Verzeichnisse   

INHALTSVERZEICHNIS

TABELLENVERZEICHNIS III   

ABBILDUNGSVERZEICHNIS   III

VERZEICHNIS  DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN  IV

1.  EINLEITUNG  1

2.  BESTANDSAUFNAHME DER KLIMAWISSENSCHAFT  3

2.1.  DIE EINFLUSSFAKTOREN DES KLIMAS  3

2.1.1.  NATÜRLICHE FAKTOREN  5

2.1.2.  ANTHROPOGENE FAKTOREN  16

2.2.  DIE KLIMAARCHIVE DER ERDE - INSTRUMENTE ZUR MESSUNG DER  

KLIMAVER  ÄNDERUNG  20

2.3.  AUSMAß DER BISHERIGEN KLIMAVERÄNDERUNGEN IN DER ERDGESCHICHTE  24

2.3.1.  PALÄOKLIMA  24

2.3.2.  DAS KLIMA IM HOLOZÄN  28

2.3.3.  REZENTER KLIMAWANDEL  34

2.4.  VORHERSAGEN ZUR KÜNFTIGEN KLIMAENTWICKLUNG UND IHREN FOLGEN  39

2.5.  MAßNAHMEN GEGEN DEN KLIMAWANDEL  43

3.  THEORETISCHE UND KONZEPTIONELLE GRUNDLAGEN ZUR ANALYSE  

DES  KLIMADISKURSES  46

3.1.  WISSENSCHAFTSTHEORETISCHE GRUNDLAGEN DER KLIMAFORSCHUNG  46

3.1.1.  HETEROGENITÄT DER KLIMAWISSENSCHAFT ALS DISZIPLIN  46

3.1.2.  GRENZEN DES FALSIFIKATIONISMUS  48

3.1.3.  KLIMAWISSENSCHAFT ALS „POST-NORMAL SCIENCE“ IM „MODUS 2“  49

3.1.4.  UNKLARE PROBLEMDEFINITION: WAS IST „GEFÄHRLICHER KLIMAWANDEL“?  51

3.2.  WISSENSCHAFTSSOZIOLOGISCHE KONSEQUENZEN - ZUM VERHÄLTNIS VON  

WISSENSCHAFT  , MEDIEN UND POLITIK  53

3.2.1.  WISSENSCHAFT UND MEDIEN  53

3.2.2.  WISSENSCHAFT UND POLITIK  57

3.2.3.  RÜCKWIRKUNGEN DER KLIMADISKUSSION AUF DIE WISSENSCHAFT  59

3.3.  SYNTHESE: DAS ANALYTISCHE KONZEPT ZUR ERKLÄRUNG DES KLIMADISKURSES  61

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4. CHRONOLOGIE UND CHARAKTERISTIKA DES KLIMADISKURSES 64

4.1. VORLÄUFER DES KLIMADISKURSES: GÜNSTIGE ERWÄRMUNG UND GEFÄHRLICHE ABKÜHLUNG 64

4.2. DIE NATIONALE INITIALZÜNDUNG: DIE KATASTROPHENMELDUNG DER DPG 66

4.3. DER KATALYSATOR: DER HITZESOMMER 1988 IN DEN USA 69

4.4. DIE INTERNATIONALE INSTITUTIONALISIERUNG: IPCC UND KLIMARAHMENKONVENTION 71 4.5. DAS KYOTO-PROTOKOLL 74

4.6. VERSTETIGUNG DES KLIMADISKURSES NACH KYOTO 77

5. KOMPARATIVE ANALYSE DER DISKURSE KLIMAWANDEL, WALDSTERBEN UND OZONLOCH 83

5.1. WALDSTERBEN 83 5.2. OZONLOCH 87

6. ZUSAMMENFASSUNG 90

LITERATURVERZEICHNIS 94

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TABELLENVERZEICHNIS

TABELLE 1: PROJIZIERTE MITTLERE GLOBALE ERWÄRMUNG AN DER ERDOBERFLÄCHE UND

MEERESSPIEGELANSTIEG AM ENDE DES 21. JAHRHUNDERTS.............................................................41

TABELLE 2: CHRONOLOGIE DER UN-KLIMAKONFERENZEN, 1992 - 2009 ...................................................73

TABELLE 3: TREIBHAUSGAS-REDUKTIONSZIELE NACH KYOTO-PROTOKOLL FÜR AUSGEWÄHLTE

INDUSTRIELÄNDER ............................................................................................................................75

TABELLE 4: VERGLEICH DER UMWELTDISKURSE KLIMAWANDEL, WALDSTERBEN UND OZONLOCH..........93

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

ABBILDUNG 1: SCHEMATISCHE DARSTELLUNG DES KLIMATISCHEN ZIRKULATIONSKREISLAUFES ...............3

ABBILDUNG 2: EXTERNE UND INTERNE EINFLUSSFAKTOREN AUF DAS KLIMASYSTEM .................................5

ABBILDUNG 3: SCHEMATISCHE DARSTELLUNG VON EXZENTRIZITÄT, OBLIQUITÄT UND PRÄZESSION .........6

ABBILDUNG 4: SCHEMATISCHE DARSTELLUNG DER EL NIÑO- / EL-NIÑA-WECHSELWIRKUNG ..................10

ABBILDUNG 5: VEREINFACHTE DARSTELLUNG DER THERMOHALINEN ZIRKULATION ................................12

ABBILDUNG 6: SCHEMATISCHE DARSTELLUNG DES TREIBHAUSEFFEKTS ...................................................15

ABBILDUNG 7: TREIBHAUSEFFEKT WICHTIGER SPURENGASE......................................................................18

ABBILDUNG 8: NATÜRLICHER UND ANTHROPOGEN VERURSACHTER KOHLENSTOFFKREISLAUF .................19

ABBILDUNG 9: KLIMATISCHE VERÄNDERUNGEN WÄHREND DES HOLOZÄNS..............................................28

ABBILDUNG 10: „HOCKEYSCHLÄGER“-DIAGRAMM....................................................................................33

