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Wolkenbildung: Frappierende Forschungsergebnisse

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Laufen wir einer kleinen Eiszeit entgegen?

Wird der Klimawandel durch den Menschen verursacht oder ist der Klimawandel eher eine ganz natürliche, unabwendbare Entwicklung? Über die Klärung dieser Frage tobt an der Wissenschaftsfront seit Jahren, spätestens nach Erscheinen der Berichte des Weltklimarates IPCC, ein unversöhnlicher Streit. Der IPPC ist sich zu 95 % sicher, dass das vom Menschen verursachte Kohlendioxid (CO2) Schuld ist an der Erderwärmung und somit am Klimawandel. Nahezu zweihundert Nationen haben sich im Pariser Klimagipfel 2015 – mit Ausnahme der USA, China und Indien – für eine drastische Reduzierung des CO2-Ausstoßes verpflichtet, um die Erderwärmung unter 2 0C, besser unter 1,5 0C zuhalten.

Dass 97 % der Wissenschaftlicher hinter der IPCC-Auffassung stehen würden, wie kolportiert wurde, hat sich inzwischen nachweislich als Fehlmeldung erwiesen. Die Zahl der Wissenschaftler, die gesicherte neue, abweichende Erkenntnisse über die Ursachen der Klimaentwicklungen vorlegen, steigt ständig. Überdies wurde der IPCC fehlerhaftes, sogar manipulatives Vorgehen vorgeworfen, was einige Wissenschaftler, die am Zustandekommen der Berichte beteiligt waren, sogar veranlasste, sich von den Berichten zu distanzieren.

Dass die Sonnenaktivität von der IPCC in ihrer Wirkung fehlerhaft berücksichtigt wurde, erweist sich inzwischen als erhebliches Manko. Ein anderer wesentlicher Schwachpunkt in den bisherigen Modellen ist das unzureichende Wissen über die Wirkung der Wolken und der Wasserdampfrückkopplung auf die Erdtemperatur: Da sie sich nicht modellieren ließen, wurde sie lediglich durch einen Faktor berücksichtigt. Atmosphärische Aerosole und ihr Beitrag zur Wolkenbildung werden als wichtig für den sogenannten Strahlungsantrieb des Klimas angesehen, waren jedoch bislang wenig verstanden.

Das Potsdamer Institut für Klimaforschung verkündete in 2009, es gäbe eine „einfache lineare Beziehung“ zwischen der Zunahme von CO2 in der Luft und der globalen Erwärmung“ [1 ]. Weit gefehlt. Schon in dem Jahr war erkennbar, dass die Erdtemperatur der CO2-Zunahme nicht folgt. Inzwischen blieb die Temperatur trotz steigender CO2 – Konzentration in der Atmosphäre seit 20 Jahren fast unverändert. Seither kursieren ebenso nicht bewiesene Erklärungsversuche über den nicht vorhergesehenen Temperaturstillstand [1 ].

Warum eigentlich befindet sich das Klima in einem steten Wandel und was beeinflusst unser Klima? Aus historischen und archäologischen Quellen wie auch aus geophysikalischen Untersuchungen ist bekannt, dass es bereits vor der Industrialisierung warme und kalte klimatische Phasen gegeben hat.

Eine Forschungsrichtung befasst sich mit den vom IPCC vernachlässigten Sonnenaktivitäten und deren Auswirkungen für die Erdtemperatur. In der Zeitschrift Welt [2] war bereits am 23.11.2009 zu lesen: „Drei Direktoren der großen deutschen Geoforschungsinstitute warnten, dass das erwünschte Ziel, den globalen Temperaturanstieg bei zwei Grad zu begrenzen, „aus geowissenschaftlicher Sicht nicht haltbar“ sei. Und zwar nicht, weil der CO2-Anstieg ungebremst weiterläuft, sondern weil „deutlich wird, dass wir grundsätzliche Zusammenhänge nicht verstehen“, wie Reinhard Hüttl, Chef des Geoforschungszentrums Potsdam, anmahnt: zum Beispiel „Veränderungen im Erdmagnetfeld, die einen Einfluss auf die Magnetosphäre und damit auf die Atmosphäre haben. Was hierbei womöglich stark unterbewertet ist: die Kraft des Sonnenwindes, ablesbar am Wandel der Sonnenflecken.”

