Klimawandel und Temperaturschwankungen gibt es seit Jahrmillionen

Das Klima der Erde ist nicht konstant, sondern einem steten Wandel unterworfen. Dabei hat es im Verlauf der Erdgeschichte erhebliche Temperaturschwankungen gegeben. Es gab Zeiten, da war es warm und schwül und es herrschte in unseren Breiten subtropisches Klima vor. Dann gab es aber auch Zeiten, in denen es viel kälter war als heute und die Eismassen vorrückten. In diesen ausgeprägten Warmzeiten und Kaltzeiten wurden von den Menschen noch keine großen Mengen an Rohstoffen verbrannt und Treibhausgase freigesetzt. Somit müssen Klimawandel und Temperaturschwankungen der vorgeschichtlichen Zeit natürlich bedingt sein. Doch welches waren die entscheidenden Klimafaktoren?

Erdbahnbedingte Veränderungen der Stärke der Sonneneinstrahlung verursachen Warmzeiten und Kaltzeiten

Der Wechsel von Warmzeiten und Kaltzeiten lässt sich in hohem Maße mit erdbahnbedingten (= orbitalen) Klimafaktoren erklären. Erdbahnbedingte Klimafaktoren sind Klimafaktoren, die mit der Stellung der Erde zur Sonne zu tun haben. Zu den orbitalen Klimafaktoren gehört zum einen der Abstand der Erde von der Sonne. Die Umlaufbahn (= Orbit) der Erde um die Sonne ist nicht konstant kreisförmig, sondern wechselt zwischen fast kreisförmig und leicht elliptisch. Folglich verändert sich auch der Abstand der Erde zur Sonne. Zu den orbitalen Klimafaktoren gehören auch die Neigung der Erdachse und das „Taumeln“ der Erdachse. Je nach Stellung der Erde zur Sonne ist die Sonneneinstrahlung mal größer, mal kleiner.

Der Wechsel von Warmzeiten und Kaltzeiten erfolgt(e) im Abstand von langen Zeitabständen. Wir sprechen dabei nicht von Hunderten, sondern von Tausenden, Zehntausenden oder gar Hunderttausenden von Jahren. Dazu passt, dass die erdbahnbedingten Klimafaktoren ganz bestimmten Zyklen folgen, die ebenfalls Tausende, Zehntausende oder Hunderttausende von Jahren währen. Die verschiedenen Zyklen überschneiden sich, womit wir es mit einem komplexen Zusammenspiel der verschiedenen erdbahnbedingten Klimafaktoren zu tun haben.

Schwankungen der Sonnenaktivität als weiterer Klimafaktor

Beim Wechsel von Warmzeiten und Kaltzeiten geht ein besonders starker Klimawandel vor sich. Darüber hinaus verändern sich auch innerhalb der Warmzeiten und Kaltzeiten Klima und Temperatur. Auch diese Klima- und Temperaturveränderungen können mit den erdbahnbedingten Klimafaktoren zusammenhängen. Darüber hinaus haben wir aber auch einen weiteren wichtigen Klimafaktor in Betracht zu ziehen, nämlich die Schwankungen der Sonnenaktivität.

Blicken wir auf das Holozän, also die gegenwärtige, bereits etwa 11600 Jahre währende Warmzeit, dann stellen wir fest, dass das Klima zwar im Großen und Ganzen konstant war, es jedoch durchaus merkliche Klimaveränderungen und Temperaturschwankungen gab. Diese erfolgten in Zeiträumen von Hunderten von Jahren und hatten Einfluss auf wirtschaftliche und kulturelle Entwicklungen der verschiedenen Völker.