ABBILDUNG 11: VERÄNDERUNG VON TEMPERATUR, MEERESSPIEGEL UND SCHNEEBEDECKUNG SEIT 1850

..........................................................................................................................................................35

ABBILDUNG 12: SCHEMATISCHE DARSTELLUNG DES ATMOSPHÄRISCHEN WASSERKREISLAUFS ................36

ABBILDUNG 13: SCHEMATISCHER AUFBAU EINES KLIMAMODELLS ............................................................40

ABBILDUNG 14: ENTWICKLUNG DER MITTLEREN DURCHSCHNITTSTEMPERATUREN 1000 BIS 2100............41

ABBILDUNG 15: ANALYTISCHES KONZEPT .................................................................................................61

ABBILDUNG 16: SPIEGEL-TITEL VOM 11.08.1986 .......................................................................................68

ABBILDUNG 17: ANZAHL DER NENNUNGEN DES BEGRIFFS „TREIBHAUSEFFEKT“ IN US-ZEITUNGEN, 198870

ABBILDUNG 18: VERLAUF DER MEDIENBERICHTERSTATTUNG ZUM WALDSTERBEN ..................................85

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VERZEICHNIS DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN AGGG Advisory Group on Greenhous Gases AMO Atlantische Multidekadische Oszillation bspw. beispielsweise BUND Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland e.V. °C Grad Celsius CCS Carbon Capture and Storage CDU Christlich Demokratische Union Deutschlands/Christlich cm Zentimeter CO 2 Kohlendioxid CSU Christlich-Soziale Union in Bayern d.h. das heißt GARP Global Athmosperic Research Program ENSO El Niño/Südliche Oszillation FCKW Fluorchlorkohlenwasserstoff IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change km Kilometer km ² Quadratkilometer km ³ Kubikkilometer Mio. Millionen m ² Quadratmeter mm Millimeter Mrd. Milliarden NAO Nordatlantische Oszillation NASA National Aeronautics and Space Administration n. Chr. nach Christus ppm Parts Per Million SO 2 Schwefeldioxid SPD Sozialdemokratische Partei Deutschlands THZ Thermohaline Zirkulation u.a. unter anderem UN United Nations UNCED United Nations Conference on Environment and Development (Rio de Janeiro 1992)

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UNEP United Nations Environment Program UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate Change USA United States of America v. Chr. vor Christus vgl. vergleiche W Watt WBGU Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen WCRP World Climate Research Program WMO World Meteorological Organization z.B. zum Beispiel

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1. Einleitung

Die Begriffe „Klimawandel“, „Treibhauseffekt“ und „Globale Erwärmung“ sind heute Allgemeingut und haben über die wissenschaftliche Diskussion hinaus Eingang in den allgemeinen Sprachgebrauch gefunden. In der breiteren Öffentlichkeit herrscht der Eindruck vor, dass eine signifikante, kurzfristige und irreversible Erhöhung der globalen Durchschnittstemperaturen längst wissenschaftlich unzweideutig erwiesen und die damit verbundenen negativen Folgewirkungen wie dramatische Überschwemmungen, die Zunahme zerstörerischer Wirbelstürme und ein dauerhaftes Abschmelzen der Polkappen unaufhaltsam seien.

Als Auslöser für diese besorgniserregende Kettenreaktion wurde der Mensch identifiziert. Beginnend mit der Industrialisierung Mitte des 19. Jahrhunderts habe der Mensch durch den exzessiven Verbrauch fossiler Brennstoffe und den unkontrollierten Ausstoß klimaschädlicher Treibhausgase (u.a. Kohlendioxid, Methan, Lachgas) derart massiv in das fragile Gleichgewichtssystem der Erde eingegriffen, dass die Zukunft der Menschheit schlechthin in Frage gestellt werden müsse.

Die aktuelle Diskussion über Ursachen und Folgen der anthropogen verursachten Erderwärmung wird dabei bestimmt durch emotional aufgeladene Schlüsselbegriffe und Wortbilder wie „Klimakatastrophe“ oder „Klimakollaps“. Faktoren, die für den Temperaturanstieg verantwortlich gemacht werden, werden plakativ als „Klimakiller“ bezeichnet, die es unabhängig von rationalen Effizienzüberlegungen überall und allerorten gleichermaßen zu bekämpfen bzw. zu beseitigen gilt. Diese Charakterisierungen dominieren den Diskurs und vermitteln beim Publikum den Eindruck einer nahenden und unausweichlichen Zuspitzung der Lage, in der nicht nur eine grundlegende und irreversible Veränderung des Weltklimas, sondern der Verlust der menschlichen Lebensgrundlagen auf der Erde drohe.

In der vorliegenden Arbeit soll gezeigt werden, über welche Prozesse und Transmissionsketten das Konzept des Klimawandels zunächst aus eng begrenzten Expertenzirkeln Eingang in die öffentliche Diskussion und Publizistik gefunden und schließlich zur Legitimation politischen Handelns entscheidend beigetragen hat. Dafür ist es zunächst notwendig, die wissenschaftlichen Grundlagen sowie das methodische Instrumentarium der Klimawissenschaft zu beschreiben und das Ausmaß der klimatischen Veränderun-

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gen in der erdgeschichtlichen sowie jüngeren Vergangenheit zu analysieren (Kapitel 2). Dabei wird deutlich, dass in den an der interdisziplinären Klimaforschung beteiligten Wissenschaftszweigen nach wie vor durchaus ein hohes Maß an Unsicherheit sowohl hinsichtlich der kausalen Wirkungsmechanismen wie auch hinsichtlich des Ausmaßes und der Geschwindigkeit der vergangenen wie auch der bevorstehenden Klimaveränderungen besteht. In Kapitel 3 wird darauf aufbauend das konzeptionelle Gerüst für die Analyse des Klimadiskurses entwickelt. Es wird die zentrale Hypothese vertreten, dass die epistemologischen Besonderheiten der Klimawissenschaft ursächlich dafür sind, dass der Klimadiskurs in Wissenschaft, Politik und Medien derart lang anhaltend, intensiv und kontrovers geführt wird.

