Klimawandel: Nichts bleibt, wie es ist

Steht uns ein Klimawandel bevor?

Da gehen die Expertenmeinungen auseinander, aber extreme Wetterereignisse haben in den letzten Jahren immer öfter Schlagzeilen gemacht.

Auch in Deutschland hat die Zahl und Heftigkeit von Stürmen, Überschwemmungen und Hitzewellen zugenommen. Die zunehmende Häufung und die globale Verteilung dieser außergewöhnlichen Ereignisse lassen darauf schließen, dass wir uns in einer Phase des Klimawandels befinden. Das ist an sich nichts Besonderes, denn Klima ist nichts, was über Jahrhunderte hinweg konstant bleibt. Sorge bereitet der Menschheit aber die Geschwindigkeit des Wandels, die sie möglicherweise selber beeinflusst hat.

Haben Klimaschwankungen die Geschichte beeinflusst?

Im Laufe der Menschheitsgeschichte gab es mehrere Klimaschwankungen, doch deren Einfluss auf die menschliche Entwicklung ist nicht eindeutig zu klären.

In den letzten 11 000 Jahren betrugen die Klimaschwankungen etwa 1–2 °C. Kühl war es vor 4500–2500 Jahren, danach wurde es wieder wärmer, 500–1000 n. Chr. dann erneut kälter. Im mittelalterlichen Klimaoptimum (ca. 1100–1300) erlebte Europa die wärmsten Zeiten seit 4000 Jahren, sogar in England und Norwegen wurde Wein angebaut.

Zwischen dem 15. und der Mitte des 19. Jahrhunderts wurde es wieder kälter. In dieser sog. kleinen Eiszeit gaben die Wikinger ihre Siedlungen in Grönland auf, während sich die Inuit von der Nordküste Kanadas weit nach Süden ausbreiteten. 1900–1940 stieg die Temperatur um etwa 0,4 °C an und blieb bis 1980 im Wesentlichen konstant. Doch seit den 1980er Jahren stieg sie erneut um mehr als 0,3 °C.

Was versteht man unter Eiszeitalter?

Das Eiszeitalter war die geologische Epoche des Pleistozäns (vor 1,81 Mio. bis 11 000 Jahren), als Nordeuropa, Westsibirien und große Teile Kanadas unter einer bis zu 2 km dicken Eisschicht lagen.

Grob lässt sich das Eiszeitalter in Warmzeiten und Kaltzeiten gliedern – also Perioden mit ausgedehnten Vereisungen und eisfreie Perioden. Die Geologen unterscheiden je nach Region vier bis fünf Eiszeiten. Ende der 1980er Jahre brachten die ersten Temperaturkurven aus Eisbohrkernen eine Überraschung: Alle paar tausend Jahre wechselte das Klima zwischen einem wärmeren und einem kälteren Zustand, wobei sich die Temperatur jeweils in nur wenigen Jahrzehnten um 5–10 °C änderte.

Was hat sich mit dem Ende der Eiszeit geändert?

Das Ende der Eiszeit vor rd. 11 000 Jahren ähnelte einem der vielen Klimaumschwünge des Pleistozäns: Wieder stieg die Temperatur innerhalb von Jahrzehnten um etwa 10 °C. Doch diesmal blieb das Klima im wärmeren Zustand. Innerhalb von Jahrtausenden verschwand das Eis auf der Nordhalbkugel fast vollständig und der Meeresspiegel stieg um mehr als 100 m. Klima- und Vegetationszonen verschoben sich um 20–30 Breitengrade nordwärts: Aus der Tundra Mitteleuropas wurden warmgemäßigte Laubwälder.

Kann man das Klima vorhersagen?

Die Vorhersage von langfristigen Werten ist einfacher als die von Details – man kann Tendenzen angeben und mögliche Szenarien skizzieren. Leider können Klimaforscher keine Experimente machen. So verwenden sie Computermodelle, die die bekannten physikalischen Gesetze nutzen, um die Bewegungen, den Wärmeaustausch und andere Prozesse in Atmosphäre und Ozean zu simulieren.

Wie wird das Klima des 21. Jahrhunderts?

Die Durchschnittstemperaturen dürften um 1,5–5,8 °C ansteigen. Die große Schwankungsbreite beruht u. a. darauf, dass der von den Menschen verursachte Kohlendioxidausstoß schwer abzuschätzen ist. Auf jeden Fall geschieht dieser Anstieg viel schneller als der im 20. Jahrhundert.