Kurzzeitiger Einfluss von heftigen Vulkanausbrüchen auf das Klima

Auch Vulkanausbrüche haben Einfluss auf das Klima und speziell die Temperatur. Eine langzeitige Temperaturerhöhung lässt sich aber kaum mit der Aktivität von Vulkanen begründen. Erstens muss ein Ausbruch schon sehr heftig sein, damit der Einfluss merklich ist. Zweitens verändert selbst ein sehr heftiger Ausbruch das Klima nicht über Jahrzehnte hinweg, sondern höchstens über Jahre hinweg. Drittens hat ein Vulkanausbruch eher abkühlende als erwärmende Wirkung. Man sollte zwar meinen, dass die Atmosphäre durch eine Explosion dampfend heißer Lava und Gase erwärmt wird, jedoch ist eher das Gegenteil der Fall: Die Aerosole, die sich bilden und über Tausende von Kilometern in der Atmosphäre verteilen, nehmen zwar Wärme auf und erwärmen damit die entsprechenden Luftschichten, reflektieren jedoch auch Sonnenstrahlung, sodass weniger Strahlung an der Erdoberfläche ankommt und sich dort die Temperatur abkühlt.

Zusammenspiel von Atmosphäre und Meeren

Wenn wir uns mit den Klima- und speziell den Temperaturveränderungen befassen, dürfen wir nicht allein die Erdatmosphäre betrachten, sondern müssen auch die Meere als Klimafaktor berücksichtigen. Meere und Atmosphäre beeinflussen sich gegenseitig. Auf der einen Seite beeinflussen die Wetterabläufe in erheblichem Maße die Meere, auf der anderen Seite wirken die Meere wieder zurück auf die Atmosphäre. Klimaänderungen wie Änderungen der Lufttemperatur, des Niederschlags oder der Stärke der Winde haben ihren Ursprung nicht notwendigerweise in der Atmosphäre, sondern möglicherweise in den Meeren.

Außergewöhnliche Klimaerwärmung seit der Industrialisierung

Die Klimaveränderungen und Temperaturschwankungen der vorgeschichtlichen Zeit und auch der geschichtlichen Zeit bis zur Industrialisierung haben also in erster Linie natürliche Ursachen und der menschliche Einfluss ist zweitrangig. Aber wie sieht es nun in der Zeit seit Beginn der Industrialisierung aus?

Seit der vorindustriellen Zeit (als die Zeit von 1850 bis1900 definiert) ist es weltweit zu einer deutlichen Klimaerwärmung gekommen, die sich seit 1980 beschleunigt hat. Die Erwärmung erfolgt nicht gleichmäßig und linear, sondern in Sprüngen. So ist das Fünfjahresmittel der Jahre 2003 bis 2012 fast konstant gewesen. Dennoch ist ein klarer Trend der Erwärmung festzustellen. Die globale Durchschnittstemperatur liegt gegenwärtig mehr als 1°C über dem vorindustriellen Niveau und übertrifft die Temperatur von mindestens 75 % des gesamten Holozäns. Wenn wir dazu noch bedenken, dass das vorindustrielle Niveau die „kleine Eiszeit“ war, ist nicht nur die überdurchschnittliche Höhe der Temperatur bemerkenswert, sondern auch das Tempo, mit dem die Klimaerwärmung stattfindet. Aus klimageschichtlicher Sicht sind 200 Jahre eine extrem kurze Zeitspanne. Auch ist zu betonen, dass die außergewöhnliche Klimaerwärmung global stattfindet und es sich nicht nur um eine räumlich begrenzte Klimaerwärmung handelt. Es gibt allerdings räumliche Unterschiede im Ausmaß der Klimaerwärmung, wobei insbesondere die nördliche Erdhalbkugel und ganz besonders auch die Pole betroffen sind.

Nicht nur die untere Schicht der Atmosphäre, die Troposphäre, erwärmt sich zunehmend, sondern auch die Weltmeere. Das lässt sich damit erklären, dass die Weltmeere 90 % der zusätzlichen Wärmeenergie aufnehmen, die aufgrund der Klimaerwärmung in der Atmosphäre entsteht. 2022 lag die Durchschnittstemperatur der Weltmeere 0,67 Grad Celsius über dem Mittel des 20. Jahrhunderts.

