Das Wetter und der Klimawandel

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Der Menschengemachte Klimawandel

Der Mensch hat begonnen, durch die Emission von Kohlendioxid (CO2), aber auch anderer Treibhausgase wie Methan (CH4) und Lachgas (N2O) das Klima der Erde zu verändern. Global gesehen wird es immer wärmer durch den zunehmenden Treibhauseffekt. CO2 entsteht größtenteils bei der Nutzung fossiler Brennstoffe, CH4 und N2O dagegen vor allem in der Landwirtschaft.

Das CO2 spielt eine besonders wichtige Rolle im globalen Klimasystem, denn es hat entscheidend dazu beigetragen, über die längste Zeit der Erdgeschichte ein erstaunlich lebensfreundliches Klima aufrecht zu erhalten. Als das Leben auf der Erde vor rund 3,5 Milliarden begann, da strahlte die Sonne um 30% schwächer als heute. Eigentlich hätten die Ozeane zufrieren und die ganze Erde zu einem Eisball erstarren müssen, doch das geschah nicht. Stattdessen hatte die Erde stets flüssige Ozeane, in denen sich im Laufe der Zeit immer komplexeres Leben tummelte, das später dann auch die Kontinente erobern konnte. Im Laufe der Erdgeschichte nahm die Sonneneinstrahlung kontinuierlich zu und trotzdem wurde es nie zu heiß. Warum blieb das Klima der Erde trotz der sich deutlich verändernden Sonne immer lebensfreundlich?

Die allmähliche Zunahme der Strahlungsleistung der Sonne ist nichts Besonderes, sondern ein ganz normaler Vorgang im Leben eines  Sternes. Sterne gewinnen ihre Energie aus der Kernverschmelzung (Kernfusion) von Wasserstoff zu Helium. Dabei wird ein Teil der Masse der Reaktionspartner direkt in Energie umgewandelt (Massendefekt). Die Kernfusion geschieht im Inneren eines Sterns, wo infolge der Eigenschwerkraft (Gravitation) die dazu notwendigen Bedingungen herrschen; extrem hoher Druck und Temperaturen von über 10 Millionen °C. Die energieliefernde Kernfusion wird somit letztlich durch die Gravitation angefacht und unterhalten. Im Laufe der Zeit nimmt dabei im Sterninneren der Anteil an Helium gegenüber dem Wasserstoff immer weiter zu. Da Helium spezifisch schwerer als Wasserstoff ist, wird das Innere des Sterns dichter und die Gravitation entsprechend stärker. Die Kernfusion wird noch mehr angefacht, der Stern wird heißer und die Strahlung nimmt zu.

Daß die Erde trotz alledem immer lebensfreundlich blieb, hat sie ihrem Kohlenstoffkreislauf, aber auch dem Leben selbst zu verdanken!

Erdaufgang über dem Mondhorizont (fotografiert von Apollo 8).Die Erde kann ihr Klima selbst regulieren und war so in der Lage über Jahrmilliarden lebensfreundliche Bedingungen aufrecht zu erhalten. Der atmosphärelose Mond kann das nicht. Quelle: NASA

Der Kohlenstoffkreislauf sieht in etwa so aus:

Durch Regen wird CO2 als Kohlensäure aus der Atmosphäre ausgewaschen. Die Kohlensäure bewirkt eine Verwitterung der Oberflächengesteine und es entstehen Carbonate, die in gelöster Form in die Ozeane gelangen. Wird deren Sättigungskonzentration überschritten, so werden die Carbonate ausgefällt und am Meeresgrund als natürliche CO2-Depots abgelagert. Infolge der Plattentektonik gelangen die Carbonate im Bereich der Subduktionszonen ins Erdinnere und werden aufgeschmolzen. Das CO2 wird freigesetzt und gelangt mit den vulkanischen Ausgasungen schließlichwieder zurück in die Erdatmosphäre. Der Kohlenstoffkreislauf steuert global die Temperatur. Wird die Erde wärmer, wie es ja tatsächlich durch eine immer stärker strahlende Sonne auch geschah, so steigt die Wasserverdunstung und es fällt mehr Regen. Das führt zu einer verstärkten Gesteinsverwitterung und die entfernt vermehrt CO2 aus der Atmosphäre. Als Folge eines verringerten Treibhauseffektes durch CO2 kühlt die Erde wieder ab. Wird die Erde, wodurch auch immer kälter, so läuft der beschriebene Mechanismus genau umgekehrt ab. Also weniger Wasserverdunstung, dadurch weniger Regen und eine abgeschwächte Gesteinsverwitterung,  damit mehr CO2 in der Atmosphäre und ein verstärkter Treibhauseffekt, der die Erde wieder erwärmt.