Im zentralen empirischen Kapitel 4 werden Verlauf und Charakteristika des Klimadiskurses beschrieben. Dabei wird gezeigt, dass die Klimadiskussion ausgehend von einer zunächst rein fachwissenschaftlich geführten Debatte über zentrale Schlüsselereignisse Eingang in die öffentliche Arena gefunden hat und sich nicht zuletzt aufgrund der politischen und medialen Unterstützung zwischenzeitlich fest etablieren konnte. Der in Kapitel 5 vorgenommene Vergleich mit den beiden anderen großen Umweltdiskursen der 1980er und 1990er Jahre „Waldsterben“ und „Ozonloch“ belegt, dass diese für Verlauf und Deutung des Klimadiskurses von zentraler Bedeutung sind. Während der gescheiterte Diskurs über das Scheinproblem „Waldsterben“ die wissenschaftliche Skepsis heutiger Klimaleugner schürt, wird der mit dem Montreal-Protokoll erfolgreich abgeschlossene „Ozonloch“-Diskurs von den überzeugten Klimawarnern als Beleg dafür angesehen, dass entschiedenes und weltweit koordiniertes Handeln gegen den Klimawandel notwendig und über die im Kyoto-Protokoll getroffenen Reduktionsmaßnahmen möglich sei. Die Arbeit schließt mit einem zusammenfassenden Fazit in Kapitel 6.

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2. Bestandsaufnahme der Klimawissenschaft

2.1. Die Einflussfaktoren des Klimas

Das Klimasystem ist für die an der Erdoberfläche herrschenden Verhältnisse und somit für die Existenz und Verbreitung von tierischem und pflanzlichem Leben verantwortlich. Von der World Meteorological Organisation (WMO) wird das Klima als Mittelwert des Wetters über eine Zeitspanne von 30 Jahren definiert. Neben statistischen Kenngrößen wie mittlere Jahrestemperatur und -niederschlag werden auch Eintrittswahrscheinlichkeit und Häufigkeit z.B. von Dürren, Stürmen oder Starkniederschlägen erfasst (Beising 2006: 9).

Das Klima der Erde ist ein überaus komplexes System, das von vielen terrestrischen und extraterrestrischen Faktoren abhängig ist und keine konstante Größe darstellt (Huch/Warnecke/Germann 2001: 38). Obwohl Klimaschwankungen allgemein als längerfristige Änderungen der Eigenschaften der Atmosphäre (z.B. Lufttemperatur oder Niederschlagshäufigkeit) wahrgenommen werden, sind die Ursachen von Klimaschwankungen nicht unbedingt innerhalb der Atmosphäre zu suchen, sondern vorwiegend auf die Wechselwirkungen mit den trägen Komponenten des Klimasystems (so wie Ozean, Meereis, Landeis, Biosphäre) zurückzuführen (Latif 2007: 75-76).

Abbildung 1: Schematische Darstellung des klimatischen Zirkulationskreislaufes

Quelle: Beising 2006: 18

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Wie in Abbildung 1 dargestellt bestehen vielfältige Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Hydrosphäre (Ozean und Wasserkreislauf), Kryosphäre (Eis und Schnee), Biosphäre (Tiere und Pflanzen), Pedosphäre (Boden) und Lithosphäre (Gestein). So wird z.B. die Biosphäre durch den Wasserkreislauf mit lebensnotwendiger Feuchtigkeit ver-sorgt, der jedoch auch für die Verwitterung und Abtragung von Gesteinen an der Erdoberfläche und damit für die Bodenbildung sorgt. Die Pflanzenwelt beeinflusst wiederum das Rückhaltevermögen des Bodens für Wasser und ist durch komplexe Stoffwechselprozesse am globalen Kohlenstoffkreislauf beteiligt. Durch die Ozeane und die darin lebenden Organismen wird schließlich das Treibhausgas Kohlendioxid aufgenommen und langfristig gespeichert.

Veränderungen in den verschiedenen Teilkomponenten vollziehen sich auf unterschiedlichen Zeitskalen. Während beispielsweise die Atmosphäre typische Zeitskalen von einigen Stunden bis zu einigen Tagen aufweist (ein Tiefdruckgebiet z.B. hält üblicherweise lediglich einige Tage an), verhalten sich die anderen Komponenten weitaus träger. So beträgt die Verweilzeit von Anomalien im Meereis oder in der ozeanischen Deckschicht einige Woche bis zu einigen Monaten. Die tieferen Schichten des Ozeans besitzen dagegen Anpassungszeiten von Jahrzehnten bis hin zu Jahrtausenden.

Überzeugte Klimawarner machen heute in erster Linie den Menschen als Verursacher klimatischer Veränderungen aus. Durch den ungezügelten Verbrauch fossiler Brennstoffe habe dieser nachhaltig in die globalen Gleichgewichtsverhältnisse eingegriffen und erstmals einen irreversiblen Klimawandel in Gang gesetzt. Bei den Einflussfaktoren, die die Klimavariabilität maßgeblich beeinflussen, ist allerdings zwischen natürlichen und anthropogen verursachten Faktoren zu unterscheiden (vgl. Abbildung 2). Die Bestimmung anthropogener Klimaänderungen wird durch die Überlagerung der natürlichen Klimaschwankungen erschwert. Will man daher den anthropogenen Anteil am heutigen Klimawandel feststellen, müssen zunächst die Wirkungsanteile der natürlich bedingten externen Klimaantriebsfaktoren und der internen auf der Erde wirkenden Prozesse isoliert werden.