Unter den Sonnenaktivitäten sind die unvorstellbar heftigen, zyklisch auftretenden Turbulenzen ihres extrem heißen Gases auf der Sonnenoberfläche zu verstehen. Ein Maß der Aktivitäten sind die von der Erde aus zu beobachtenden Sonnenflecken und deren wechselnde Häufigkeit. Der Sonnenfleckenzyklus hat eine durchschnittliche Periode von 11,1 Jahren, kann aber im Laufe eines Jahrhunderts zwischen 9 und 13 Jahren liegen. Es gibt weitere Zyklen [3], auf die hier nicht näher eingegangen wird. Die mittlere Zahl der Sonnenflecken schwankt von 0 bis 5 im Sonnenfleckenminimum bis über 100 im Maximum. Das bisher höchste bekannte Maximum war 1957/59 mit Monatsmitteln der Sonnenflecken-Relativzahl über 200. Im letzten Maximum 2013/14 lagen die Monatsmittel meist zwischen 60 und 100. Mitte 2016 beobachtete man Tageswerte von Null bis etwa 60 und Monatsmittel unter 40. Damit hat die Aktivität seit Herbst 2015 um knapp die Hälfte abgenommen.

Abbildung 1: Sonnenfleckenzyklus: Jahresmittel der Sonnenfleckenrelativzahl seit 1611. Deutlich zu erkennen ist die Periodizität der Sonnenfleckenrelativzahl mit einer Periodenlänge von etwa 11 Jahren und die Periodizität ihrer Maximalwerte. Zwischen den Jahren 1645 und 1715 (Maunder-Minimum) war die Fleckenhäufigkeit bzw. die Gesamtaktivität auf der Sonne drastisch reduziert, was 14C-Messungen in Baumringen und Berichte über Nordlichtbeobachtungen belegen. In diesen Zeitraum fällt auch die Kleine Eiszeit auf der Nordhalbkugel der Erde [12] . Aktuell befinden wir uns im 24. Sonnenfleckenzyklus.

Zum Wechselspiel der Sonnenflecken kommen noch unregelmäßige Gas- und Strahlungsausbrüche, Änderungen im Sonnenwind [4], vereinzelte geomagnetische Stürme und Protonenschauer und die riesigen Gasfontänen der Protuberanzen.

Die Messungen der Sonnenflecken werden ergänzt durch die Messungen der Stärke des solaren Magnetfeldes, das sich, wie man erkannte, parallel zur zunehmenden Sonnenaktivität verstärkt, und der solaren Strahlungsstärke am oberen Rand der Atmosphäre, gemessen durch Satelliten.

Einer der Forscher auf diesem Sektor ist der Leiter der Sonnenforschung an der Technischen Universität in Kopenhagen, Henrik Svensmark. In seinem Beitrag für [3] schreibt er: „Ein Großteil der sich ständig wiederholenden Klimaschwankungen geht wohl auf die Veränderlichkeit der kosmischen Strahlung zurück, atomarer Partikel aus Supernova-Ruinen explodierender Sterne. Obwohl unsichtbar, nicht spürbar, generell harmlos, bildet die kosmische Strahlung einen wichtigen Teil unserer Umwelt.“

Geophysikalische Untersuchungen an Tiefseebohrkernen lieferten die Erkenntnis, dass Kälteperioden der letzten 11.500 Jahre mit Zeiten erhöhter kosmischer Strahlung zusammenfielen. Das wiederum hat als Ursache die magnetisch schwache Sonne, wodurch die kosmische Strahlung verstärkt auf die Erde einwirken konnte. In Zeiten von erhöhter Sonnenaktivität kann deutlich weniger kosmische Strahlung in die Erdatmosphäre eindringen.