Die Temperaturerhöhungen können nicht auf Messfehler oder auf Manipulationen bei den Messungen zum Zwecke des Schürens von „Klimapanik“ zurückgeführt werden. Auch wenn die Messungen nicht lückenlos durchgeführt werden, Messfehler nicht zu vermeiden sind und es nicht bei allen Messstationen bruchlose Messreihen gibt, können die Messergebnisse als zuverlässig gelten. Für die Messungen sind weltweit verschiedene renommierte Institute zuständig, es werden verschiedene Messverfahren verwendet, die sich gegenseitig ergänzen, und es werden Maßnahmen ergriffen, die Messfehler oder nicht vergleichbare Ergebnisse vermeiden sollen.

Die Klimaerwärmung ist eine Gefahr

Die Begriffe, die jemand verwendet, zeigen an, ob er die Klimaerwärmung als einen harmlosen Vorgang oder als eine ernst zu nehmende Gefahr ansieht. „Klimaerwärmung“ und „Klimawandel“ sind neutrale Begriffe, weil eine Erwärmung oder ein Wandel nicht per se gut oder schlecht sind. Wer die Klimaerwärmung bzw. den Klimawandel als Gefahr ansieht und dies betonen möchte, verwendet den Begriff „Klimaerhitzung“ und spricht von einer nahenden „Klimakatastrophe“ und von „Klimaschutz“. Wer die Klimaerwärmung auf natürliche Ursachen zurückführt und den Klimawandel für ganz natürlich hält, spricht von „Klimaerwärmung“ und „Klimawandel“ und im gleichen Atemzug von einer „Klimahysterie“ oder „Klimapanik“, die geschürt werde.

Die gegenwärtige Klimaerwärmung bzw. der gegenwärtige Klimawandel bringt negative und positive Folgen mit sich. Eine besonders bemerkenswerte positive Folge ist das Ergrünen von Teilen der Wüste Sahara. Der vermehrte Kohlendioxid-Gehalt in Verbindung mit einem Minimum an Niederschlag fördert das Wachstum bestimmter – nicht aller! – Pflanzenarten. Daneben gibt es aber auch gravierende negative Folgen: Es steigt die Zahl Hitzetoter gerade unter den gesundheitlich labilen oder angeschlagenen Menschen, Kälte liebende Tiere und Pflanzen sterben aus und es kommt aufgrund der Versauerung der Meere zu Korallenbleichen. Weil Korallen Lebensraum vieler Meerestiere sind, werden auch die Meerestiere gefährdet, was wiederum die Nahrungsgrundlage vieler Tierarten gefährdet und auch den Menschen eine Nahrungsgrundlage raubt. Weil die Klimaerwärmung mit einem atemberaubenden Tempo vor sich geht, können Kettenreaktionen ausgelöst werden, die verheerende Folgen haben können. Und schließlich steigt auch die Gefahr von extremen Wetterereignissen. In welchem Maße das der Fall ist, ist jedoch umstritten und nicht jedes ungewöhnliche Wetterereignis ist so extrem, wie es die Folgen annehmen lassen. So kann beispielsweise ein starker Regen wie ein extremer Regen erscheinen, wenn durch Versiegelung oder mangelhaftes Abwassersystem das Wasser nicht mehr im natürlichen Maße abfließen kann und so vermehrt Schäden verursacht.

Wägen wir die Vorteile und Nachteile der Klimaerwärmung ab, so überwiegen die Nachteile und Risiken. Historisch gesehen waren Zeiten wärmeren und ausreichend feuchten Klimas für die Entwicklung von Hochkulturen förderlich. Daher wird auch der Begriff „Klimaoptimum“ verwendet. Die heutige Klimaerwärmung ist jedoch nicht mit den vergangenen vorteilhaften Wärmeperioden zu vergleichen. Erstens erfolgt die Erwärmung dermaßen schnell und stark, dass sich Menschen, Tiere und Pflanzen kaum anpassen können. Zweitens bringt die außergewöhnlich schnelle und starke Klimaerwärmung unkalkulierbare Gefahren mit sich, wie die vermehrten Wetterextreme. Diese sind keine Kennzeichen eines „Klimaoptimums“ – ganz im Gegenteil. Die Verwendung des Begriffs „Klimakiller“ in der Streitfrage „Kohlendioxid – Klimakiller Nr. 1?“ legt eine Bewertung der außergewöhnlichen Klimaerwärmung als Gefahr zugrunde. Das lebensförderliche Klima wird geradezu „umgebracht“.