Gerade die Geschwindigkeit ist ein Problem, denn an schnelle Änderungen kann sich die Pflanzen- und Tierwelt wie auch der Mensch schlecht anpassen. Auch mit veränderten Niederschlägen ist zu rechnen, so dass Extremereignisse wie Dürren, Stürme und Flutkatastrophen wahrscheinlich zunehmen.

Wer ist für den Treibhauseffekt verantwortlich?

Seit Jahrmillionen gibt es einen natürlichen und nützlichen Treibhauseffekt. Der Mensch verstärkt diesen Effekt durch Schadstoffe der Industrien und Autos.

Wie warm es auf der Erde ist, hängt zum einen von der Intensität der Sonnenstrahlung, zum anderen von der Energieabstrahlung durch die Erde ab. Die Atmosphäre speichert die von der Erde abgestrahlte Energie. Ohne die Atmosphäre würde die globale Mitteltemperatur –18 °C betragen, mit ihr sind es etwa +15 °C. Die Speicherfähigkeit der Atmosphäre hängt mit dem Gehalt bestimmter Gase wie Kohlendioxid, Wasserstoff und Methan zusammen. Diese Gase lassen einerseits die energiereiche UV-Strahlung der Sonne durch, andererseits behindern sie die Abstrahlung der Wärmeenergie in den Weltraum. Das Grundprinzip kommt auch beim Treibhaus zur Anwendung, wo das Glas die UV-Strahlung einlässt, die Wärmestrahlung aber zurückhält. Deswegen bezeichnet man u. a. Kohlendioxid und Methan als Treibhausgase und den Effekt als natürlichen Treibhauseffekt.

Wie heizt der Mensch das Klima auf?

Besonders klimaschädlich ist das Kohlendioxid, das bei Verbrennung fossiler Rohstoffe wie Kohle und Erdöl frei wird. Zu Beginn der Industrialisierung, also um 1850, lag der Anteil an Kohlendioxid in der Atmosphäre bei ca. 280 ppm (parts per million, Teile pro Million). Heute sind es 370 ppm.

Auch Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW) trägt zum Treibhauseffekt bei. Ein FCKW-Molekül hat dasselbe Treibhauspotenzial wie 3400 Kohlendioxid-Moleküle. FCKW ist überaus reaktionsträge – gerade deswegen eignet es sich als Kühlmittel und Treibgas in Spraydosen –, so dass es sehr lange in der Atmosphäre verbleibt. Durch die Erwärmung der Atmosphäre steigt der Meeresspiegel spürbar an, und die Klimazonen verschieben sich.

Warum ist die Ozonschicht so wichtig?

Sie schützt die Erdoberfläche vor schädlicher UV-Strahlung.

Ozon ist ein süßlich nach Nelken und Chlor riechendes Gas, das die Schleimhäute stark reizt, die mit einem stechenden Schmerz auf Ozonkontakt reagieren. In hoher Konzentration ist es tiefblau und stark giftig.

Ozon ist in der Stratosphäre in einer Höhe von 15–30 km relativ hoch konzentriert vorhanden. Man nennt diese Schicht daher Ozonschicht. Bis hierher dringt die im Sonnenlicht reichlich vorhandene, kurzwellige ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) ungehindert vor. Die besonders kurzwellige UV-C-Strahlung spaltet hier das normale Sauerstoffmolekül (O₂) in Sauerstoffatome (O) auf. Dabei wird die Strahlung absorbiert und extrem abgeschwächt. Aus einem einzelnen Sauerstoffatom und einem »normalen« Sauerstoffmolekül entsteht das dreiatomige Ozon (O₃). Würde dieser Prozess weiterlaufen, hätte sich sämtlicher Sauerstoff längst in giftiges Ozon umgewandelt. UV-B-Strahlung sorgt aber dafür, dass Ozon wieder in Sauerstoffmoleküle und -atome aufgespalten wird. Bildung und Zerfall stehen im dynamischen Gleichgewicht. Es bleibt genügend Ozon übrig, um die meiste UV-Strahlung aus der Atmosphäre zu filtern.

Wodurch wird das Ozon vernichtet?

Stickoxide, Chloroxide und Bromoxide beschleunigen den Abbau von Ozon. Als Quelle für die gefährlichen Chloroxide gelten Chlor- und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (CKW und FCKW). Ein einziges Chloratom kann eine Reaktion auslösen, der bis zu 10 000 Ozonmoleküle zum Opfer fallen.

Die Chlor enthaltenden Chemikalien, aber auch Bromverbindungen, sind größtenteils industrielle Produkte, die u. a. in Kühlschränken und Klimaanlagen als Treibgase oder Lösungsmittel eingesetzt wurden. Die Produktion wurde zwar weitgehend eingestellt, aber die Zerfallsprodukte halten sich immer noch in der Atmosphäre auf. Mit einem spürbaren Rückgang wird erst ab 2010 gerechnet.

