Ist vielleicht etwas anderes als der Mensch die Ursache?

Behauptung: „Das Klima hat sich immer schon gewandelt“

Behauptung: Das Klima hat sich immer schon verändert, auch lange bevor wir CO2 in die Atmosphäre geblasen haben. Mal gab es Eiszeiten, mal war Grönland eine grüne Insel, und schon mehrfach in der Erdgeschichte war es viel wärmer als heute. Der Mensch hat deshalb nichts mit dem Klimawandel zu tun.

Fakt ist: Das Klima hat stets auf die jeweils wichtigen Einflüsse reagiert – und heute ist der Mensch der stärkste Klimafaktor

Antwort: 

In der Tat hat sich das Klima schon oft gewandelt, es reagiert sensibel auf verschiedene Einflüsse. Allerdings können die derzeitigen Klimaänderungen durch die bekannten natürlichen Mechanismen nicht erklärt werden – es sind unbestreitbar menschliche Einflüsse, die momentan die Erde aufheizen. Trotzdem ist ein Blick in die Erdgeschichte lehrreich: Die natürlichen Klimawandel der Vergangenheit zeigen, dass das Klima empfindlich auf ein Energieungleichgewicht reagiert. Aus früheren Klimawandeln lässt sich also weniger etwas über die Ursachen des heutigen lernen, wohl aber über den Ablauf und die Folgen einer Erderwärmung.

Häufig hört man, das Klima habe sich doch schon öfter auf natürliche Weise verändert, und zwar lange bevor es Autos und Kohlekraftwerke gab. Das ist richtig. Aber die Schlussfolgerung, deshalb sei der heutige Klimawandel nicht von der Menschheit verursacht, ist falsch.

Um dies zu verstehen, muss man zunächst hinterfragen, warum sich das Klima in der Vergangenheit verändert hat. Das Klima weist natürliche Schwankungen auf, grundlegend ändert es sich jedoch nur, wenn es durch äußeren Einfluss dazu gebracht wird. Bildlich gesprochen verhält es sich wie ein Wassertopf, bei dem eine Herdplatte die Wärmezufuhr verändert: Wenn der Energiehaushalt der Erde verändert wird und die Erdatmosphäre Wärme hinzugewinnt oder verliert (Experten sprechen dann von einem „Energieungleichgewicht“), ändern sich auch die globalen Temperaturen.

Nun gibt es eine Reihe verschiedener Faktoren, die ein Energieungleichgewicht verursachen und somit das Klima der Erde beeinflussen können. Wird die Sonne heller, erhält der Planet mehr Energie und erwärmt sich. Brechen Vulkane aus, stoßen sie Aerosol-Partikel in die Atmosphäre aus, die Sonnenstrahlen reflektieren; eine Abkühlung der Erde ist die Folge. Sind mehr Treibhausgase in der Atmosphäre, strahlt die Erde weniger Energie ins Weltall ab und erwärmt sich.

Solche Einflüsse werden als ‚externe Antriebe’ bezeichnet, weil sie extern sind im Hinblick auf die Atmosphäre und das Klimasystem. Das Klimasystem versucht nun, ein entstandenes Energieungleichgewicht auszugleichen und in eine neue Balance zu gelangen.  Wird es beispielsweise auf der Erde wärmer, erhöht sich auch die Wärmeabstrahlung der Erde. Dieses neue Gleichgewicht stellt sich aber dann bei einer erhöhten Erdmitteltemperatur ein.

Die Klimaveränderungen in der Vergangenheit wurden durch externe Antriebe natürlicher Art verursacht. Daraus jedoch abzuleiten, dass es keine menschen-bedingten Klimaänderungen gibt, ist etwa so, als würde man behaupten, Menschen könnten keine Waldbrände verursachen, weil es Waldbrände mit natürlicher Ursache gibt und schon immer gab. Die Zunahme von Treibhausgasen aus natürlichen Quellen hat in der Geschichte der Erde schon häufig zu einem Klimawandel geführt. Aber heute ist es eben der Mensch, welcher der Atmosphäre immer mehr und immer schneller Treibhausgase hinzufügt.

