkannte Theorie, dass das vom Menschen ausgestoßene CO₂ die globale Erwärmung verursacht, ist so gut belegt wie jede Beweiskette in einem felsenfesten Gerichtsverfahren. CO₂ hält die Erde wärmer als sie es ohne CO₂ wäre. Das hat es während des größten Teils der geologischen Zeit getan. Der Mensch fügt der Atmosphäre beträchtliche Mengen an CO₂ zu, hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Es gibt zahlreiche empirische Belege für die Behauptung, dass die steigenden Temperaturen durch dieses zunehmende CO₂ verursacht werden.

Die Erde ist in eine unsichtbare Decke gehüllt

Die Erdatmosphäre macht das meiste Leben erst möglich. Um dies zu verstehen, können wir uns den Mond ansehen. Auf der Oberfläche des Mondes kann die Temperatur tagsüber bis zu 100 °C erreichen. Nachts kann sie bis auf minus 173°C sinken. Zum Vergleich: Die kälteste Temperatur auf der Erde wurde in der Antarktis gemessen: -89,2°C. Nach Angaben der WMO war die heißeste Temperatur 56,7 °C, gemessen am 10. Juli 1913 auf der Greenland Ranch (Death Valley).

Der Mensch könnte bei Temperaturen wie auf dem Mond nicht überleben, selbst wenn es dort Luft zum Atmen gäbe. Menschen, Pflanzen und Tiere können die extremen Temperaturen auf der Erde nicht ertragen, es sei denn, sie haben spezielle Methoden entwickelt, um mit der Hitze oder der Kälte umzugehen. Fast alle Lebewesen auf der Erde leben in Gebieten, in denen die Temperaturen weitaus weniger extrem sind.

Doch die Erde und der Mond sind praktisch gleich weit von der Sonne entfernt. Warum ist es also viel weniger warm oder kalt als auf dem Mond? Die Antwort liegt in unserer Atmosphäre. Da der Mond keine hat, ist er der vollen Energie der Sonne ausgesetzt. Nachts sinken die Temperaturen ab, weil es keine Atmosphäre gibt, die die Wärme zurückhält, wie es auf der Erde der Fall ist.

Ohne den atmosphärischen Treibhauseffekt wäre die Erde etwa 33 °C kälter als sie tatsächlich ist. Damit wäre der größte Teil der Erdoberfläche für den Menschen unbewohnbar. Landwirtschaft, wie wir sie kennen, wäre bei einer Durchschnittstemperatur von -18 °C mehr oder weniger unmöglich.

Treibhausgase wirken wie eine Decke und halten die Erde warm, indem sie verhindern, dass ein Teil der Sonnenenergie von der erwärmten Erdoberfläche zurück ins Weltall gestrahlt wird. Wenn wir der Atmosphäre mehr Treibhausgase zufügen, ist das, als würde man sich in eine dickere Decke einwickeln: Es geht noch weniger Wärme verloren. Wie können wir also feststellen, wie sich CO₂ auf die Temperaturen auswirkt und ob der Anstieg des atmosphärischen CO₂ den Planeten wirklich wärmer macht?

Die wärmespeichernde Wirkung von CO₂ und anderen Treibhausgasen wurde Mitte des 19. Jahrhunderts entdeckt, aber heute können wir noch viel mehr tun. Wir können die Wärmestrahlung messen, die in das Klimasystem der Erde hineingeht, und die, die wieder herauskommt.

Im Jahr 1970 startete die NASA den IRIS-Satelliten zur Messung von Infrarotspektren. Im Jahr 1996 startete die japanische Weltraumbehörde den IMG-Satelliten, der ähnliche Beobachtungen aufzeichnete. Beide Datensätze wurden miteinander verglichen, um Veränderungen in der ausgehenden Strahlung über einen Zeitraum von 26 Jahren festzustellen (Harries et al. 2001). Dabei wurde durchweg ein Rückgang der ausgehenden Strahlung festgestellt.

Diese Veränderung der ausgehenden Strahlung stimmte mit den theoretischen Erwartungen überein. So fand die Harries-Veröffentlichung "direkte experimentelle Beweise für einen signifikanten Anstieg des Treibhauseffekts der Erde". Dieses Ergebnis wurde in späteren Arbeiten mit Daten von neueren Satelliten bestätigt (Griggs & Harries 2004, Chen et al. 2007). Im gleichen Zeitraum hat sich die Menge der von der Sonne eintreffenden Energie kaum verändert.