Eine weitere Feststellung bedurfte der Klärung: Die sogenannte Solarkonstante bei inaktiver Sonne am oberen Rand der Atmosphäre von 1357 W/m2±0,4 W/m2nimmt in Phasen starker solarer Aktivität um etwa 0,1 Prozent zu, also um 1,4 W/m2. Um diesen Betrag also schwankt die Strahlungsintensität der Sonne während der Aktivitätszyklen. Überraschenderweise aber betragen die Schwankungen der Einstrahlung bei blauem Himmel auf der Erdoberfläche nicht auch 0,1 Prozent, sondern 1 Prozent, 10-fach mehr. Es muss also einen weiteren atmosphärischen Verstärkungsmechanismus geben, der von der Sonne gesteuert wird [5]. „Ein Prozent Variation würde die Veränderung der Sonnenaktivität zu einem Haupttreiber der Klimaänderung des 20. Jahrhunderts machen“, schreibt Weber in seinem Beitrag [5].

Bekannt ist, dass die kosmische Strahlung entscheidend an der Ionisation [6] der unteren Atmosphäre beteiligt ist. Ihr Einfluss reicht bis ca.10 km oberhalb der Erdoberfläche, also bis tief in die Troposphäre hinein, wo sich alle wesentlichen klimatischen Phänomene abspielen.  Svensmark geht von folgendem Forschungsansatz aus [3]: Die Ionisation der Luft durch eindringende kosmische Strahlen (Elektronen, Protonen und vollständig ionisierte Atome) unterstützt die Bildung von Aerosolen, die als Kondensationskeime bei der Bildung von Wassertropfen und tiefliegenden Wolken dienen. Da diese Wolken einen starken Abkühleffekt zur Folge haben, kann eine Zunahme oder Abnahme der kosmischen Strahlung über den hieraus resultierenden Bewölkungsgrad die mittlere globale Temperatur spürbar senken oder anheben.

Dazu muss man wissen, dass Wasserdampf das bei weitem dominierende natürliche Treibhausgas der Atmosphäre ist, da es in einem breiten Wellenlängenbereich des Sonnenlichtes auch die Energie der langwelligen Strahlung von der Erdoberfläche aufnehmen kann. Die anderen Treibhausgase, wie zum Beispiel das CO2, spielen dagegen nur eine sehr untergeordnete Rolle. 66 bis 85 Prozent des natürlichen Treibhauseffektes sind auf den Wasserdampf sowie auf kleine Wassertröpfchen bzw. Eispartikel in Wolken zurückzuführen [7].

An dieser Stelle sei ein Hinweis erlaubt, der auch bereits in anderen Artikeln der AGEU gegeben wurde: Allgemein weitgehend anerkannt und akzeptiert ist die durch CO2bewirkte globale Temperaturerhöhung von unspektakulären etwa 1,10C bei Verdopplungder atmosphärischen CO2-Konzentration, die sogenannte Klimasensibilität. Seine angebliche klimatische Gefährlichkeit „verdankt“ das Kohlendioxid der IPCC- Annahme eines massiven Verstärkungsprozesses durch Rückkopplungsmechanismen. Wasserdampf und Wolken sowie Schnee- und Eisbedeckung sollen die Schuldigen daran sein, dass sich die Wärmewirkung von CO2vervielfacht, nämlich auf 2 0C bis 4,5 0C bei CO2-Verdopplung. Für diese Annahme gibt es keine wissenschaftlichen Belege. Dessen ungeachtet beruht auf dieser unbewiesenen IPCC-Hypothese der weltweite Glaube an den vom Menschen verursachten Klimawandel und die daraus abgeleitete Forderung der globalen CO2-Verminderung. Laut Vahrenholt/Lüning [3] würde der ehemalige IPCC-Autor Richard Lindzen vom Massachusetts Institute of Technology dem Prozess sogar eine dämpfende statt steigernde Wirkung zuordnen. Vahrenholt und Lüning üben im Übrigen in ihrem Buch [3]an der „unwissenschaftlichen Arbeitsweise“ des IPCC [11] scharfe Kritik.

