Das Klima DK015 - Volle Kraft mit Strahlungsantrieb
DK015 - Volle Kraft mit Strahlungsantrieb
…und was kann die Astronomie eigentlich fürs Klima?
"Das Klima”, der Podcast zur Wissenschaft hinter der Krise. Wir lesen den sechsten Bericht des Weltklimarats und erklären den aktuellen Stand der Klimaforschung.
Kapitel 7 ist ein heftiges Kapitel. Immerhin geht es ja auch um das Energiebudget der Erde! Es geht um all das, was das Gleichgewicht im Energiesystem der Atmosphäre stören kann und um das, was dann passiert. Dazu müssen wir uns mit CO2 beschäftigen. Aber auch mit Wolken und Wolkenbildung, mit den Vorgängen im Inneren der Sonne, mit der kosmischen Strahlung und jeder Menge anderen Sachen. Und das erste Mal werden wir über eine mathematische Formel reden! Aber keine Sorge, es ist eine brave Folge, die tut nix und will nur rechnen. Außerdem ist sie fundamental wichtig, wenn man verstehen will, wie das Klima auf das reagiert, was wir damit anstellen.
Das Energiebudget der Erde
Es gibt schon wieder ein Budget zu besprechen. Diesmal aber kein CO2-Budget, sondern das Energiebudget der Erde. Was so viel heißt wie: Wir stellen uns vor wir sitzen am oberen Rand der Atmosphäre und notieren, wie viele Energie von außen rein kommt und von unten hinaus ins All geht. Dazu gibt es jede Menge Abkürzungen, die alle ein klein wenig verwirrend sind. Ein bisschen weniger verwirrend macht die Sache Abbildung 7.1:
Im Wesentlichen müssen wir drei Komponenten betrachten: Den Strahlungsantrieb, das Klimafeedback und die Klimasensitivität. Der Strahlungsantrieb umfasst all das, was den Energiehaushalt der Erde aus dem Gleichgewicht bringt, das Klimafeedback beschreibt wie das System auf dieses Ungleichgewicht reagiert und die Klimasensitivität sagt uns, was das für Auswirkungen auf die Temperatur hat. Alles ganz simpel eigentlich.
Wer überwacht die Energiebilanz?
Jede Bilanz muss geprüft werden und dass gilt auch für das Energiebudget der Erde. Deswegen erklärt Claudia zuerst einmal, wie genau man in diesem Fall misst. Und wir stellen fest: Der Korrekturteil des IPCC-Berichts ist durchaus sinnvoll und muss beachtet werden. Die relevanten Daten finden wir dann in Tabelle 7.1:
Was machen Wolken (außer schlechte Laune)?
Wolken mögen wir nicht, wenn sie uns im Sommer das Licht blockieren. Wenn sie Regen bringen, können sie wahlweise erwünscht oder nervig sein. Aber für das Klima sind sie in jeder Hinsicht relevant, wie Claudia erklärt.
Außerdem machen wir uns Gedanken, wie man den Einfluss der Wolken auf das Klima durch Laserpointer beschreiben kann und wie viele man davon brauchen würde.
Abbildung 7.2. hilft uns, den Einfluss der Wolken zu verstehen:
Und dann werfen wir noch einen Blick auf Abbildung 1 der Box 7.2:
Der Strahlungsantrieb muss effektiver werden
Florian ist ob der ganzen Meteorologie in Kapitel 7 ein wenig verwirrt. Nicht nur muss man zum Beispiel verstehen, was der Strahlunmgsantrieb ist, man braucht auch noch einen “effektiven Strahlungsantrieb”. Wie wir feststellen ist das der Strahlungsantrieb, aber korrigiert um kurzfristige Effekte.
Was ändert den Strahlungsantrieb?
Treibhausgase erzeugen ein Ungleichgewicht im Energiehaushalt der Erde. Deswegen widmet sich Kapitel 7 in aller Ausführlichkeit den verschiedenen Gasen und ihrem Einfluss auf den Strahlungsantrieb. Natürlich spielt CO2 die Hauptrolle, aber auch Methan und Stickoxide darf man nicht vernachlässigen. Was wirklich arg ist, sind die FCKWs (ja, die gibt es immer noch) und die FKWs, die wir eingesetzt haben, um die FCKWs zu ersetzen sind sogar noch schlimmer was das Klima angeht. Das zeigt Tabelle 7.5 sind eindringlich:
Neben den Treibhausgasen kann aber auch all der Dreck den wir in die Atmosphäre werfen den Strahlungsantrieb verändern. Und auch die Landnutzung! Denn dadurch verändern wir die Art und Weise wie die Erdoberfläche Licht reflektiert. Es kommt also durchaus darauf an, ob wir Wälder stehen lassen oder abholzen.
Sonne und Vulkan
Manche behaupten, wir Menschen könnten nichts für den Klimawandel und alles wäre nur der Sonne zu verdanken. Und die Sonne hat natürlich auch einen Einfluss. Der ist aber geringer, als man denken würde. In Kapitel 7 wird das genau erklärt. Außerdem ärgern wir uns ein wenig darüber, dass wir keine Polarlichter sehen konnten.