Die gegenwärtige Klimaerwärmung ist nur teilweise natürlich bedingt

Natürlich haben die erdbahnbedingten Klimafaktoren und Schwankungen der Sonnenaktivität auch auf das Klima der Gegenwart großen Einfluss. Für die außergewöhnliche Klimaerwärmung seit der Industrialisierung können die erdbahnbedingten Klimafaktoren nicht hauptverantwortlich sein. Erstens können Zyklen, die zig Jahrtausende währen, nicht binnen weniger Jahrhunderte zu einer rapiden Erwärmung der Erdatmosphäre und Weltmeere führen. Zweitens lassen die erdbahnbedingten Klimafaktoren eher eine langfristige (schwache) Abkühlung als Erwärmung erwarten.

Bezüglich der Sonnenaktivität ist eine Bewertung schon schwieriger, weil es verschiedene Wege gibt, die Stärke der Sonnenaktivität zu bestimmen. Die Bestimmung kann ebenso anhand der Zahl und Größe der Sonnenflecken erfolgen wie mittels einer Messung der Gesamtstrahlung der Sonne. Darüber hinaus sind auch Veränderungen des Strahlenspektrums der Sonne zu beachten, denn diese können einen erheblichen Einfluss auf das Erdklima nehmen. Und schließlich hat die Sonne nicht nur durch ihre wechselnde Aktivität einen direkten Einfluss auf das Klima der Erde, sondern durch Wolkenbildung auch einen indirekten. Eine Aussage über die Stärke der Sonnenaktivität ist also mit vielen Unsicherheiten behaftet, die noch durch die Uneinheitlichkeit der Messergebnisse verstärkt wird. Ganz grob lässt sich aber festhalten, dass es Anzeichen dafür gibt, dass verstärkte Sonnenaktivität zur Klimaerwärmung seit der Industrialisierung beigetragen hat.

Wenn wir den Blick von der Sonne hin zur Erde wenden, gibt es allerdings klare Hinweise darauf, dass verstärkte Sonnenaktivität nicht die Hauptursache für die außergewöhnliche Klimaerwärmung ist. Erstens erwärmen sich die Pole, wo die schwächste Sonnenstrahlung einfällt, am stärksten. Zweitens erwärmt sich nur die Troposphäre, wogegen sich die Stratosphäre abkühlt. Das weist darauf hin, dass die These eines „Treibhauseffektes“ durch Spurengase richtig ist. Drittens geht die Klimaerwärmung mit einer erhöhten Konzentration von Spurengasen in der Atmosphäre einher; und die Geschwindigkeit der Klimaerwärmung findet in der Geschwindigkeit der Zunahme der Spurengase eine Entsprechung.

Erhöhte Vulkanaktivität ist nicht festzustellen und es hat seit Beginn der Industrialisierung auch keinen Vulkanausbruch gegeben, der so heftig war, dass er einen dauerhaften Temperaturanstieg verursacht haben könnte – mal abgesehen davon, dass Vulkanausbrüche eher kühlende Wirkung auf das Klima haben. Und weil auch nicht zu erkennen ist, wie die Weltmeere im Zusammenspiel mit der Atmosphäre einen so starken und schnellen Temperaturanstieg verursacht haben könnten, ist der Blick auf die Spurengase zu richten. Unter den Spurengasen ist der Klimakiller Nr. 1 auszumachen.

Kohlendioxid ist Klimakiller Nr. 1, insbesondere wegen der Menge des Ausstoßes

Spurengase, die zum Treibhauseffekt beitragen, werden als „Treibhausgase“ bezeichnet. Unter den Treibhausgasen ist nun jenes zu suchen, welches am meisten zur Klimaerwärmung beiträgt. Doch welches sollen die entscheidenden Kriterien sein? Soll entscheidend sein, welches Treibhausgas das größte Treibhauspotenzial hat? Falls ja: Über welchen Zeitraum ist die Klimawirkung zu betrachten? Es gibt ja Treibhausgase, die über eine lange Zeit wirken und solche, die nach vergleichsweise kurzer Zeit in der Atmosphäre abgebaut werden. Oder soll entscheidend sein, welches Treibhausgas in der größten Menge ausgestoßen wird?