Zurück zu Svensmark und seiner Forschung: Um dem Argument zu begegnen, dass in der Erdatmosphäre eine Vielzahl anderer Aerosol-Arten existiert und daher der Beitrag der kosmischen Strahlung in der Natur schlicht untergeht und vernachlässig sein könnte, war der Nachweis zu führen, dass sie durch Ionisation erzeugten Aerosole zu großen Aerosol-Zusammenballungen anwachsen können, die dann als Kondensationskeime für Wolken einsetzbar sind.

Ausgangspunkt seiner Untersuchungen war die Beobachtung, dass während starker Explosionen auf der Sonne, der koronalen Massenauswürfe und der dadurch bedingten Zunahme des Sonnen-Magnetfeldes der kosmische Strahlenfluss auf der Erde innerhalb eines halben Tag rapide absank. Bei den stärksten dieser Ereignisse geht die Ionisation durch die kosmische Strahlung um ungefähr 10 bis 15 Prozent zurück. Die plötzliche Abnahme der kosmischen Strahlenwirkung hatte systematische Änderungen in den Wolken zur Folge [7].

Der Einfluss der Sonne auf die kosmische Strahlung ist allgemein bekannt. Nicht geklärt war bislang, wie stark die kosmische Strahlung zur Wolkenbildung beiträgt. Mit der gemeinsamen Publikation von Svensmark, Enghoff und Shaviv [8] wollen die Forscher diese Kenntnislücke schließen. In dieser Arbeit zeigen sie theoretisch und experimentell durch die Nachbildung der atmosphärischen Bedingung in einer Reaktionskammer aus Edelstahl das Vorhandensein eines Ionenmechanismus, der mit atmosphärischen Bedingungen kompatibel ist und durch Veränderungen der Ionendichte die Wachstumsrate von Kondensationskernen der Größe etwa 1,7 nm (Nanometer = 1 Millionstel Millimeter) bis zu Kondensationskerngrößen von 50 – 100 nm erreicht werden. Letztere sind für die Wolkenbildung maßgeblich. Es wurde festgestellt, dass eine verstärkte Ionisation zu einem schnelleren Aerosolwachstum führt, was die Wahrscheinlichkeit verringert, dass das wachsende Aerosol durch vorhandene Partikel verloren geht, und dass mehr Aerosole bis zum Erreichen der 50-100 nm-Größen überleben können. Der im Experiment nachgewiesene Mechanismus zur Bildung von Kondensationskerne ausreichender Größe könnte daher eine natürliche Erklärung für die beobachteten Korrelationen zwischen Klimaschwankungen in der Vergangenheit und kosmischen Strahlen sein, die entweder durch Sonnenaktivität oder durch Supernovaaktivität in der Sonnenumgebung auf sehr langen Zeitskalen, in ihrer Ionisationswirkung verändert wurden.

Ebenfalls in einer speziellen Wolkenkammer untersuchen auch Jasper Kirkby und sein Team im Kernforschungszentrum Cern/ Schweiz den Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und Wolkenbildung. Bereits 2014 machte das Team die Entdeckung, dass biogene Dämpfe, die von Bäumen emittiert und in der Atmosphäre oxidiert werden, einen erheblichen Einfluss auf die Wolkenbildung ausüben und so zur Kühlung des Planeten beitragen [9]. Es konnte gezeigt werden, dass diese biogenen Dämpfe auch beim Wachstum der neugebildeten Teilchen bis hin zu Größen von Wolkenkondensationskernen eine Schlüsselrolle spielen.  Messungen ergaben eine Zunahme der Produktionsrate von organischen Teilchen mit Ionenbestrahlung (Simulation der kosmischen Strahlung) um einen Faktor 10-100 gegenüber fehlender Bestrahlung – ohne Anwesenheit von Schwefeldioxidaerosolen. Dies ist insofern besonders bemerkenswert, da man das Schwefeldioxid bislang als Hauptlieferant der atmosphärischen Aerosole und damit zum Wolkenbildner angesehen hat [10].