Diese Temperatur-Regulation funktioniert aber sehr langsam. Sie dauert Jahrhundertausende! Dadurch kann es immer wieder zu doch recht heftigen Temperaturausschlägen in beide Richtungen kommen. Das Leben selbst schafft hier Abhilfe, indem es die Mechanismen der Temperaturregulation beschleunigt und noch um einen weiteren Mechanismus ergänzt:

Bodenbakterien und Pflanzen beschleunigen durch ihre Atmung die unter feuchten Bedingungen (Regenwasser plus Kohlensäure) stattfindende (natürliche) chemische Gesteinsverwitterung um das 1000 fache (!), indem sie Säuren freisetzten und durch Abatmen das CO2 im Boden konzentrieren.

Die bei der Verwitterung gebildeten Carbonate gelangen in Wasser gelöst in die Ozeane, wo sie in Kalkschalen von ein- und mehrzelligen Meeresorganismen eingebaut werden. Wenn diese absterben bilden die Kalkschalen direkt das natürliche CO2-Depot, ohne das dafür erst eine Sättigungskonzentration der Carbonate erreicht werden muß. Die Bildung der CO2-Depots am Meeresboden wird also stark beschleunigt.

Der Kohlenstoffkreislauf Quelle: http://www.vtaide.com/

Das Leben tut aber noch mehr. Die Pflanzen einschließlich der einzelligen Algen beherrschen die Photosynthese. Dabei wird die Sonnenenergie in energiereiche organische Verbindungen (Kohlenhydrate) umgewandelt, unter Verwendung von CO2 und Wasser. Diese organischen Verbindungen werden dann bei der Atmung kalt verbrannt und liefern die Energie für alle Stoffwechselprozesse. Durch die Photosynthese wird CO2 aus der Atmosphäre „abgepumpt“und Sauerstoff (O2) als Abfallprodukt freigesetzt.

Wenn die Pflanzen absterben und unter Luftabschluß, hohem Druck und der Beteiligung anaerober Bakterien verrotten, dann entstehen die fossilen Brennstoffe, ein neues dauerhaftes CO2-Depot.

Die Erde reguliert mit ihrem Klimasystem also sehr effektiv die Temperatur innerhalb eines lebensfreundlichen Bereichs. Früher als die zu schwache Sonne ausgeglichen werden mußte, regelte die Erde die Temperatur auf höhere Werte. Heutzutage, wo die Sonnenstrahlung eigentlich schon zu intensiv geworden ist, dreht die Erde ihren Thermostaten runter. Das ist die Erklärung dafür, warum es in der Erdvergangenheit früher meist wärmer war als heute!

Im Grunde genommen strebt die Erde, unter den Bedingungen heute, die Bedingungen einer Eiszeit an, denn diese macht der Erde das Leben leichter: Die Polarkalotten dehnen sich sehr weit aus, so daß Eis und Schnee einen entsprechend größeren Anteil des Sonnenlichtes reflektieren. Die kühlen Ozeane bieten den Meeresalgen einen idealen Lebensraum, denn die oberen und unteren Wasserschichten können sich gut durchmischen, so daß immer genug Nährstoffe zur Verfügung stehen. Die Algen leben ausschließlich in den oberen Wasserschichten, weil nur hier das Licht für ihre Photosynthese ausreicht. Steigen die Wassertemperaturen an, so bildet sich eine stabile Schichtung mit dem warmen Wasser oben und dem kalten Wasser unten. Das bekommt den Algen gar nicht gut, denn die beiden Wasserschichten durchmischen sich nicht, so daß die Nährstoffe aus den tieferen Wasserschichten nicht mehr zur Verfügung stehen. Eigentlich mögen Algen wärmeres Wasser, doch ohne Nährstoffe läuft es eben nicht. Deshalb sind tropische Meere so klar, weil es in ihnen nur wenige Algen gibt. Sie sind die „Wüsten“ unter den Ozeanen. Die in den kalten Ozeanen der Eiszeiten prächtig gedeihenden Algen pumpen viel CO2 ab und begünstigen durch ihre natürlichen Sulfat-Emissionen die Wolkenbildung, denn die Sulfate wirken als Kondensationskeime für die winzigen Wolkentröpfchen. Alle diese Eiszeit-Effekte zusammen wirken abkühlend und erleichtern es der Erde, mit der zunehmenden Sonneneinstrahlung fertig zu werden. Die im Vergleich zu den Eiszeiten eher kurzen Warmzeiten (Zwischeneiszeiten) sind womöglich lediglich so etwas wie vorübergehende Fieberanfälle der Erde. Der letzte, noch anhaltende Fieberanfall ermöglichte allerdings auch den Aufstieg der menschlichen Zivilisation!

Durch die intensive Nutzung fossiler Brennstoffen setzen wir innerhalb weniger Jahrzehnte das CO2 wieder frei, welches die Erde aus guten Gründen in Jahrmillionen der Atmosphäre entzogen und sicher deponiert hat. Das bedeutet eine erhebliche Störung des für den Planeten und für uns alle überlebenswichtigen selbstregulierenden Klimasystems!   

Jens Christian Heuer

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