Читать книгу Klimawandel - Klimakrise - Klimakollaps - Группа авторов - Страница 11

Das Klima der Erde wird – anders als das Wetter – nicht nur durch die Atmosphäre bestimmt, sondern auch durch die Kompartimente der Erdoberfläche wie Hydrosphäre, Kryosphäre, Landoberfläche und die Biosphäre. Allein die Lithosphäre, also der steinerne Teil des Erdmantels mit z. B. den Carbonatgesteinen, nimmt nicht am Klimageschehen teil, zumindest nicht auf der Zeitskala von einigen zehn bzw. hundert Jahren, die uns hier interessieren.

Das Klimasystem ( Abb. 2) wird durch die Strahlung der Sonne aufgeheizt und angetrieben und durch die Abstrahlung von terrestrischer Wärmestrahlung gekühlt (s. u. Treibhauseffekt und Strahlungsgleichgewicht). Die Wechselwirkung der einzelnen Subkompartimente untereinander modifiziert die jeweiligen Energieströme. Von ganz wesentlicher Bedeutung ist der Wasserkreislauf. Dieser wird durch die Verdunstung an der Meeresoberfläche und – in geringerem Ausmaß – auch an den Landoberflächen angeregt. In den kälteren Schichten der Troposphäre, wo der Wasserdampf den Sättigungsdruck übersteigt, kondensiert der Wasserdampf und bildet Wolken. Dabei wird Kondensationswärme freigesetzt und die umgebende Luft heizt sich auf. Durch den Niederschlag schließlich gelangt das Wasser zurück auf die Oberfläche. Die Atmosphäre enthält zwar nur 0,001 % des gesamten auf der Erde verfügbaren Wassers, für die Energiebilanz der unteren Atmosphäre ist der Wasserkreislauf allerdings von großer Bedeutung. Die tropischen Wirbelstürme beispielsweise gewinnen ihre Energie allein aus der Kondensation des zuvor an der Ozeanoberfläche verdunsteten Wassers.

Abb. 2: Vereinfachtes Schema des Klimasystems der Erde und seiner Subsysteme (eigene Darstellung).

Wasserdampf selbst ist ein starkes klimawirksames Gas, das die terrestrische Wärmestrahlung absorbiert, ihre Abstrahlung in den Weltraum blockiert und die Atmosphäre erwärmt. Wolken dagegen reflektieren auch die Sonnenstrahlung und kühlen. Wasser als Gas oder als Tröpfchen ist daher bezüglich seiner Klimawirkung ambivalent. Seine Netto-Wirkung im Klimasystem ist am Tage anders als in der Nacht. Während am Tage und bei tieferliegender Bewölkung der kühlende Effekt der Wolken dominiert, ist es während der Nacht, wenn die Sonne nicht scheint, genau umgekehrt: jetzt wärmen die Wolken. Unter einem wolkenbedeckten Himmel ist es nachts immer wärmer als unter einem wolkenlosen.

Allein mit Wasserdampf und Wolken ist das Klimasubsystem Hydrosphäre allerdings längst nicht vollständig beschrieben. Die Ozeane lösen und speichern atmosphärisches CO₂ in Form von Hydrogencarbonat (HCO₃^–). Entsprechend dem Henry’schen Gesetz wächst mit steigendem CO₂-Partialdruck in der Luft auch die gelöste Menge. Diese Mengen sind beträchtlich: Von den 43 Mrd. Tonnen CO₂ (1 Mrd. t = 1 Gigatonne, Gt), die jährlich global anthropogen emittiert werden, werden etwa 23 % in den Ozeanen gespeichert. Insgesamt sind die Ozeane die Giganten unter den Kohlenstoffreservoiren der Erde. Die Speicherung von CO₂ in den Ozeanen verringert einerseits die atmosphärische Erwärmung durch den CO₂-Anstieg. Durch Reaktion des gelösten CO₂ mit dem Wasser werden aber neben den Hydrogencarbonat-Ionen auch Wasserstoff-Ionen (Protonen, H⁺) gebildet, die das Wasser versauern und den pH-Wert senken. Ein saurer werdender Ozean aber behindert die Biomineralisation von Korallen und führt zu deren Absterben. Auch die Aufnahmefähigkeit der Ozeane für künftiges CO₂ wird mit wachsender Versauerung verringert.

Wasser existiert auf der Erde auch in Form von Schnee und Eis. Bezüglich der einfallenden Sonnenstrahlung haben eis- und schneebedeckte Oberflächen eine kühlende Wirkung, da sie die Solarstrahlung viel stärker als dunklere Oberflächen reflektieren und damit die Bodenerwärmung verringern. Schwindende Eisflächen – wie im Nordpolarbereich – verringern diesen Effekt und heizen die Erwärmung weiter an. Anthropogene Veränderungen der Eisflächen, z. B. durch die Ablagerung von Rußteilchen, verstärken diesen Effekt weiter. Dies gilt z. B. für einige der großen Eisflächen der Himalaya-Gletscher, die durch die verschmutzte, rußhaltige Luft aus Nordindien verändert werden.

Die Landbiosphäre ist genau wie die Ozeane eine Senke für atmosphärisches CO₂. Der jährliche natürliche CO₂-Austausch zwischen stehender Biomasse und der Atmosphäre durch Photosynthese einerseits und Veratmung andererseits ist mit ca. 450 Gt CO₂ einer der größten Kohlenstoffkreisläufe der Erde. Nur etwa 12,5 Gt CO₂ – oder 31 % der anthropogenen CO₂-Emission in 2019 – bleiben allerdings längerfristig in Stamm und Wurzelwerk gespeichert ( Abb. 3).

Anthropogene CO₂-Emissionen entstehen auch durch Änderung der Landnutzung. Während die Umwandlung von Waldgebieten in Ackerland in Europa und Nordamerika ursprünglich die Hauptquelle der CO₂-Emissionen war, hat sich die Ackerfläche hier in den letzten Jahrzehnten kaum noch ausgeweitet, und ist – teilweise auch durch Wiederaufforstung – zurückgegangen. Dafür hat die Abholzung der tropischen Regenwälder zugenommen. Sie hat mit 14 % oder 5,7 Gt CO₂ pro Jahr in der letzten Dekade zu den anthropogenen Emissionen beigetragen. Die Emissionen aus Abholzung sind absolut leicht gewachsen, aufgrund des stärkeren Zuwachses der CO₂-Emissionen aus anderen Quellen ist ihr Anteil aber gesunken. In den 60er-Jahren z. B. betrug der Anteil noch 39 %.

Abb. 3: Quellen und Senken des anthropogen produzierten CO₂ (Quelle: eigene Darstellung nach The Global Carbon Project 2020).