Den Klimawandel verstehen (3)

Unser Klima
Ein Gastbeitrag von Kurt Rohmert

Der Klimawandel ist zu einem wichtigen Thema in der Wissenschaft, der Öffentlichkeit und der Politik geworden. Wahrscheinlich, so das IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), erlebt das globale Klima einen Wandel, der zwar regional unterschiedlich verläuft, weltweit aber eine klare Tendenz einer Erwärmung aufweist. Dieses Kapitel beschreibt die vielen Variablen des Klimasystems, u.a. das Klima selbst, Atmosphäre, Sonne …

Unser Klima und das Wetter

Um Dinge wie das Thema Klimawandel zu begreifen, muss man logischerweise ganz vorn anfangen, nämlich beim Wetter. Für uns Menschen ist das Wetter wichtig, nicht umsonst machen wir vieles vom Wetterbericht abhängig. So sagt das Bundesumweltamt :„Wetter ist der physikalische Zustand der Atmosphäre (die gasförmige Hülle, die die Erde umgibt) an einem bestimmten Ort oder in einem Gebiet zu einem bestimmten Zeitpunkt oder in einem kurzen Zeitraum von Stunden bis hin zu wenigen Tagen.“ Aus unserer Erfahrung wissen wir auch, dass die Prognosen mal genau, mal sogar völlig daneben sein können. Bekannt ist auch, dass meteorologische Vorgänge nur wenig bis gar nicht beeinflussbar sind, alles andere sind spektakuläre Behauptungen.

Auf wikipedia wird Wetter als spürbarer, kurzfristiger Zustand der Atmosphäre an einem beliebigen Punkt der Erde definiert, der als Sonnenschein, Bewölkung, Regen, Wind, Hitze oder Kälte in Erscheinung tritt. Betrachten wir diese Wetter-Vorgänge dagegen über einen längeren Zeitraum (mindestens 30 Jahre oder sogar Jahrhunderte) an einem Ort, so spricht man von Klima. Wetter ist also das aktuelle Geschehen mit den o.g. Parametern. Der Begriff Klima ist dagegen eine statistische Größe. Es geht darum, Trends zu untersuchen, also die Durchschnittswerte über einen längeren Zeitraum. Ein Extremereignis  wie ein Hitzesommer macht noch keinen Klimawandel. Die Häufung von solchen Ereignissen kann dagegen ein Symptom eines Klimawandels sein.

Die Sonne als Heizung

„Ohne die Sonne gäbe es kein Leben auf diesem Planeten, jedenfalls nicht so wie wir es heute kennen. Die Sonne ist eine gigantische Energiequelle, die Licht und Wärme ins Weltall strahlt. Ein Teil ihrer Strahlung erreicht auch die Erde. Diese Energie erwärmt unsere Atmosphäre, den Erdboden und die Meere.“ So nachzulesen auf Planet Schule.

Abb.1: Die Sonnenstrahlung

Je nach Verhältnis Sonne-Erde wird die Erde unterschiedlich aufgeheizt. Am Äquator, wo die Strahlen senkrecht auf die Erde treffen, ist es am heißesten. An den Polen ergibt sich durch den flacheren Winkel eine geringere „Heizung“.  Damit ist die Sonne der wichtigste Himmelskörper, an der Oberfläche herrschen 5.700 Grad. Von dieser Oberfläche strömen Licht und Energie ins All. Die Sonne erhält das Leben auf der Erde, erwärmt den Boden sowie die Atmosphäre. Sie steuert das Klima, bringt uns Trockenperioden und Eiszeiten, treibt den Wind, der unser Wetter bestimmt ( Herbert Friedmann). Leben auf der Erde hängt direkt mit den menschenfreundlichen Temperaturen zusammen.

Unser Klima in Europa

Neben dem Breitengrad hängt das Klima von vielen Faktoren ab, z.B. auch Küstennähe. Unser Klima in Mitteleuropa ist gekennzeichnet durch eine warm-gemäßigte Klimazone (Kontinentalklima). Hier mischen sich atlantisch-maritime Klimaeinflüsse mit kontinentalen. Westwinde bringen feuchte Luftmassen vom Atlantik, sie korrespondieren im Winter mit milderen Temperaturen, im Sommer sind sie für verregnete Tage verantwortlich. Kontinentale Einflüsse aus Sibirien bringen im Winter trockene Kälte.

