Klimawandel

HERDER spektrum Band 5899 Das Buch Der Klimawandel ist da, und die Verunsicherung wächst. Sind die heißen Sommer und mi...

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HERDER spektrum Band 5899 Das Buch Der Klimawandel ist da, und die Verunsicherung wächst. Sind die heißen Sommer und milden Winter nur die Vorboten einer größeren globalen Umwälzung? Werden die Alpen bald gletscherfrei sein? Und was bedeutet es überhaupt, dass sich das Klima verändert? Der renommierte Klimaforscher Hartmut Graßl klärt auf über den Einfluss des Menschen auf das Klima und zeigt, worin sich der Klimawandel von klimatischen Veränderungen in der Erdgeschichte unterscheidet. Er informiert über die ökologischen und ökonomischen Auswirkungen des Klimawandels. Und er geht der Frage nach, wie wir dem Klimawandel begegnen können. Knebelt das Kioto-Protokoll die Wirtschaft? Können wir aktiv ins Klimasystem eingreifen? Welche Verantwortung fällt den Industrienationen zu? Und können erneuerbare Energien unsere Energieversorgung jemals garantieren? – Das Wichtigste zum Thema Klimawandel.

Der Autor Hartmut Graßl, Professor em. der Universität Hamburg, geb. 1940, leitete von 1994 bis 1999 das Weltklimaforschungsprogramm der UN in Genf. Von 1989 bis 1994 und von 1999 bis 2005 war Graßl Direktor am Max-PlanckInstitut für Meteorologie in Hamburg.

Hartmut Graßl

Was stimmt?

Klimawandel Die wichtigsten Antworten

© Verlag Herder Freiburg im Breisgau 2009 Alle Rechte vorbehalten www.herder.de Umschlaggestaltung und -konzeption: R·M·E München / Roland Eschlbeck, Liana Tuchel Umschlagmotiv © IFA-Bilderteam Satz: fgb · freiburger graphische betriebe Herstellung: fgb · freiburger graphische betriebe www.fgb.de Gedruckt auf umweltfreundlichem, chlorfrei gebleichtem Papier Printed in Germany ISBN: 978-3-451-05899-8

Inhalt 1. Einleitung

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2. Klimawandel – die Herausforderung für unser Jahrhundert

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»Dass es einen vom Menschen verursachten Klimawandel gibt, ist nicht belegt« Stand der Forschung

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»Wer Wetter über Wochen nicht vorhersagen kann, sollte keine Klimavorhersagen machen!« Klimavorhersagen müssen nur die Statistik des Wetters treffen

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3. Einfluss des Menschen

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»Das Klima hat sich immer geändert« Wir leben in einem Klimazustand ohne Analogie in der (jüngeren) Erdgeschichte

19

»Die Sonne macht’s!« Die Erwärmung der vergangenen Jahrzehnte stammt nicht von der Sonne

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»Die CO2-Absorption ist bereits gesättigt« Der Mythos von der Sättigung

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»Der Klimawandel ist Folge der Luftverschmutzung« Die Luftverschmutzung hat die mittlere globale Erwärmung bisher gebremst

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»Der Klimawandel ist Folge des Ozonlochs« Die Ozonzunahme in der unteren Atmosphäre ist stärker klimaändernd als das Ozonloch

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INHALT

5

4. Auswirkungen des Klimawandels

43

»Eine wärmere Welt ist eine grünere« Manche bekommen mehr Niederschlag, viele weniger 43 »Erhöhter Kohlendioxidgehalt erhöht die Ernten« Die »Düngung« durch Kohlendioxid ist nur teilverstanden

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»Der Golfstrom reißt ab« Wird Europa kälter, obwohl die Welt sich erwärmt?