Wieso gab es das erste Ozonloch über dem Südpol?

Während die Ozonkiller Chlor und Brom in anderen Breiten durch Methan oder Stickstoffoxid gebunden werden, versagen diese natürlichen Bremsen der Ozonzerstörung bei Temperaturen von unter –80 °C, wie sie in der Stratosphäre über der Antarktis herrschen.

Im Winter bildet sich über der Antarktis ein riesiger Kaltluftwirbel, der den Zustrom warmer Luft verhindert. Der Wasserdampf gefriert dann in der Stratosphäre zu polaren Eiswolken. Chlor-Reservoirmoleküle wie Salzsäure oder Chlornitrat, also solche Verbindungen, die Chlor enthalten, setzen an den Oberflächen der Eiskristalle Chlormoleküle frei. Sobald der Südwinter zu Ende geht, zerlegen die ersten energiereichen Sonnenstrahlen diese Moleküle zu sog. Chlorradikalen, die die Umwandlung von Ozon zu Sauerstoff bewirken und dadurch das Ozon abbauen. Erst wenn die Sonne die Eiswolken auflöst, wird der Prozess gebremst. Daher tritt das Ozonloch über der Antarktis immer zum Ende des Südwinters im September und Oktober auf und schließt sich im November.

Übrigens: 1993 und 2001 hatte das antarktische Ozonloch mit etwa 25 Mio. km² eine Ausdehnung von der Größe Nordamerikas erreicht. 2002 war es deutlich kleiner und erstmals zweigeteilt.

Kommt das Ozonloch nach Europa?

Wenn nichts unternommen wird, ist das nicht auszuschließen: Im Winter 1999/2000 und im Winter 2004/05 kam es auch über der Arktis zu einem rapiden Ozonschwund. Polarluftwirbel trugen das nördliche Ozonloch bis weit nach Europa hinein. Dadurch nimmt die Ozonkonzentration in der Stratosphäre in den mittleren Breiten bedenklich ab: derzeit um 5–10 % pro Jahrzehnt, gekoppelt an eine immer noch steigende Chlorkonzentration. In den letzten 30 Jahren hat die UV-Strahlung im Februar um etwa 15 %, im Sommer um 5 % zugenommen; manche Forscher sprechen gar von einer Zunahme um über 20 %.

Wie entsteht das Klimaphänomen El Niño?

Während die Gewässer des Pazifiks vor der südamerikanischen Küste normalerweise kalt, nährstoffreich und daher reich an Kleinfischen sind, erwärmt sich das Wasser etwa alle vier (manchmal nur zwei, manchmal auch zehn) Jahre abrupt. Diese klimatische Unregelmäßigkeit tritt in wechselnder Stärke auf. Weil es immer zur Weihnachtszeit passiert, tauften peruanische Fischer dieses Klimaphänomen El Niño (das Christkind). Die Ursachen liegen in einem zeitweiligen Umkippen der Luftdruckverhältnisse zwischen dem West- und Ostpazifik. Noch konnten Wissenschaftler nicht endgültig klären, wodurch diese Luftdruckschwankungen entstehen.

Was passiert, wenn El Niño kommt?

Kommt El Niño um die Weihnachtszeit, dann sterben die winzigen Meeresorganismen, das Plankton, vor der Küste Perus.

Die Kleinlebewesen, die am Anfang der marinen Nahrungskette stehen, sind in dieser Region an das etwa 10 °C kalte Wasser des Humboldtstroms angepasst. Die darauf angewiesenen Fischschwärme wandern ab. Meeressäuger und Seevögel folgen ihnen – oder verhungern. 1983 starben in Peru 85 % aller Seevögel. Die vom warmen Wasser aufgeheizte Luft steigt auf und es beginnt heftig zu regnen. Während des El Niño von 1982/83 verwandelten sich die trockenen Küstenwüsten Perus in ein üppig grünes, seenreiches Grasland.

Dagegen kam es in Südostasien und Australien zu Dürreperioden. Während des El Niño von 1997/98 waren auch Südostafrika und Nordbrasilien von Trockenheit betroffen. Auf Borneo und Sumatra ausgebrochene Waldbrände gerieten außer Kontrolle.

Übrigens: El Niño hat wahrscheinlich auch die Französische Revolution beeinflusst. Nach dem harten Winter 1787/88 bescherte ein ungewöhnlich langer und heftiger El Niño 1789–93 den Europäern weitere Rekordfröste und einen Dürresommer mit schlechten Ernten. Die Nahrungsknappheit trug mit zum Ausbruch der Revolution bei.