Wenn mehr Energie von der Sonne eintrifft als in den Weltraum entweicht, sollte es nicht überraschen, dass sich unser Klima aufheizt. Die Gesamtwärme des Planeten lässt sich durch Addition des Wärmegehalts von Ozean, Atmosphäre, Land und Eis ermitteln (Murphy et al. 2009). Allein seit 1998 hat der Planet eine Wärmeenergie angesammelt, die der Leistung von 3.260.000.000 Atombomben in der Größe von Hiroshima entspricht.

Die primären Treibhausgase, die für den Wärmerückhalt verantwortlich sind - Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH4), Wasserdampf, Distickstoffoxid und Ozon - machen etwa 1 % der Luft aus. Die Hauptbestandteile der Atmosphäre - Stickstoff und Sauerstoff - sind keine Treibhausgase, da sie für langwellige oder infrarote Strahlung praktisch unsichtbar sind.

Als nächsten Beleg müssen wir die CO₂-Menge in der Luft betrachten. Aus Luftblasen, die in Eisbohrkernen eingeschlossen sind, wissen wir, dass der CO₂-Gehalt in der Luft vor der industriellen Revolution bei etwa 280 Teilen pro Million (ppm) lag. Im Juni 2013 gab das NOAA Earth System Research Laboratory auf Hawaii bekannt, dass die CO₂-Menge in der Luft zum ersten Mal seit Millionen von Jahren über 400 ppm gestiegen ist. Er nähert sich jetzt 420 ppm. Diese Information liefert uns den nächsten Beleg: CO₂ ist in den letzten 150 Jahren um 50 % gestiegen.

Der unwiderlegbare Beleg

Als letztes der "unwiderlegbare Beleg", der Beleg, dass CO₂ den Temperaturanstieg verursacht. CO₂ hält Energie in ganz bestimmten Wellenlängen zurück, während andere Treibhausgase andere Wellenlängen zurückhalten. In der Physik können diese Wellenlängen mit einer Technik namens Spektroskopie gemessen werden. Hier ist ein Beispiel:

Abb. 1. Spektrum der an der Erdoberfläche gemessenen Treibhausstrahlung. Der Treibhauseffekt von Wasserdampf ist herausgefiltert und zeigt die Beiträge anderer Treibhausgase (Evans et al. 2006).

Das Diagramm zeigt verschiedene Wellenlängen von Energie, gemessen an der Erdoberfläche. An den ausschlagenden Spitzen im Spektrum kann man die Energie erkennen, die von Ozon (O₃), Methan (CH₄) und Distickstoffoxid (N₂0) zur Erde zurückgestrahlt wird. Jedoch stellt die Spitze für CO₂, auf der linken Seite, alle anderen Treibhausgase in den Schatten und sagt uns etwas sehr Wichtiges: Der größte Teil der Energie, die in der Atmosphäre verbleibt, entspricht genau der Wellenlänge der von CO₂ zurückgehaltenen Energie.

Resümee

Wie in einem Krimi braucht man zunächst ein Opfer, in diesem Fall den Planeten Erde: Es bleibt mehr Energie in der Atmosphäre zurück.

Dann braucht man eine Methode und fragt, wie man die Energie zurückhält. Dazu braucht man einen nachweisbaren Mechanismus, mit dem Energie in der Atmosphäre zurückgehalten werden kann, und Treibhausgase bieten diesen Mechanismus.

Als nächstes braucht man ein "Motiv". Warum ist dies geschehen? Weil das CO₂ in den letzten 150 Jahren um fast 50 % gestiegen ist. Dieser Anstieg ist hauptsächlich auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe zurückzuführen.

Und schließlich der schlagende Beleg: Die in der Atmosphäre eingeschlossene Energie entspricht genau den Wellenlängen der vom CO₂ zurückgehaltenen Energie.

Der letzte Punkt ist, was CO₂ am Tatort ausmacht. Die wissenschaftliche Untersuchung baut empirische Belege auf, die Schritt für Schritt zeigen, dass das vom Menschen verursachte Kohlendioxid die Erwärmung der Erde verursacht.

Schließlich bezeichnet der Erzähler des oben genannten Mythos die Klimamodelle als "Aneinanderreihung von Berechnungen, die man mit einem Taschenrechner durchführen kann". Diese Aussage zeugt von einem begrenzten Verständnis dessen, was Modelle sind und tun, und wurde in diesem Beitrag unserer Serie widerlegt.