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»Die Alpen sind bald gletscherfrei« Bergregionen reagieren besonders empfindlich

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»Marschniederungen und Megastädte an den Küsten werden überschwemmt« Die kommenden Jahrzehnte entscheiden über die Existenz der Küstenstädte in Jahrhunderten

63

»Wetterextreme werden überall zunehmen« Eine der größten Bedrohungen durch den Klimawandel

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»Klimaschutz verursacht eine wirtschaftliche Rezession« Vorsorgen ist billiger als Schäden beseitigen

74

5. Wie weiter angesichts des Klimawandels?

6

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»Das Kioto-Protokoll knebelt die Wirtschaft« Chancen und Probleme einer internationalen Klimapolitik

77

»Klimapolitik richtet sich gegen die Entwicklungsländer« Möglichkeit zur Stimulation der Entwicklung

89

»Wenn China und Indien weiter so wachsen, ist Klimawandel unvermeidbar« Für die kommenden Jahrzehnte ist der Klimawandel durch die Industrieländer vorprogrammiert

92

INHALT

»Bewusstes Eingreifen in das Klimasystem könnte eine Lösung sein« Geoengineering – Manipulation bei Halbwissen

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»Erneuerbare Energien können die Energieversorgung nie garantieren!« Die Physik gibt der Sonne die Vorfahrt

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6. Der Weg in das Zweite Solarzeitalter

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»Energiesparen bringt nichts« Energieeffizienz und Erneuerbare Energien sind die Lösung

109

»Die Ökosteuer will uns nur abzocken« Das Verursacherprinzip durchsetzen

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»Ohne Erdöl ist unsere Energieversorgung am Ende« »Peak oil« als Chance für den Klimaschutz

118

»Die Entwicklungsländer sollen sich zurückhalten« Die globale Verantwortung der Industrieländer

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Anhang Ausgewählte Literatur

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INHALT

7

1

Einleitung

D

as Klima einer Region bestimmt, ob wir Menschen in ihr in größerer Zahl leben können. Denn die drei wichtigsten Klimaparameter, nämlich Energie von der Sonne, Wolken sowie das aus ihnen fallende Wasser und die Eigenschaften der Vegetation sind auch die wichtigsten Überlebensparameter für uns. Ohne wärmende Sonne, ohne Süßwasser und ohne die von den Pflanzen gebildete Nahrung gibt es für uns keinen Lebensraum auf dem Land. Weil die verschiedenen Teile der Erde – Atmosphäre, Vegetation, Boden, Gestein und Ozean – ständig aufeinander einwirken, gibt es aber auch trotz der fast unveränderlichen Größe unseres Planeten und einer langfristig stabilen mittleren Bahn um die Sonne kein stabiles Klima. Wir sagen, die Klimavariabilität ist groß. Auf einen heißen Sommer kann ein kalter oder milder Winter folgen, ein ganzes Jahrzehnt kann viel nasser als das vorher gehende sein. Wo dieses Jahr das Getreide z. B. notreif wird, stand es vielleicht voriges Jahr im Wasser.

Klima: Zentraler

Im Vergleich zu den erdähnlichen Planeten Mars und Venus besticht unser Planet durch eine völlig anders zusammengesetzte Atmosphäre. Während auf den Nachbarplaneten Kohlendioxid über 90 Prozent aller Moleküle der Atmosphäre ausmacht, sind es in der Erdatmosphäre in Zwischeneiszeiten wie dem aktuellen Holozän nur 0,03 Prozent, in Zeiten intensiver Vereisung gar nur 0,02 Prozent. Wasserdampf fehlt auf

Erdatmosphäre

EINLEITUNG

Überlebensparameter

als Besonderheit

9

Venus und Mars fast völlig, in der Erdatmosphäre ist er aber im Mittel mit drei Promille (0,3 Prozent) an der Atmosphärenmasse beteiligt. Spurenstoffe dominieren den Strahlungshaushalt