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Abbildung 2: Externe und interne Einflussfaktoren auf das Klimasystem

Quelle: Beising 2006: 113

2.1.1. Natürliche Faktoren

Das Klima wird von zahlreichen natürlich bedingten Ursachen und Rückkopplungsprozessen gesteuert, wobei zwischen externen und internen Klimaantriebsfaktoren unterschieden wird. Externe Klimafaktoren sind Wirkungsgrößen und Abläufe, die einen Klimazustand verändern ohne selbst vom Klima beeinflusst zu werden. Interne Klimaschwankungen entstehen dagegen durch Wechselwirkungen in bzw. zwischen den verschiedenen Klima-Subsystemen (Latif 2007: 75).

Sonnenaktivität

Zur Gruppe der externen Klimafaktoren gehört in erster Linie die Sonne als treibender Motor unseres Klimasystems. Die Sonne ist im Mittel 149 Mio. km von der Erde entfernt. Im Inneren der Sonne finden durch Verschmelzung von Wasserstoff- und Helium-Atomkernen Kernreaktionen statt, durch die ungeheure Energiemengen freigesetzt, durch Konvektion an die Oberfläche geleitet und in Form von Licht und Wärme an die Umgebung abgegeben werden (Beising 2006: 33).

Die auf die Erde einstrahlende Sonnenenergie wird von der Atmosphäre sowie der Erdoberfläche aufgenommen und über die Zirkulation der Atmosphäre und der Ozeane weltweit verteilt. Der Energieeintrag an solarer Strahlung in das irdische Klimasystem hängt von der Position und Orientierung der Erde gegenüber der Sonne ab. Aufgrund gravitativer Einwirkungen von Sonne, Mond und Planeten unterliegen diese Parameter zeitlich charakteristischen Variationszyklen. Die Erde „taumelt“ wie ein kippender Kreisel, wobei sie sich alle ca. 11.000 Jahren zur jeweils anderen Seite neigt. Eine volle

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Umdrehung dauert daher 22.000 Jahre. Durch diese sogenannte Präzession schwankt die Sonneneinstrahlung auf der Nordhalbkugel. Zusätzliche periodische Änderungen in der Neigung der Erdachse (Obliquität) und in der Form der Umlaufbahn (Exzentrizität) führen zu Zyklen mit Perioden von 41.000 und 100.000 Jahren. Je größer der Neigungswinkel, desto größer sind die jahreszeitlichen Temperaturunterschiede (vgl. Abbildung 3). Die Überlagerung dieser drei Parameter ergibt ein Muster, das recht gut mit den Eiszeiten korreliert (Beising 2006: 33-34). Diese langfristigen und wiederkehrenden Änderungen der Sonneneinstahlung wurden schon 1920 von Milutin Milankovitch beschrieben. Sie werden als Milankovitch-Zyklen bezeichnet und sind in Tiefseesedimenten nachweisbar (Berner/Streif 2000: 18-19; Buggisch/Walliser 2001: 17-18).

Abbildung 3: Schematische Darstellung von Exzentrizität, Obliquität und Präzession

Quelle: http://www.pik-potsdam.de/members/pcwerner/vl2

Die Milankovitch-Zyklen sind astronomische Gesetzmäßigkeit, die sich ebenso für die Vergangenheit wie für die Zukunft ermitteln lassen. Die Berechnung der zyklisch variierenden Sonnenenergiemengen ist vor allem bei langfristigen Klimaänderungen von Relevanz. Dagegen überwiegt in der Klimawissenschaft die Auffassung, dass beim gegenwärtig beobachtbaren Klimawandel die astronomisch bedingten Insolationsschwankungen vernachlässigt werden können, da sie lediglich Temperaturabweichungen in

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einer Größenordnung von wenigen Hundertstel °C pro Jahrhundert hervorrufen können. Langfristig gesehen bewegt sich das natürliche Klima eher wieder auf eine Kaltphase zu, wobei ein neues Minimum der astronomischen Strahlungskraft in etwa 25.000 Jahren erwartet wird (Jacobeit 2007: 3).

Aber auch die Intensität der Sonnenstrahlung selbst bzw. die Sonnenaktivität ist nicht konstant. Die Sonne wird kontinuierlich wärmer und dehnt sich weiter aus, so dass der solare Energiefluss, der die Erde erreicht, stetig zunimmt (um rund 10 % alle 1 Mrd. Jahre). Neuere Satellitenmessungen haben zudem bestätigt, dass „die Energieabgabe der Sonne […] signifikant positiv mit der Sonnenfleckenaktivität korreliert“ (Jacobeit 2007: 3-4). Gleichzeitig mit den Sonnenflecken treten auch Sonnenfackeln und Protuberanzen auf, welche zu einer Zunahme der Strahlung führen und jeweils eine Lebensdauer von einigen Wochen haben (Beising 2006: 36).

Ursache für die variierende Sonnenaktivität sind magnetische Schwankungen der Sonne sowie Prozesse wie Konvektion. Für die Klimadynamik der letzten Jahrtausende sind Sonnenschwankungen mit Zyklen von 11 („Schwabe-Zyklus“), 22, 78 („Gleißberg-Zyklus“), 211 und vermutlich auch 1.500 und 2.500 Jahren von Bedeutung (Beising 2006: 35). Eine Periode mit geringer Sonnenfleckenaktivität trat z.B. zwischen 1645 und 1720 während des sogenannten Maunder-Minimums auf. Schätzungen zufolge war die Solarstrahlung während dieser Periode gegenüber heute um 0,24 % reduziert, woraus sich ein Abkühlungseffekt von rund 0,5 °C ableiten lässt (Jacobeit 2007: 4).