Galaktische kosmische Strahlung
Florian freut sich besonders, dass auch die “Galaktische Kosmische Strahlung” ihren Weg in den Bericht gefunden hat. Natürlich weil es ein astronomisches Thema ist, aber nicht nur. Kosmische Strahlung ist ganz normal, die ist überall und wird von Sternen und diversen anderen astronomischen Phänomenen produziert. Im All ist sie gefährlich, auf dem Erdboden sind wir durch Atmosphäre und Magnetfeld geschützt. Wenn die kosmische Strahlung auf die Atmosphäre trifft, kann sie dort dafür sorgen, dass sich Wolken leichter bilden können. Deswegen hat der Astronom Henrik Svensmark behauptet, dass der Einfluss der kosmischen Strahlung für den Klimawandel verantwortlich ist. Es wird wärmer und kälter, nicht durch das was wir Menschen treiben, sondern je nach Intensität der kosmischen Strahlung. Diese These ist prinzipiell plausibel und wurde ausführlich geprüft. In der Realität hat sich aber herausgestellt, dass dieser Einfluss vernachlässigbar gering ist. Florian hat die ganze Geschichte dieser These in einer Folge seines “Sternengeschichten”-Podcast zusammengefasst.
Auch das IPCC ignoriert die Hypothese nicht, stellt aber ebenso fest: Der Einfluss der kosmischen Strahlung auf das Klima ist so winzig, dass man sich damit nicht weiter aufhalten muss.
Große Balken im Strahlungsantrieb
Nachdem wir nun alles betrachtet haben, was Einfluss auf den Strahlungsantrieb hat, können wir uns das Gesamtbild auch grafisch betrachten:
Die beiden Diagramme zeigen noch einmal gut, was wie viel Einfluss hat und was das für die Temperatur bedeutet. Abbildung 7.8 haben wir so auch schon in anderen Kapiteln gesehen, ist in diesem Kontext aber dennoch interessant:
Huch, eine Formel!
Claudia beschäftigt sich mit Box 7.1. des Kapitels und findet dort eine mathematische Formel. Die kommen überraschend selten vor im IPCC-Bericht; vor dieser speziellen Gleichung muss man aber keine Angst haben. Sie ist mathematisch simpel und wichtig. Sie sagt uns, wie Ungleichgewichte im Strahlungsantrieb “abgebaut” werden und bei welcher Temperatur ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht wird.
Die Klimaforschung hat sich zwei leicht verwirrende Konzepte ausgedacht, um das zu beschreiben, die man in Abbildung 1 von Box 7.1 sehen kann.
Bei der “Equilibrium Climate Sensitiviy (ECS)” stellt man sich vor, man würde die Menge an CO2 in der Atmosphäre schlagartig verdoppeln. Das stört natürlich das Klimasystem und man wartet nun ab, bis sich ein neuer Gleichgewichtszustand einstellt. Die ECS ist nun genau die Temperatur, bei der das passiert. Ein wenig anders funktioniert die “Transient Climate Response (TCR)”. Hier stellt man sich vor, dass die Menge an CO2 in der Atmosphäre Jahr für Jahr um einen fixen Prozentsatz erhöht wird, so lange bis sich die Menge verdoppelt hat. Die Temperatur zu diesem Zeitpunkt ist die TCR. Beides sind natürlich theoretische Konzepte - aber sie erlauben es mit den Klimamodellen vorherzusagen, wie die Atmosphäre auf Veränderungen im Strahlungsantrieb reagiert. Einmal langfristig, einmal kurzfristig - und genau deswegen ist die Bestimmung von ECS und TCR von enormer Bedeutung für die Wissenschaft.
Claudia steht im IPCC!
Zum Abschluss betrachten wir noch unsere ganz persönliche Beziehung zum IPCC-Bericht. Bei Florian ist sie sehr indirekt; er hat sich früher mal sehr über die Hypothese von Svensmark geärgert und wurde dafür von Svensmark persönlich angegriffen. Claudias Beziehung zum Bericht ist viel besser, sie wurde dort sogar zitiert! In “Table AI.1: Observational products used by Working Group I in the Sixth Assessment Report”, also auf Seite 12 von Annex I: Observational Products wird Claudias Arbeit “Central European high-resolution gridded daily data sets (HYRAS): Mean temperature and relative humidity” zitiert.
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Weiterführende Informationen
Kapitel 7 des Klimaberichts ist hier als pdf downloadbar.
Kontakt und weitere Projekte
Wenn ihr Fragen oder Feedback habt, dann schickt uns einfach eine Email an podcast@dasklima.fm. Alle Folgen und alle Shownotes findet ihr unter https://dasklima.fm.
Florian könnt ihr in seinem Podcast “Sternengeschichten” zuhören, zum Beispiel hier: https://sternengeschichten.podigee.io/ oder bei Spotify - und überall sonst wo es Podcasts gibt. Außerdem ist er auch noch regelmäßig im Science Busters Podcast und bei WRINT Wissenschaft”-Podcast zu hören (den es ebenfalls bei Spotify gibt). Mit der Astronomin Ruth Grützbauch veröffentlicht er den Podcast “Das Universum”.
Claudia forscht und lehrt an der TH Köln rund um Wissenschaftskommunikation und Bibliotheken und plaudert im Twitch-Stream “Forschungstrom” regelmäßig über Wissenschaft.
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