Einfluss des Menschen

Beschleunigung der Temperaturzunahme

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Eine zweite Besonderheit lautet: 99,96 Prozent der trockenen Luft, nämlich Stickstoff, Sauerstoff und das Edelgas Argon, absorbieren sowohl Sonnenenergie als auch die von der Erdoberfläche abgestrahlte Wärme kaum oder gar nicht, so dass Spurenstoffe über die zur Erdoberfläche vordringende Sonnenenergie und die Abstrahlung von Wärme in den Weltraum entscheiden. Alle diese Stoffe zusammen – Wasserdampf, flüssiges Wasser und Eis der Wolken, Schwebeteilchen, Kohlendioxid, Ozon, Distickstoffoxid (Lachgas), Methan und Kohlenmonoxid – machen insgesamt nur etwa drei Promille der Atmosphärenmasse aus, und dennoch wird der Strahlungshaushalt unseres Planeten von ihnen dominiert. Über veränderte Spurenstoffkonzentrationen in der Atmosphäre hat somit die Menschheit die Möglichkeit, zum globalen Klimamacher zu werden. Verdoppeln wir zum Beispiel den Kohlendioxidgehalt von 280 Millionstel Volumenanteilen vor der Industrialisierung (ppm =part per million) auf 560 ppm, erhöhen wir die Temperatur an der Erdoberfläche um etwa 3°C (IPCC, 2007). Gleichzeitig haben wir den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre nur von 20,95 auf etwa 20,92 Prozent – also für uns unmerkbar – verringert. 3°C mittlere Erwärmung an der Erdoberfläche ist sicher mehr als die Hälfte des Temperaturunterschieds zwischen intensiver Vereisung – der skan-

EINLEITUNG

1 dinavische Eiskuchen hat dann Norddeutschland erreicht – und dem wärmsten Abschnitt unserer Zwischeneiszeit vor ca. 6000 Jahren, als es im Mittel um etwa 1°C wärmer war als vor der Industrialisierung. Da wir ohne Maßnahmen zur Minderung der Emissionen von langlebigen Spurengasen wie Kohlendioxid, Lachgas und Methan die Verdoppelung des äquivalenten Kohlendioxidgehaltes noch im 21. Jahrhundert leicht erreichen könnten, wäre damit in ein Jahrhundert gedrängt, was sonst schnellstens in einigen Jahrtausenden abläuft. Es ist die Beschleunigung der Temperaturänderungen, die zum zentralen Problem geworden ist und uns in einen Zustand ohne Analogie in der Klimageschichte manövriert hat. Vom äquivalenten Kohlendioxidgehalt kann man sprechen, weil die Wirkung anderer Gase auf den Strahlungshaushalt im Vergleich zu Kohlendioxid zuverlässig berechnet werden kann und weil auch ihre Verweildauer in der Atmosphäre mit Fehlern weit unter zehn Prozent bekannt ist. Damit kann man ihre Erwärmungswirkung relativ zum Kohlendioxid mit geringen Fehlern berechnen. Am Beginn der neueren globalen Debatte über Klimaänderungen durch den Menschen vor ca. 25 Jahren gab es weltweit nur sehr wenige Wissenschaftler, die auf Grund ihrer Ausbildung die Größe des Problems einschätzen konnten. Ihnen schlug Ablehnung aus der eigenen und anderen Disziplinen entgegen. Entscheidungsträger wollten sie in die Ecke der »Scharlatanerie« stellen. Bestenfalls erhöhte man den Forschungsetat und wollte erst handeln, wenn harte Fakten vorlägen.

EINLEITUNG

Probleme der Kommunikation

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Diese bekommt man aber bei der Erforschung der Zusammenhänge auf der Erde nie in der Güte, wie man sie für einzelne Parameter in technischen Systemen kennt. Deshalb werden – wie bei allen großen Themen, die ein verändertes politisches Verhalten erzwingen – meist harmlose und leicht widerlegbare Stammtischparolen verbreitet oder gezielt wissenschaftliche Befunde unterminiert. Versagen der Medien