Die Frage nach der Größe des solaren Anteils an der heutigen Erwärmung wird in der Klimawissenschaft kontrovers diskutiert. Nach einigen Schätzungen liegt dieser Anteil in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts bei etwa 50 %, seit 1970 aber höchstens noch bei einem Drittel (Jacobeit 2007: 4). Während in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts ein paralleler Anstieg von Temperatur und Solarstrahlung zu verzeichnen war, gilt dies seit etwa 1970 nicht mehr. Da die Solarstrahlung in den vergangenen 60 Jahren auf hohem Niveau weitgehend konstant geblieben ist, kann auch die globale Temperaturerhöhung der letzten 30 Jahren nicht auf eine erhöhte Solarstrahlung zurückgeführt werden (Beising 2006: 40).

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Gegenwärtig strahlt die Sonne mit durchschnittlich 1.367 Watt/m² und Stunde auf die Erde, wobei diese Solarkonstante in den letzten drei Jahrhunderten maximal um 5 W/m² geschwankt hat. Aufgrund der Kugelgestalt der Erde und der planetarischen Albedo von 30 % erreicht davon nur etwa ein Sechstel, also 0,8 W/m², die Erdoberfläche. Dies ist lediglich ein Drittel des Wertes von 2,4 W/m², der vom IPCC 2001 als anthropogen verursachter Strahlungsantrieb für die 1990er Jahre veranschlagt worden ist. Daher werden auch die solar bedingten Temperaturänderungen in den letzten drei Jahrhunderten auf lediglich +/- 0,2 °C geschätzt (Jacobeit 2007: 4). Im vierten IPCC-Sachstandsbericht aus dem Jahre 2007 wird der seit 1750 durch Änderungen der Sonneneinstrahlung verursachte Strahlungsantrieb auf 0,12 W/m² geschätzt und liegt damit um die Hälfte unter der Schätzung des dritten IPCC-Berichts aus dem Jahre 2001 (IPCC 2007: 5). Nach wie vor herrscht somit hinsichtlich des Antriebsfaktors Solaraktivität große Unsicherheit.

Vulkanismus

Eine weitere externe Einwirkung auf das Klimasystem kann von massiven Vulkanausbrüchen ausgehen, wenn große Mengen an vulkanischer Asche und Gasen (u.a. Wasserdampf, Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid) in die Atmosphäre gelangen. Aufgrund ihrer langen Verweildauer in der Stratosphäre von 1 bis 3 Jahren können sie das Klima deutlich beeinflussen. Die Aerosole absorbieren zum einen die kurzwellige Einstrahlung der Sonne und zum anderen die langwellige Infrarotabstrahlung der Erde. Weiterhin streuen die Aerosole das einfallende Sonnenlicht, so dass als Ergebnis der Strahlungsbilanzänderung eine Erwärmung der Stratosphäre und eine bodennahe Abkühlung an der Erdoberfläche eintritt (Beising 2006: 41-42).

Als im Jahre 1815 in Indonesien der Vulkan Tambora ausbrach, wurden gewaltige Mengen an Asche und Gasen bis in eine Höhe von 35 bis 40 km geschleudert. Infolge des Vulkanausbruchs kamen über 92.000 Menschen ums Leben. Das darauf folgende Jahr 1816 ging in Nordamerika und in Europa als das Jahr ohne Sommer in die Geschichte ein. Während der weltweiten Abkühlung kam es u.a. an der Ostküste der USA mitten im Sommer zu Schneestürmen und erheblichen Ernteausfällen.

Jüngste Vulkaneruptionen wie z.B. El Chichon 1982 oder Pinatubo 1991 haben die Atmosphäre an der Erdoberfläche global um 0,2 bis 0,3 °C und regional bis zu 0,5 °C ab-

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gekühlt (Huch 2001: 28). Bei großen Eruptionen wird die direkte Sonneneinstrahlung in einer Größenordnung von 100 W/m ² reduziert. Fast um den gleichen Betrag nimmt die diffuse Strahlung zu, so dass der Himmel am Tage milchig weiß erscheint. Die Differenz zwischen reduzierter direkter und erhöhter diffuser Strahlung liegt an der Erdoberfläche bei ca. 1-10 W/m ² und führt daher zu einer Abkühlung (Latif 2007: 94).

Vulkanische Aerosole beeinflussen nicht nur die Strahlungsströme in der Stratosphäre, sondern auch chemische Prozesse wie die Ozonbildung und -zerstörung. Als Folge einer großen Vulkaneruption kann es über einen Zeitraum von ein bis zwei Jahren zu einer Abnahme der Ozonschicht um 3 bis 10 % kommen. So wurde nach dem Ausbruch des Pinatubo 1991 eine Reduktion des Gesamtozons von bis zu 7 % festgestellt, was zu einer verstärkten UV-Strahlung am Boden führte (Beising 2006: 42). Schließlich können die durch vulkanische Eruptionen enstehenden höheren Temperaturen in der Stratosphäre den Polarwirbel verstärken, was tendenziell einen höheren NAO-Index verursachen kann (vgl. Seite 10).

Südliche und Nordatlantische Oszillation

Zu den wichtigsten internen Klimaschwankungen auf der Zeitskala von einigen Monaten bis wenigen Jahren gehört das sogenannte El Niño/Südliche Oszillations-Phänomen (ENSO). El Niño und La Niña sind Phänomene des tropisch-pazifischen Wettergeschehens, bei denen sich die Zirkulationsverhältnisse im Pazifik grundlegend ändern. Bei einem El Niño entstehen in unregelmäßigen Abständen im äquatornahen Ostpazifik ungewöhnlich hohe Meeresoberflächentemperaturen, die mit extremen tropischen Niederschlagsereignissen bis an die südamerikanische Westküste einhergehen. Diese Gebiete sind normalerweise sehr kalt, so dass sich der Südostpassat abschwächt. Gleichzeitig ergeben sich im westlichen, normalerweise niederschlagsreichen äquatorialen Pazifik defizitäre Niederschlagsverhältnisse verbunden mit außergewöhnlicher Trockenheit. Die Abstände zwischen zwei El Niño-Ereignissen sind unregelmäßig, liegen zwischen 3 und 7 Jahren und dauern ca. 12 bis 18 Monate (Beising 2006: 46).