Ein Blick in die Vergangenheit zeigt, wie das Klima auf externe Antriebe reagiert. Mithilfe  von Eisbohrkernen und anderen Datenquellen kann beispielsweise die Stärke der Sonnenaktivität und die Menge von Treibhausgasen sowie von vulkanischen Partikeln in der Atmosphäre in der Vergangenheit ermittelt werden – und somit auch, wie sich die Temperaturen durch frühere Energieungleichgewichte verändert haben.

Was die Forschung herausgefunden hat, indem sie sich viele verschiedene Zeiträume der Erdgeschichte anschaute, ist Folgendes: Wird die Erde wärmer, verstärken positive Rückkopplungen die Erwärmung zusätzlich. Das heißt, eine Erwärmung löst Effekte aus - wie beispielsweise die Zunahme des Wasserdampfgehaltes in der Atmophäre – die zu einer zusätzlichen Erwärmung führen und damit die ursprüngliche Erwärmung verstärken; nur so kamen die dramatischen Temperaturveränderungen früherer Zeiten zustande.

Was bedeutet dies nun für heute? Die Zunahme der Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre verursacht einen externen Antrieb – ein Vorgang, der in der Erdgeschichte schon oft zu Klimaveränderungen geführt hat. Die Treibhausgase verändern das Energiegleichgewicht, und die untere Erdatmosphäre erwärmt sich. Aus der Erdgeschichte wissen wir, dass positive Rückkopplungen die Erwärmung noch verstärken.

Frühere Klimaveränderungen zeigen uns also nicht, dass die Menschheit das Klima nicht beeinflussen kann. Im Gegenteil: Sie zeigen uns, dass das Klima empfindlich auf die Zunahme von Treibhausgasen reagiert. 

James Wight/klimafakten.de, August 2010;
zuletzt aktualisiert: November 2014

In einem sind sich alle Beteiligten der Klimadebatte einig: Dass sich das Klima in der Vergangenheit durch natürliche Ursachen verändert hat. Lange vor dem Industriezeitalter machte der Planet viele Warm- und Kaltzeiten durch. Allerdings führt dies Manchen zu dem Schluss, dass – wenn sich die Temperaturen früher auf natürlichem Wege geändert haben, also lange bevor es Autos oder Kohlekraftwerke gab – die Natur auch der Grund sei für die aktuelle Erderwärmung. Diese Schlussfolgerung aber steht im Gegensatz zu dem, was Wissenschaftler in jahrzehntelanger Forschung herausgefunden haben: dass die beobachtete Erwärmung größtenteils auf den Einfluss des Menschen zurückzuführen ist.

Unser Klima wird durch das folgende Prinzip bestimmt: Wird dem Klimasystem mehr Wärme zugeführt, steigen die globalen Temperaturen. Umgekehrt fallen sie, wenn das Klimasystem netto Wärme verliert. Nehmen wir nun an, die Erde befindet sich in einem positiven Energieungleichgewicht, es kommt also mehr Energie herein als zurück ins All abgegeben wird. Es existiert dann ein Netto-Energiezufluss an der Grenze zwischen Weltall und Atmosphäre in das System Erde. Dieser Netto-Energiezufluss wird „radiative forcing“ genannt, zu deutsch etwa: „Strahlungsantrieb“. In einer solchen Situation erwärmt sich das Klimasystem, und die globalen Temperaturen steigen. Dies geschieht aber nicht gleichmäßig, weil die Temperaturen auf der Erde natürlichen Schwankungen unterliegen; Datenreihen von Temperaturmessungen enthalten deshalb ein „Rauschen“, das durch die Betrachtung längerer Zeiträume reduziert werden kann.

