Seit Jahrzehnten steigt die Erdtemperatur geringfügig aber stetig an. Die Ursache ist wissenschaftlichen umstritten. Nicht für den Weltklimarat IPCC, der die vom Menschen verursachte CO2-Emissionen durch die Verbrennung von Kohle, Gas und Öl dafür verantwortlich macht. Für ihn ist klar, dass der Strahlungsantrieb des CO2 ursächlich ist aus dem eine globale Temperaturänderung abgeleitet wird.
Dass das CO2 einen Einfluss auf die Erdtemperatur hat, ist allgemein unbestritten. Die Frage ist vielmehr, wie groß der Einfluss des zusätzlich vom Menschen erzeugten CO2 zum natürlichen globalen CO2-Kreislauf ist. Bekanntlich absorbiert CO2 einen Teil der von der Erdoberfläche abgegebenen langwelligen Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) und gibt diese Energie in alle Richtungen wieder ab, auch wieder zurück zur Erdoberfläche (Rückstrahlung).
Strahlungsantrieb, Klimasensitivität
Der Strahlungsantrieb beschreibt in Bezug auf CO₂, wie stark das Gas den Energiehaushalt der Erde verändert und dadurch zur globalen Erwärmung beiträgt. Er wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) angegeben. Nicht zu verwechseln mit der in Grad Celsius angegebenen Klimasensitivität, die angibt, wie die mittlere Erdtemperatur auf eine zunehmende CO2 -Konzentration in der Atmosphäre reagiert.
Der Weltklimarat IPCC gibt in AR6 [1] an, dass bei Verdopplung der CO2-Konzentration der Strahlungsantrieb 3,93 ± 0,47 W/m2 beträgt. Die Temperaturerhöhung wird ohne Rückkopplung mit ca. 1,1 0C und die Gleichgewichts-Klimasensitivität einschließlich Rückkopplung mit 2,5 – 4 0C angegeben. Letzteres entspricht der Erhöhung der globalen mittleren Erdtemperatur.
Die ca. 1 0C Temperaturerhöhung bei Verdopplung der CO2-Konzentration ist häufiger in der Fachliteratur genannt. Die „Geister“ scheiden sich über den Temperaturbeitrag der Rückkopplung.
Prof. Dr. Hermann Harde [2] [3]
In seiner wissenschaftlichen Arbeit kombinierte Harde detaillierte Strahlungstransportberechnungen mit einem vereinfachten Zwei-Schichten-Klimamodell. Seine Ergebnisse unter Differenzierung zwischen verschiedenen Erwärmungsmöglichkeiten und deren Temperaturbeitrag bei CO2-Verdopplung:
- direkte Erwärmung bei wolkenfreiem Himmel, ohne Rückkopplungen 1,79 0C
- direkte Erwärmung bei 66 % Bewölkung, ohne Rückkopplung 1,09 0C
- mit Wasserdampf-Rückkopplung bei 66 % Bewölkung 1,24 0C
- mit weiteren Rückkopplungen in bestimmten Szenarien 1,22 0C
- bevorzugtes Ergebnis seiner Gesamtbetrachtung 0,7 0C
Harde bestätigt den grundlegenden Strahlungseffekt des CO2, seine Hauptthese aber ist vielmehr, dass die Rückstrahlung insgesamt wesentlich schwächer oder sogar negativ seien, als sie in den IPCC-Bewertungen angesetzt werden. Das ist der Kern der wissenschaftlichen Kontroverse.
Wo liegen die Streitpunkte?
Nachgefragt bei KI: Wasserdampf ist ein sehr wirksames Treibhausgas. Wenn sich die Atmosphäre erwärmt, kann sie mehr Wasserdampf aufnehmen. Dadurch verstärkt sich der Treibhauseffekt. Der IPCC bewertet diese Rückkopplung als einen wesentlichen Verstärker der CO₂-Erwärmung.
Harde berechnet hingegen eine deutlich geringere Verstärkung. Er argumentiert unter anderem, dass:
- die Absorption von Wasserdampf bereits teilweise gesättigt sei,
- die spektrale Überlagerung mit anderen Treibhausgasen berücksichtigt werden müsse,
- auch die Absorption von Sonnenstrahlung durch Wasserdampf eine negative Rückkopplung bewirke,
- temperaturabhängige Veränderungen der Absorption und der atmosphärischen Emission einbezogen werden müssten.