Nach einer Übergangsphase folgt auf ein El Niño- meist ein La Niña-Ereignis, die „kalte Schwester“ El Niños, wobei die Prozesse hier mit umgekehrten Vorzeichen ablaufen (vgl. Abbildung 4). La Niñas sind demnach durch einen starken Temperaturgegensatz längs des Äquators sowie durch starke Passatwinde charakterisiert (Latif 2007: 79).

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Abbildung 4: Schematische Darstellung der El Niño- / El-Niña-Wechselwirkung

Quelle: Beising 2006: 46

In den letzten Jahrzehnten wurde eine gewisse Häufung und Intensivierung von El Niño-Ereignissen festgestellt. Zu den globalen Folgen dieses Ereignisses zählen neben Ernteausfällen, Rückgang des Fischfangs und Korallenriffausbleichungen, auch Dürren im nordöstlichen Brasilien und Südostasien, Trockenheit in der Karibik und Mittelamerika, aber auch höhere Niederschläge in den südlichen USA und im östlichen Afrika, die zu Stürmen und Überschwemmungen führen (Beising 2006: 47). Ob die globale Erwärmung zur Zunahme von El Niño-Ereignissen beigetragen hat oder umgekehrt der Temperaturanstieg der letzten Jahrzehnte zumindest teilweise auf verstärkt aufgetretene El Niños zurückzuführen ist, ist in der wissenschaftlichen Diskussion noch offen.

Während das ENSO-Phänomen vor allem die Tropen betrifft, wird das Klima des nordatlantisch-europäischen Raums stark durch die Nordatlantische Oszillation (NAO) bestimmt. Die NAO ist eine mehr oder weniger regelmäßige Veränderung der atmosphärischen Zirkulation, die die Luftdruckverhältnisse zwischen dem Islandtief im Norden und dem Azorenhoch im Süden des Nordatlantiks verändert und in hohem Maße die Stärke der winterlichen Westwinde in diesen Regionen bestimmt.

Als Maßeinheit gilt der NAO-Index, wobei bei positivem NAO-Index über Island ein sehr tiefer und über Azoren ein sehr hoher Druck herrscht. Ein anhaltend positiver NAO-Index bewirkt eine verstärkte Zufuhr von Kaltluft westlich Grönlands und deren Aufwärmung über dem Nordatlantik. Dabei verstärkt sich das Westwindband, so dass mehr Wärme vom Wasser an die Luft abgegeben werden kann. In Europa wird dadurch

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das Vordringen sibirischer Luft unterdrückt, wodurch es zu milden Wintern in Westeuropa und an der Ostküste der USA kommt. In Nordkanada und Grönland ist es dagegen bei dieser Konstellation besonders kalt und trocken.

Bei negativem NAO-Index führt ein relativ geringer winterlicher Druckunterschied zwischen den Azoren und Island zu einer Abschwächung des Westwindbandes über dem Nordatlantik, wodurch weniger milde atlantische Luftmassen nach Westeuropa gelangen. Die Zufuhr von kalter und trockener Luft aus Sibirien löst strenge Winter in Westeuropa und an der Ostküste der USA aus, in Grönland herrscht dagegen ein milder Winter.

Seit Beginn der Barometermessungen 1860 weist der NAO-Index ausgeprägte interdekadische Schwankungen auf. Anfang des 20. Jahrhunderts wurden relativ hohe Werte gemessen, wohingegen in den 1960er Jahren der NAO-Index zunächst ein Minimum erreichte. Seit Ende der 1960er bis Mitte der 1990er Jahre verstärkte sich die NAO markant. Dieser Anstieg trug in hohem Maße zur winterlichen Erwärmung in Eurasien bei. Auch die milden Winter in Deutschland während dieser Periode sind auf die anomal starke NAO zurückzuführen. Seit dem Jahr 2000 normalisiert sich der NAO-Index wieder, wobei allerdings nach wie vor ungeklärt ist, ob die Intensivierung der NAO die Folge eines anthropogenen oder natürlichen Einflusses ist. Langfristig wird infolge der globalen Erwärmung eine Intensivierung der NAO prognostiziert (Latif 2007: 83).

Thermohaline Zirkulation

Der Energietransport im Klimasystem findet allerdings nicht ausschließlich in der Atmosphäre sondern auch in den Weltmeeren statt. Die ozeanischen Massen- und Energie-transporte sind in einem erdumspannenden Zirkulationssystem organisiert, das als „globales Förderband“ bezeichnet wird (Jacobeit 2007: 6). Angetrieben wird die sogenannte Thermohaline Zirkulation (THZ) durch die variablen Temperatur- und Salzkonzentratverhältnisse der Ozeane. Ein wichtiger Motor der THZ ist das Absinken von kaltem und salzreichem Wasser im Nordatlantikstrom, der eine Fortsetzung des Golfstroms bildet. Die größten Absinkregionen liegen zwischen Norwegen und Grönland sowie vor der Antarktis im Wedell-Meer. Zum Ausgleich strömt im Gegenzug warmes und salzärmeres Oberflächenwasser nach Norden (vgl. Abbildung 5).

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Abbildung 5: Vereinfachte Darstellung der Thermohalinen Zirkulation

Quelle: Beising 2006: 48

Nach dem Absinken des dichteren Oberflächenwassers in den sogenannten Schlüsselregionen breitet sich das Tiefen- oder Bodenwasser langsam über die Weltmeere aus, gelangt an bestimmten Stellen wie Teilen des Indischen und Pazifischen Ozeans wieder an die Oberfläche und fließt in die großen Warmwassertransportsysteme ein, von denen auch der Nordatlantik und der Golfstrom mit warmem Wasser versorgt werden. Dieses System unterliegt allerdings klimarelevanten Schwankungen in der Meeresoberflächentemperatur, im Salzgehalt, in der Tiefenwasserbildung und im Energietransport auf unterschiedlichen Zeitskalen. Die (multi-)dekadische Variabilität kann von kurzfristigen Impulsen aus der Atmosphäre, wie etwa der NAO, beeinflusst werden (Jacobeit 2007: 7).