Betrachtet man nur die Klimawirksamkeit, dann ist Schwefelhexafluorid (SF6) unter den Treibhausgasen der Klimakiller Nr. 1. Laut dem 6. Sachstandsbericht des Weltklimarats ist das Treibhauspotenzial von Schwefelhexafluorid auf einen Zeitraum von 100 Jahren bezogen 24300mal höher als dasjenige von Kohlendioxid. Die EU-Verordnung 517/2014 geht von einem 22800mal höheren Treibhauspotenzial aus. Auf dem zweiten Rang liegt Stickstofftrifluorid (NF3), dessen Treibhauspotenzial über einen Zeitraum von 100 Jahren gesehen rund 17200mal größer als das von Kohlendioxid ist. Betrachten wir einzig und allein das Treibhauspotenzial, ist Kohlendioxid keine besondere Bedeutung beizumessen.

Beziehen wir die Langzeitwirkung mit ein, dann wird der Sachverhalt schon unklarer. Es ist nämlich unklar, welchen Zeitraum wir zu wählen haben und welches die Kriterien für den zu wählenden Zeitraum sind. Lassen wir diese Detailfragen außer acht, dann können wir festhalten, dass Schwefelhexafluorid nicht natürlich aufgenommen oder abgebaut wird. Daher kann es bis zu 3200 Jahre in der Atmosphäre aktiv bleiben. Es ist also besonders lange klimawirksam. Die Lebensdauer von Stickstofftrifluorid in der Atmosphäre beträgt zwischen 550 und 740 Jahren. Auch das ist lang, aber kürzer als die Klimawirksamkeit von Schwefelhexafluorid. Auch unter Berücksichtigung der Dauer der Klimawirksamkeit ist Schwefelhexafluorid klimaschädlicher als Stickstofftrifluorid. Auch Kohlendioxid gehört zu den Treibhausgasen, die sehr langsam abgebaut werden. Nach 1000 Jahren sind davon noch etwa 15 bis 40 Prozent in der Atmosphäre übrig. Der gesamte Abbau dauert mehrere hunderttausend Jahre. Im Hinblick auf die Dauer der Klimawirksamkeit gehört Kohlendioxid zu den klimaschädlichsten Treibhausgasen. Fraglich ist jedoch, inwiefern dies das vergleichsweise geringe Treibhauspotenzial wettmacht.

Kohlendioxid ist das Treibhausgas, das am weitaus meisten ausgestoßen wird. Das bedeutet, dass das ausgestoßene Kohlendioxid in seiner Gesamtheit deutlich schwerer ist als die einzelnen anderen ausgestoßenen Treibhausgase. Das Gewicht wird in Tonnen angegeben. Gewöhnlich ist aber nicht das Gewicht an sich von Interesse, sondern die Klimawirksamkeit. Dafür werden das Gewicht und das Treibhauspotenzial multipliziert und der Ausstoß in Tonnen Kohlendioxid-Äquivalenten angegeben. Berücksichtigt man sowohl die ausgestoßene Menge als auch das Treibhauspotenzial eines Treibhausgases, dann ergibt sich für 2020 folgendes Ergebnis: Der Anteil von Kohlendioxid an den deutschen Treibhausgas-Emissionen betrug 87,1 %, von Methan 6,5 % und von Lachgas 4,6 %. Und obwohl die fluorierten Treibhausgase (F-Gase) extrem klimaschädlich sind, macht ihr Anteil nur rund 1,7 % aus. Global gesehen sind die Anteile ähnlich. In der Gesamtrechnung ist Kohlendioxid also der Klimakiller Nr. 1, was aber in erster Linie an der Menge des Ausstoßes liegt.