Sollten sich diese neuesten experimentellen Ergebnisse in Zukunft erhärten, dann wäre der Einfluss der Sonnenaktivität auf die Wolkenbildung eindeutig erwiesen. Auch hat sich gezeigt, dass die für die Wolkenbildung notwendigen Aerosole vorwiegend biologischer Natur ursächlich sind. Das CO2 trägt offensichtlich deutlich weniger zur Wolkenbildung bei, als bisher unterstellt. Weitere Konsequenz: Das vom IPCC vorgelegte Klimamodell ist in seiner bisherigen Form nicht mehr haltbar.

Eines lässt sich jetzt schon sagen: Die experimentellen Ergebnisse sind aussagekräftiger und überzeugender als das bisherige mathematische Klimamodell mit seinen unvollkommenen Wetteralgorithmen.

Was aber wäre die Folge, wenn diese Wissenschaftler recht behielten?

 Nochmals zur Erinnerung: Zwischen Sonnenaktivitäten und Klimaschwankungen bestehen Zusammenhänge. Die Sonne wies diesem Jahr bisher in 62 Prozent der Zeit keine Sonnenflecken auf. Wie es aussieht, nähern wir uns sehr wahrscheinlich eines der tiefsten solaren Minima seit langer Zeit.

Abbildung 2: Tägliche Beobachtungen der Sonnenflecken seit 1. Januar 1977 den Daten des Solar Influences Data Analysis Center (SIDC) zufolge. Die dünne blaue Linie repräsentiert die tägliche Sonnenfleckenzahl, während die dunkelblaue Linie das gleitende jährliche Mittel darstellt. Die derzeitige geringe Sonnenflecken-Aktivität zeigen sich eindeutig in den geringen Werten der solaren Einstrahlung. Man vergleiche außerdem mit dem geomagnetischen AP-Index. Datenquelle: WDC-SILSO, Royal Observatory of Belgium, Brussels. Letzter dargestellter Tag: 31. Mai 2019. (Quelle: climate4you.com/)

Tatsächlich deutet alles darauf hin, dass das bevorstehende solare Minimum sogar noch ruhiger werden könnte als das Vorige, welches das tiefste Minimum in fast einem Jahrhundert war [13]. Eine der natürlichen Auswirkungen abnehmender Sonnenaktivität ist die Abschwächung des Sonnenwindes und des Magnetfeldes und somit eine Zunahme der kosmischen Strahleneinwirkung auf der Erde. Jetzt kommen die oben zitierten Forscher ins Spiel und ihre experimentell gewonnenen Erkenntnisse über die Wolkenbildung. Verstärkte kosmische Strahlung fördert die Aerosolbildung und damit die Bildung abkühlender Wolken.

Wenn sich der Trend geringer Sonnenaktivitäten fortsetzt, wird es im Zyklus 25 nahezu keine Sonnenflecken geben und somit wieder ein Maunder-Minimum (siehe Abb. 1) erreicht werden können, wie die Forscher einen besonders kalten Abschnitt der so genannten Kleinen Eiszeit nennen [14]. Genau das Gegenteil dessen, was der Weltklimarat prognostiziert hat.