Seit einigen Jahren gibt es in der Fachwelt eine intensive Diskussion darüber, ob sich infolge der globalen Erwärmung die THZ verändern und der Tiefenwasserstrom abreißen könnte. Eine stärkere Vereisung des Nordmeeres und eine globale Abkühlung wären die Folgen. ¹ In Mitteleuropa würden durch einen Zusammenbruch der THZ die Temperaturen um ca. 1 bis 2 °C im Jahresmittel sinken, wobei sich die Abkühlung besonders stark im Winter bemerkbar wäre (Latif 2007: 125). Klimamodellsimulationen zeigen allerdings lediglich eine geringe Gefahr des Abreißens des marinen Förderban- ¹ AuchHollywood hat diese These bereits aufgegriffen und in dem allerdings realitätsfernen Katastrophenfilm „The Day after Tomorrow“ verarbeitet, vgl. Seite 79.

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des und damit des Ausbleibens des Golfstroms in den kommenden Jahrzehnten (Beising 2006: 48). Aber auch bei einem vollständigen Kollaps der THZ würde der Golfstrom nicht ganz zum Erliegen kommen, da er neben der Temperatur- und Salz- auch eine windgetriebene Komponente besitzt (Latif 2007: 126). Daher wird bis zum Ende des Jahrhunderts lediglich mit einer wahrscheinlichen Abschwächung der THZ von maximal 20 bis 30 % gerechnet. Für Europa könnte sich dies sogar vorteilhaft auswirken, da die fortschreitende Erwärmung hierdurch gedämpft würde (Jacobeit 2007: 7).

Die sogenannte Atlantische Multidekadische Oszillation (AMO) ist eine wichtige regionale Variante der THZ und stellt eine zyklische Variation der Meeresoberflächentemperaturen im Nord- und Mittelatlantik dar. Im Laufe des 20. Jahrhunderts durchlief die AMO zwei negative und eine positive Phase und befindet sich seit Mitte der 1990er Jahre wieder in einer überdurchschnittlichen Periode. In den kommenden Jahrzehnten dürfte sie voraussichtlich trotz der globalen Erwärmung wieder auslaufen (Jacobeit 2007: 7). Die Häufigkeit tropischer Wirbelstürme im Nordatlantik folgt deutlich den Schwankungen der AMO, so dass die jüngste Zunahme karibischer Hurrikane von einigen Klimaforschern nicht als Folge des beschleunigten Klimawandels, sondern als Folge einer multidekadischen Schwankung im Klimasystem interpretiert wird. Langfristig gesehen werden sich infolge der globalen Erwärmung, die auch die Meeresoberflächentemperaturen beeinflusst, nicht die mittlere Häufigkeit sondern lediglich die Intensität tropischer Wirbelstürme erhöhen (Jacobeit 2007: 7).

Eis-Albedo

Auch Wachstum bzw. Rückzug von Gletschern und Eiskappen haben einen entscheidenden Einfluss auf das Klima. In diesen sind erhebliche Wassermassen gebunden, die einem Meeresspiegeläquivalent von etwa 70 m entsprechen. Davon entfallen ca. 61,1 m auf das antarktische Eisschild, 7,2 m auf das Grönlandeis sowie rund 51 cm auf Gletscher und kleinere Eiskappen (Beising 2006: 124). Allerdings geht die Klimawissenschaft davon aus, dass schmelzende Polkappen lediglich eine geringe Auswirkung auf den Meeresspiegel haben werden, weil das schmelzende Meereis in der Arktis meeresspiegelneutral ist und am Südpol kein allgemeiner Rückgang des Festlandeises beobachtet wird. So wird sich der moderate Meeresspiegelanstieg bis Ende des 21. Jahrunderts, der nach verschiedenen IPCC-Szenarien zwischen 18 und 59 cm betragen wird, vor allem aus der thermischen Ausdehnung des Meerwassers, schmelzenden Gebirgs-

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gletschern und einem unsicheren Anteil des Inlandeises in Grönland zusammensetzen (Jacobeit 2007: 8).

Die so genannte Eis-Albedo-Rückkopplung ist die Wechselwirkung zwischen der Kryosphäre (schnee- und eisbedeckte Erdoberfläche) und dem globalen Klima. Da Schnee und Eis eine hohe Albedo (Rückstrahlvermögen des Sonnenlichts) von bis zu 90 % haben, wird die einfallende Sonnenenergie an den Polkappen nur in sehr geringem Umfang absorbiert und zum weitaus größten Teil wieder in das Weltall reflektiert.

Abnehmende Eisflächen in Polnähe haben daher einen positiven Rückkopplungseffekt auf die globalen Durchschnittstemperaturen, da die vom Eis befreiten Meer- sowie Landflächen einen größeren Anteil der Sonnenenergie absorbieren. Hierin liegt eine große Gefahr für eine weitere überproportionale Erwärmungen in den höheren Breiten der Nordhemisphäre, da bei fortschreitendem Klimawandel mit einem drastischen Rückgang des arktischen Meereises gerechnet wird, das nach einigen zukünftigen Szenarien bis Ende des 21. Jahrhunderts sogar gänzlich verschwunden sein könnte. In der Antarktis bleiben die Temperaturen dagegen zu niedrig, so dass hier keine wesentlichen Veränderungen zu erwarten sind und durch den zu erwartenden stärkeren Schneefall sogar eine positive Massenbilanz des Inlandeises prognostiziert wird.