Abb.2: Klima in Europa 

Aber es ist nicht immer so. Wetterschwankungen und auch Extreme sind für uns normal. So kann es zu Temperaturstürzen von über 10 Grad innerhalb eines Tages kommen (zuletzt im August 2020). Unterschiede von 5 Grad innerhalb eines Tages sind auch normal. Ganz zu schweigen von den Unterschieden zwischen Sommer und Winter.  Im August 2020 lag die mittlere Temperatur bei 19,9 Grad, im Januar bei nur 3,3 Grad. Der Jahresmittelwert betrug in der Periode 1981 bis 2010 8,9 Grad (laut dem Deutschen WetterDienst).

Zum Vergleich: Laut Analyse der NASA ist die globale Durchschnittstemperatur seit 1880 um 1Grad gestiegen (Deutsche Werte hier: Monitoring Bericht 2019 des Umweltbundesamtes).

Die Sonnenstrahlung und ihre Energiebilanz

Bislang haben wir gelernt: Motor des Klimas der Erde ist die Sonne. Für den Wärmehaushalt der Erde ist also entscheidend, was mit den Sonnenstrahlen passiert, wenn sie auf die Erde treffen.

Abb.3: Strahlungsbilanz der Erde

Die gewaltige Energie der Sonne wird in Form von Strahlung an den Weltraum abgegeben und ein kleiner Teil davon erreicht die Erde, genauer gesagt unsere Atmosphäre, die uns wie eine Schutzhülle umgibt. Der Wert dieser Strahlung beträg 1.360 J pro m2 (die sog. Solarkonstante). Der Wert schwankt aber je nach Entfernung von der Sonne und dem Einstrahlungswinkel (siehe Abb.1). Die Erde einschließlich der Atmosphäre nimmt diese Energie auf, gibt diese aber auch wieder an den Weltraum ab.

Ein Teil der Energie wird in der Atmosphäre direkt reflektiert, ein Teil absorbiert (aufgenommen) und ein Teil bis zur Erde durchgelassen. Auch von der Erdoberfläche wird ein Teil absorbiert und ein Teil reflektiert (siehe Abb. 3). Somit gilt für die Energiebilanz der Erde: Die von der Erde aufgenommene Sonnenenergie ist (im Mittel) genau so gross wie die an die Umgebung abgegebene Energie. Damit befindet sich die Erde in einem thermodynamischen Gleichgewicht.

Wäre das nicht der Fall, dann würde sich unsere Erde unweigerlich erwärmen oder ggf. auch abkühlen. In beiden Fällen wäre das Leben auf der Erde gefährdet. In der langen Zeit der Erdgeschichte ist es immer wieder vorgekommen, dass sich die Energiebilanz geändert hat. Gründe lagen in Schwankungen der Sonnenaktivität (Sonnenflecken oder Sonnenmagnefeld), der Änderung der Erdlaufbahn oder der Änderung der Reflexion. Diese ist bei den verschiedenen Oberflächen stark unterschiedlich: Schnee refelektiert viel (bis 85%), Wald wenig (10%), Wasser sehr wenig (5%).

Die Folgen waren sehr hohe Temperaturen oder Eiszeiten. Beispiele: das letzte Eiszeitalter vor 115.000 Jahren bis Beginn des Holozäns oder die Eem-Warmzeit von 126.000 Jahren.

Die Energiequelle aus der Tiefe

Nicht nur die Sonne ist ein Energielieferant, auch im Untergrund der Erde schlummert ein riesiges Potential an Energie. Die einzelnen Schichten weisen unterschiedliche Temperaturen auf. Der Erdkern ist mit ca. 5.000 Grad die heißeste. Erstaunlich, 99% der Erde sind heißer als 1.000 Grad. Die ersten 15-20 Tiefenmeter werden durch die Sonne beeinflusst. Darunter nimmt die Temperatur um durchschnittlich 3 Grad pro 100 Meter zu. Es wird ständig Erdwärme aus der Tiefe nachgeliefert (LFU Bayern oder Planet Wissen). Für das Klima ist diese Energie unbedeutend.

Die Atmosphäre

Unsere Atmosphäre ist eine dünne Gashülle rund um die Erde. Die unterste Schicht ist die Troposphäre (ca. 10km), darüber liegt die Stratosphäre. Die gesamte Schichtdicke von etwa 50km macht nur 1% des Erdradius aus. Im vertikalen Aufbau sind nur die beiden untersten Schichten wichtig, weil hier die Wetter-und Klimaprozesse ablaufen und sich hier 99% der Luftmasse befinden. Für Meteorologen entscheidend ist der Temperaturverlauf in diesen Schichten.