Daraus ergibt sich bei Harde für die Wasserdampf-Rückkopplung eine wesentlich geringere Verstärkung als beim IPCC.
Der entscheidende Punkt ist aber: Die Sättigung der Absorption bedeutet nicht, dass die zusätzliche CO₂-Wirkung verschwindet. Auch bei bereits stark absorbierenden Spektralbereichen verändert zusätzliches CO₂ die Strahlung, insbesondere in den Linienflügeln und in den Höhen, aus denen Strahlung ins Weltall entweicht.
Die Frage ist deshalb nicht, ob Sättigung existiert, sondern wie groß der verbleibende Strahlungseffekt unter realistischen atmosphärischen Bedingungen ist.
Eine besondere Unsicherheit besteht in der unterschiedlichen Bewertung der Wolkenrückkopplung. Wolken können:
- Sonnenlicht reflektieren und dadurch kühlend wirken,
- infrarote Strahlung absorbieren und dadurch wärmend wirken.
Welche Wirkung überwiegt, hängt unter anderem von Wolkenhöhe, Wolkentyp, optischer Dicke und regionaler Verteilung ab.
Harde kommt zu dem Schluss, dass die Wolkenveränderungen überwiegend durch solare Einflüsse gesteuert würden und die temperaturbedingte Wolken-Rückkopplung deshalb nur gering sei.
Der IPCC bewertet die Wolken-Rückkopplung dagegen insgesamt als positiv, wenn auch mit erheblichen Unsicherheiten.
Das ist ein wesentlicher Grund, weshalb Harde eine niedrigere Klimasensitivität erhält.
Harde berücksichtigt in seinem Zwei-Schichten-Modell zusätzlich explizit:
- konvektive Wärmeübertragung,
- Verdunstung und latente Wärme,
- fühlbare Wärme,
- Veränderungen der atmosphärischen Emission.
Er argumentiert, dass diese Prozesse als negative Rückkopplungen wirken und einen Teil der Erwärmung kompensieren.
Der IPCC berücksichtigt diese Prozesse ebenfalls, allerdings in einem umfassenderen gekoppelten Klimasystem, das unter anderem Ozeane, Atmosphäre, Landoberfläche, Eis und dynamische Zirkulationen umfasst.
Damit unterscheiden sich nicht nur einzelne Parameter, sondern auch die Modellstruktur und die Art, wie Rückkopplungen bestimmt werden.
KI-Fazit
Hermann Harde kommt auf ungefähr 1 °C, weil er die Rückkopplungen des Klimasystems anders berechnet und bewertet als der IPCC. Die Differenz ist also nicht dadurch zu erklären, dass einer der beiden den grundlegenden Strahlungseffekt von CO₂ bestreitet.
Der entscheidende Unterschied liegt in der Modellierung und Bewertung der zusätzlichen Klimaprozesse.
Nach dem aktuellen wissenschaftlichen Gesamtstand ist die IPCC-Bewertung von 3 °C besser durch mehrere unabhängige Evidenzlinien abgesichert als Hardes niedrige Klimasensitivität. Seine Arbeit zeigt jedoch, dass die quantitative Bewertung einzelner Rückkopplungen eine zentrale Rolle spielt und weiterhin wissenschaftlich untersucht werden muss.
Oder sollte sich die Hypothese von Valentina Zharkova und ihren Kollegen bewahrheiten, dass ein bevorstehendes großes solares Minimum (Grand Solar Minimum) ab etwa 2030 zu einer merklichen Abkühlung führen könnte. Grundlage ist ein Modell der solaren Magnetaktivität, das einen Rückgang der Sonnenaktivität für die kommenden Jahrzehnte prognostiziert, eine kleine Eiszeit. Vielleicht wird dann erkennbar, dass sich dadurch ein von menschlichen CO2-Emissionen unbeeinflusster Klimawandel vollzieht.
Quellen
[1] https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/chapter/chapter-7/?utm_source=chatgpt.com
[2] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2017/9251034?utm_source=chatgpt.com
[3] Hermann Harde, „Was trägt CO2 wirklich zur globalen Erwärmung bei?“, ISBN 9 783842371576, Jahr 2011