Fazit: Unstrittig ist:Wolken haben einen maßgeblichen Einfluss auf die Erdtemperatur, weitaus mehr als CO2. Wolken entstehen durch den Aufstieg feuchtwarmer Luft, dem unsichtbaren Wasserdampf und dessen Kondensation bei Erreichung des Taupunktes. Zur Kondensation sind Kondensationskeime notwendig. Das sind Partikel, Aerosole genannt, die eine bestimmte Mindestgröße haben müssen, damit sich Wassertropfen bilden können. Experimentell konnte die Bildung von Kondensationskeime notwendiger Größe durch kosmische Strahlen nachgewiesen werden. Die Wirkung kosmischer Strahlen ist umso größer, je geringer die Sonnenaktivität ist.  Seit einigen Jahren durchläuft die Sonne eine Phase sehr geringer Sonnenaktivität. Beim Vergleich mit früheren Perioden geringer Sonnenaktivität deutet die gegenwärtige Abnahme der Sonnenaktivität auf eine Abnahme der Erdtemperatur in den kommenden Jahren hin. Vor Jahren bereits war ein Zusammenhang zwischen dem Verlauf der Erdtemperatur und der Sonnenfleckenhäufigkeit festgestellt worden. Das beschriebene Experiment lässt den Schluss zu, dass die kosmische Strahlung für diesen Zusammenhang ursächlich ist.

 

[1 ] http://www.focus.de/wissen/klima/klimaerwaermung/tid-33319/forschung-und-technik-medizin-wo-bleibt-die-waerme_aid_1087361.html

[2] https://www.welt.de/wissenschaft/weltraum/article5304764/Sonnenwind-gibt-Antworten-zum-Klimawandel.html, 23.11.2009

[3] siehe Fritz Vahrenholt, Sebastian Lüning, „Die kalte Sonne“ ISBN 978-3-455-50250-3, Erstauflage 2012

[4] Hinter diesem scheinbar harmlosen Begriff verbirgt sich der Ausstoß gewaltiger Massen aus der Sonne, pro Sekunde etwa eine Million Tonnen. Ein hochenergetischer Teilchenstrom aus Protonen, Elektronen und Heliumkernen wird ins Weltall geschleudert. Durch diese mächtigen Teilchenströme bilden sich starke Magnetfelder, die weit in die interplanetarischen Raum reichen und die wiederum die Flugrichtung geladener Teilchen der kosmischen Strahlung beeinflussen.

[5] W.Werner, „Ein unerwarteter atmosphärischer Verstärker der solaren Aktivität“ in [3]enthalten

[6] Ionisationheißt jeder Vorgang, bei dem aus einem Atom oder Molekül ein oder mehrere Elektronen entfernt werden, so dass das Atom oder Molekül als positiv geladenes Ion (Kation) zurückbleibt.

[7] H. Svensmark, „Kosmische Strahlung und Wolken: Experimente und Beobachtungen“, enthalten in [3]

[8] H. Svensmark, M.B.Enghoff, N.J. Shaviv, „Increased ionization supports growth of aerosols into cloud condensation nuclei“, Nature Communications 8, Article number: 2199 (2017) https://www.nature.com/articles/s41467-017-02082-2

[9] https://home.cern/science/experiments/cloud

[10]J. Kirkby, et.al., Ion-induced nucleation of pure biogenic particles“, Nature 533, 521 – 526, (26. May 2016)

[11] Anmerkung: Das IPCC ist keine wissenschaftliche Institution, sondern nach eigener Aussage lediglich Sammler wissenschaftlicher Erkenntnisse und Berichterstatter. Das IPCC betreibt selbst keine Forschung. Das IPCC ist eine rein politische Institution. Die Verfasser der Berichte sind in der Regel keine Wissenschaftler, sondern handverlesene Journalisten und Verwaltungsangerstellte, oft Praktikanten. Das IPCC ist keine Autorität in irgendwas.

[12]   https://www.spektrum.de/lexikon/physik/sonnenfleckenzyklus/13450

[13] Chr. Frey, „Die Welt geht einem Deep solar Minimum entgegen“, Europäisches Institut für Klima & Energie, 4. Juli 2019

[14] http://www.focus.de/wissen/weltraum/astronomie/tid-34401/schwaechster-sonnenzyklus-seit-100-jahren-warum-eine-neue-eiszeit-bevorstehen-koennte_aid_1143696.html