Die wohl stärkste Rolle beim Klima spielt die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre. Diese hat sich im Laufe der Erdgeschichte deutlich verändert. Die Hauptbestandteile Stickstoff, Sauerstoff und Argon machen insgesamt 99,9% aus. Verbleiben weitere Gase wie CO2, Methan oder die FCKW-Gase, die als Treibhausgase klimarelevant sind, obwohl sie lediglich 0,1% ausmachen. Auch die Aerosole, kleine schwebende Teilchen (aus Vulkanen oder Staub) in der Luft, sind klimawirksam.

Die Atmosphäre ist das instabilste und sich am schnellsten ändernde Subsystem des Klimasystems. Hier spielt sich das rapide ändernde Wettergeschehen ab. Während kleinräumige Unterschiede zwischen kalten und warmen Luftmassen noch gut ausgeglichen werden, können sie abweichend davon zu schweren Wetterreaktionen führen (Stürme, Gewitter, starke Niederschläge).

Der Ort des Wettergeschehens

Der Ort für unser gesamtes Wettergeschehen ist die Troposphäre, die unterste Schicht unserer Atmosphäre (siehe Abb.4). Die Höhe der Troposphäre schwankt zwischen 8 (am Pol) und 18 Kilometer (Äquator). Diese enthält fast den gesamten Wasserdampf. Ihre Temperatur nimmt vom Boden stetig ab, bis zur Höhe von 10 km auf etwa -65Grad (etwa -6,4 Grad pro km). Darüber liegt bis 50km die Stratosphäre, in deren unterer Hälfte findet sich das lebenswichtige Ozon. Die Temperatur steigt wieder an, bis etwa 0 Grad.

Abb.4: Aufbau der Atmosphäre

Eine Voraussetzung für die Entwicklung von Lebensformen war die Senkung des extrem hohen CO2-Anteils zugunsten von Sauerstoff (abnehmende Oxidation im Meer und vermehrte Photosynthese). Es hatte die Entstehung von Wäldern und des Lebens zur Folge auf der Basis gegenseitiger Beeinflussung. Beginn war vor ungefähr 1 Milliarde Jahren.

Für die Entstehung des Wetters ist neben der Sonnenenergie hauptsächlich der Gehalt an Wasserdampf verantwortlich . Die Konzentration schwankt von 0 bis 4 Vol%. Mit der Luftfeuchtigkeit bezeichnet man den Anteil des Wasserdampfs am Gasgemisch der Luft. So versteht man unter der relativen Luftfeuchtigkeit (in %) das Gewichtsverhältnis von momentanem Wasserdampfgehalt zu maximalem Gehalt unter Berücksichtigung von Temperatur und Druck.

Diese Erkenntnisse sind wissenschaftlich bekannt und anerkannt. Die Vorgänge, die wir betrachtet haben, sind sehr komplex und beeinflussen sich gegenseitig. Schließlich ist unser Wetter ein chaotisches System (laut IPCC). Spätestens jetzt wird der Dissens klar. Denn in der Argumentation, was die zusätzliche Erwärmung der Erde bewirkt, scheiden sich die Geister. Die Feststellung einer sich verändernden Temperatur wird dagegen von niemandem bestritten.

Anmerkung des Autors:

Der Sommer 2019 war mit einer Durchschnittstemperatur von 19,2 Grad ein sog. Jahrhundertsommer. Sehr heiß und sehr trocken. So folgerten dann der Wetterblog: „Sommer 2019 – Klimawandel hautnah erleben“  und auf wetter.de hieß es: Klimawandel: 2019 könnte das zweitwärmste Jahr werden. Andere Meteorologen dagegen erklärten es so: Sahara-Temperaturen in Deutschland: Das wird heftig. Eine für Ende Juni extrem ungewöhnliche Hitzewelle rollt auf Deutschland zu. Grund dafür ist ein Tief westlich von Spanien, das heiße Luft aus Nordafrika heranlenkt. Wie heftig die Hitze wird und wie der Sommer 2019 weitergeht, erklärt unser Meteorologe Dr. Alexander Hildebrand im TV-Studio von WeLT. Also doch nur Wetter!

Es folgt Teil 4 Die Temperaturen steigen

 

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.