Doch wie stark ändern sich die Temperaturen bei einem bestimmten Strahlungsantrieb? Die Temperaturänderung  wird durch die sogenannte „Klimasensitivität“ bestimmt: Je sensibler das Klimasystem, desto stärker die Temperaturänderung für einen gegebenen Strahlungsantrieb. Am häufigsten wird die Klimasensitivität als der Temperaturunterschied angegeben, der aus einer Verdoppelung der CO2-Konzentration der Atmosphäre resultieren würde. Dass CO2 den Treibhauseffekt verstärkt und somit die Erde aufheizt, kann durch Experimente und Messungen von Satelliten und auf der Erdoberfläche gezeigt werden. Bei einer Verdoppelung des atmosphärischen CO2 über den vorindustriellen Wert beträgt der erwartete Strahlungsantrieb 3,7 Watt pro Quadratmeter (W/m2; siehe IPCC 2013, WG1, TS, S. 68, Box TFE.4)

Wenn wir also über eine Klimasensitivität gegenüber der Verdoppelung von CO2 reden, dann sprechen wir von einer Temperaturveränderung infolge eines Strahlungsantriebs in Höhe von 3,7 W/m2. (Ein solcher Antrieb zur Erwärmung muss natürlich nicht unbedingt durch CO2 verursacht werden – er könnte auch von jedem anderen Teil des Klimasystems kommen, das ein Energieungleichgewicht hervorrufen kann.

Wie stark erwärmt sich nun die Erde, wenn sich der CO2 -Gehalt der Atmosphäre verdoppelt? Der direkte Effekt wäre ein Anstieg der globalen Mitteltemperatur um ca. 1,2 ° C (Lorius 1990). Allerdings ist das Klimasystem der Erde sehr komplex, es gibt viele positive und negative Feedback-Mechanismen – d. h. Veränderungen werden durch Folgeeffekte verstärkt bzw. abgeschwächt. Unser gegenwärtiges Verständnis der Rückkopplungsprozesse hängt von dem Feedback ab, der jeweils betrachtet wird. Die positive (also verstärkende) Rückkopplung zwischen Temperatur und Wasserdampfgehalt ist beispielsweise sehr gut verstanden, wohingegen die Rolle der Wolken mit deutlich größeren Unsicherheiten behaftet ist. Untersuchungen zum besseren Verständnis der verschiedenen Feedback-Prozesse stellt eines der wichtigsten Themen der aktuellen Klimaforschung dar.

Die stärkste positive (also verstärkende) Rückkopplung ist mit dem Wasserdampf verknüpft: Steigt die Temperatur in der Atmosphäre, kann sie mehr Wasserdampf aufnehmen. Da Wasserdampf selbst ein Treibhausgas ist, führt das zu einer weiteren Temperaturerhöhung, was wieder zu mehr Wasserdampf führt und so weiter. Es gibt aber auch negative Feedbacks, also solche, die die Erderwärmung bremsen. Beispielsweise führt eine Erhöhung der Temperatur zu einer Zunahme der Wärmeabstrahlung der Erde, was zu einer Reduktion der Erwärmung führt, bis ein neues Energiegleichgewicht eingetreten ist.

Wie ist nun die Gesamtbilanz aller Feedback-Mechanismen? Die Klimasensitivität lässt sich auf verschiedene Weise ermitteln, zum Beispiel aus Beobachtungen. Misst man beispielsweise für eine Zeitperiode sowohl die Temperatur als auch die verschiedenen Antriebe des Klimasystems sowie deren Änderung, können wir daraus die Klimasensitivität berechnen. In seinem Fünften Sachstandsbericht von 2013 hat der IPCC (in Box TFE.6 des Technical Summary von Arbeitsgruppe 1, S. 82f. in diesem pdf) die Ergebnisse einer Vielzahl wissenschaftlicher Untersuchungen zusammengefasst, die die Klimasensitivität mit verschiedenen Methoden ermittelt haben - siehe Abbildung 1:

Abbildung 1: Ergebnisse verschiedener Studien zur Gleichgewichts-Klimasensitivität, die den langfristigen Anstieg der mittleren globalen Erdoberflächentemperatur bei einer Verdoppelung des atmosphärischen CO2-Gehalts beschreibt. Der oberste Block "Instrumental" visualisiert Studien, die auf direkten Messdaten der Erwärmung von Ozean und Atmosphäre seit 1850 und auf Modellrechnungen des Strahlungsantriebs beruhen, der Block "Climatological Constraints" Studien, bei denen die Klimasensitivität aus Vergleichen zwischen dem simulierten und beobachteten mittleren Klima und seinen jährlichen und saisonalen Klimaschwankungen abgeleitet wurde. Der Block "Raw Model Range" basiert auf den Modellsimulationen, bei denen keine direkte Gewichtung mit Beobachtungen gemacht wurde. Der Block "Palaeoclimate" zeigt Werte aufgrund von indirekt ermittelten Klimadaten aus der Erdgeschichte. Unter "Combination" finden sich Studien, die verschiedene Methoden zusammenführen. Die ausgefüllten Kreise zeigen bei Klimasimulationen die Ergebnisse einzelner Modelle und bei Beobachtungen den Median der Messungen wobei die horizontalen Balken die Bandbreite der Ergebnisse kennzeichnen. Grau hinterlegt ist der Temperaturbereich, in dem sich nach Einschätzung des IPCC mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 66 % der ermittelte Wert der Klimasensitivität bewegt - zwischen 1,5 und 4,5 °C.  Die Klimasensitivität ist mit höchstens 5-prozentiger Wahrscheinlichkeit kleiner als 1 °C und mit einer Wahrscheinlichkeit von höchstens 10 Prozent größer als 6 °C. Diese Werte sind mit vertikalen Linien markiert. Quelle: IPCC 2013, AR5, WG1, Technical Summary, Abschnitt TFE.6, Abb.1

Es gibt also eine Anzahl voneinander unabhängiger Untersuchungen, die verschiedene Perioden der Erdgeschichte mit unterschiedlichen Verfahren und Annahmen untersucht haben. Alle führen konsistent zu dem Ergebnis, dass sich bei einer Verdoppelung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre die Erde um einen Wert zwischen 1,5 und 4,5 Grad Celsius erwärmt. (In seinem Vierten Sachstandsbericht von 2007 hatte der IPCC erstmals einen Wert genannt, der seiner Ansicht nach der wahrscheinlichste sei – als diese „beste Schätzung“ galten 3 °C. Weil die wissenschaftlichen Unsicherheiten aber doch zu groß sind, hat der IPCC diese Aussage in seinem aktuellen Bericht nicht wiederholt.)  

Zusammenfassend gibt es sehr starke Indizien dafür, dass der Netto-Feedback-Effekt für den Strahlungsantrieb positiv, also insgesamt verstärkend, ist (da mit 1,5 Grad Celsius selbst die unterste Grenze der Schätzungen der Klimaerwärmung mit  Feedback-Effekten über jenen 1,2 °C Klimaerwärmung liegt, die Lorius 1990 als direkten Effekt einer verdoppelten CO2-Konzentration ermittelt hat). Oder anders ausgedrückt: Gäbe es nicht positive Feedback-Effekte, die den direkten Treibhauseffekt verstärken, dann wären die häufig starken Klimaveränderungen der Erdgeschichte wohl kaum erklärbar.

Wer sich auf die Klimahistorie der Erde bezieht, um den menschengemachten Klimawandel zu bestreiten, verweist ironischerweise also gerade auf Ereignisse, die eindeutig zeigen, dass wir Menschen heute durchaus in der Lage sind, das Klima wesentlich zu beeinflussen.

John Cook/klimafakten.de, August 2010;
zuletzt aktualisiert: November 2014