Natürlicher Treibhauseffekt und Kohlenstoffkreislauf

Im Vergleich zu ihrer Größe ist die Erde nur von einer sehr dünnen Lufthülle umgeben, die allerdings mit ihrer chemischen Zusammensetzung aus Stickstoff (78 %), Sauerstoff (21 %), Argon (0,9 %) und anderen Edelgasen eine entscheidende Rolle für das Klima spielt. Der Kohlendioxid-Gehalt (CO 2 ) beträgt nur 0,04 %, ist aber neben dem Wasserdampf der wichtigste Verursacher des natürlichen Treibhauseffekts, ohne den es auf der Erde bedeutend kälter wäre. Die wichtigsten natürlichen Treibhausgase sind Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Distickstoffoxid (Lachgas) und Ozon. Die Treibhausgase lassen die kurzwellige Strahlung der Sonne nahezu ungehindert passieren, absorbieren aber teilweise die langwellige Ausstrahlung der Erde, so dass sie die von der Erdoberfläche ausgehende Strahlung in den Weltraum sowie in Richtung Erdoberfläche reflektieren (vgl. Abbildung 6). Die ungleiche Durchlässigkeit der Atmosphäre für Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge bewirkt den so genannten Treibhauseffekt, der

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zu einer Erwärmung der Erde um rund 33 °C führt und zur Folge hat, dass die bodennahe globale Mitteltemperatur von -18 °C auf ca. +15 °C angehoben wird.

Abbildung 6: Schematische Darstellung des Treibhauseffekts

Quelle: Beising 2006: 30

Der globale Kohlenstoffkreislauf spielt eine entscheidende Rolle im Klimasystem. In der Erdgeschichte variierte die atmosphärische CO 2 -Konzentration stark, ausgelöst z.B. durch CO 2 -freisetzende Vulkaneruptionen und CO 2 -verbrauchende Gesteinsverwitterung. In den vergangenen Jahrmillionen lag die CO 2 -Konzentration bereits leicht unter aber auch schon um das 17-fache über den heutigen Werten (Jacobeit 2007: 8). Die natürliche positive Rückkopplung zwischen Klima und Kohlenstoffkreislauf besteht darin, dass CO 2 bei höheren Temperaturen in geringerem Umfang im Ozean gelöst werden kann und daher verstärkt in die Atmosphäre freigesetzt wird. Gleichzeitig wird bei höheren Temperaturen auch die photosynthetische Aktivität des marinen Phytoplanktons reduziert und daher weniger CO 2 aus der Atmosphäre assimiliert. Diese verstärkende Rückkopplung wird auch im Falle des rezenten und zukünftigen Klimawandels erwartet (Jacobeit 2007: 9).

Auch die Biosphäre steht innerhalb des Klimasystems in zahlreichen Wechselwirkungsprozessen. Ein klassisches Beispiel für einen negativen (dämpfenden) Rückkopplungseffekt zwischen terrestrischer Biosphäre und Atmosphäre stellt bspw. die Kausalkette mehr Biomasse => mehr CO 2 -Entzug aus der Atmosphäre => reduzierter Treibhausef-

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fekt => reduzierte Biomasse usw. dar. Das Vorzeichen der Rückkopplung kann sich infolge eines zu raschen erwärmungsbedingten Umweltwandels aber auch umkehren (Jacobeit 2007: 9).

In der Wissenschaft wird heute u.a. die Frage diskutiert, ob das Klimasystem bei gegebenen Randbedingungen lediglich ein einziges oder nicht vielmehr mehrere alternative Gleichgewichtszustände besitzt, zwischen denen schon bei kleinen Störungen oder gar aus der Eigendynamik des Systems selbst heraus gewechselt werden kann (Jacobeit 2007: 9). Diese Überlegungen können mit Hilfe des Lorenz-Modells veranschaulicht werden. Da die Parameter des Klimasystems die beiden fundamentalen Eigenschaften Instabilität und Nichtlinearität besitzen, kommt es zu einem Phänomen, das als „Sensitivität gegenüber den Anfangsbedingungen“ oder auch als so genannter „Schmetterlingseffekt“ bezeichnet wird (Latif 2007: 117). Übertragen auf die klimatischen Verhältnisse wird so ein System beschrieben, das schon bei gleichen Randbedingungen und konstantem externem Antrieb intern zwischen verschiedenen klimatischen Zustands-formen unregelmäßig hin- und herwechseln und in seinen konkreten Zustandsabfolgen bereits durch kleine äußere Störungen in unvorhersehbarer Weise beeinflusst werden kann (Jacobeit 2007: 9).

2.1.2. Anthropogene Faktoren

Neben den im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen natürlichen Antriebsfaktoren gibt es auch einen zusätzlichen Einfluss des Menschen auf das Klima. Die Zunahme der Weltbevölkerung seit der Steinzeit, der Beginn der Sesshaftigkeit der Menschen vor einigen tausend Jahren und der damit vebundene Übergang vom Nomadentum zu Ackerbau und Viehzucht führten zum Eingreifen des Menschen in das Klima der Erde.

Veränderte Landnutzung

Zur Zeit des Römischen Reiches begannen im Mittelmeerraum die ersten systematischen Waldrodungen, z.B. im Apennin, der für den Schiffsbau weitgehend abgeholzt wurde. In den vergangenen 8.000 Jahren wurde so nahezu die Hälfte aller Wälder für landwirtschaftliche Zwecke gerodet. In Deutschland sank der Waldanteil seit dem Jahre 800 n.Chr. von 90 % auf ca. 31 %, wohingegen sich der Anteil des Ackerlandes im selben Zeitraum von 5 % auf 38 % erhöhte (Beising 2006: 50). In jüngster Zeit wird der jährliche Nettowaldverlust durch Abholzung und Wiederaufforstung auf 7,9 Mio. Hek-

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