Hinzu kommt der häufige Missbrauch oder das Versagen der Medien bei komplexen Themen des globalen Wandels. Als Wissenschaftler mit eigener Forschungserfahrung auf dem Gebiet Strahlungstransport in der Atmosphäre und Wirkung von Gasen und Schwebeteilchen (Aerosole) in der Luft ist mir die Kluft zwischen einschätzbarem Wissen und Darstellung in der Öffentlichkeit wohl bekannt. Sie wird umso größer, je bedeuten der das Thema ist. Also sollte diese Kluft bei dem von uns Menschen verursachten Klimawandel besonders groß sein. Bei geringem Niveau oder fehlenden institutionellen Strukturen der Beratung durch Wissenschaftler reicht sie bis in die Riege der Staatspräsidenten. Aber auch politisch recht unabhängige Medien können oft nicht zwischen solidem wissenschaftlichen Ergebnis und von Interessengruppen gesteuerter Fehlinformation oder Übertreibung der noch bestehenden Unsicherheiten unterscheiden. Viele politisch gelenkte Medien arbeiten dabei gezielt selektiv. Jetzt, im Jahr 2007, hat das größte Problem für die Menschheit im 21. Jahrhundert die obersten Ränge der Politik erklommen, der G8-Gipfel im Juni 2007 in Heiligendamm wurde davon beherrscht.

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EINLEITUNG

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Klimawandel – die Herausforderung für unser Jahrhundert »Dass es einen vom Menschen verursachten Klimawandel gibt, ist nicht belegt« Stand der Forschung

W

ohl keine andere Disziplin durchläuft einen so rigorosen, weltweiten wissenschaftlichen Bewertungsprozess durch die Vereinten Nationen wie die Forschung zu Klima und Klimawirkung. Mit der Einrichtung des Zwischenstaatlichen Ausschusses über Klimaänderungen im November 1988 durch zwei Einrichtungen der Vereinten Nationen, nämlich die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) in Genf und das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) in Nairobi, wurde eine beispiellose Bewertung entwickelt. Als Autoren und Beitragende umfasst sie bisher fast alle herausragenden Wissenschaftler in vielen Teildisziplinen und über die Nennung potentieller Autoren und Gutachter für Teilkapitel werden auch Regierungen beteiligt. Zudem wird die Zusammenfassung der Bewertungsinfrastruktur im Konsens aller teilnehmenden Nationen Satz für Satz absegnet. Nur dadurch

KLIMAWANDEL – DIE HERAUSFORDERUNG

Keine Disziplin bewertet rigoroser

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gibt es die UN-Rahmenkonvention über Klimaänderungen, das zugehörige völkerrechtlich verbindliche Kioto Protokoll und Verhandlungen über ein völkerrechtlich verbindliches Anschlussprotokoll für die Zeit nach 2012. Globale Erwärmung

Die Arbeitsgruppe I »Klimawissenschaft« des Zwischenstaatlichen Ausschusses über Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) hat am 2. Februar 2007 ihren vierten bewertenden Bericht in folgender Weise für Entscheidungsträger zusammengefasst: »Es gibt ein sehr hohes Zutrauen in die Aussage, dass der global gemittelte Nettoeffekt aller Aktivitäten der Menschheit seit 1750 eine Erwärmung ist, mit einem Strahlungsantrieb zu Klimaänderungen von +1,6 (+0,6 bis + 2,4) Wm2.« Der Strahlungsantrieb ist ein Maß für den Einfluss eines Klimafaktors auf die Balance zwischen einfallender und abgestrahlter Energie des Erd/Atmosphäre-Systems. Er ist ein Hinweis auf die Bedeutung eines bestimmten Faktors als potentieller Mechanismus zu Klimaänderungen. Hier wird mit dem Klimazustand vor der Industrialisierung verglichen; die Angaben erfolgen in Strahlungsflussdichten, also Energie pro Zeit- und Flächeneinheit, daher Watt pro 2 Quadratmeter (Wm ). Beigetragen haben dazu vor allem die erhöhte Konzentration von Kohlendioxid, das gegenwärtig 77 Prozent des Zuwachses für den zusätz-

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2 lichen Treibhauseffekt ausmacht. Aber auch Methan und halogenisierte Kohlenwasserstoffe, z. B. Fluorchlorkohlenwasserstoffe, sowie Lachgas sind von Bedeutung. Gedämpft wird der positive Nettostrahlungsantrieb durch die in vielen Industrie- und Entwicklungsländern erhöhte Lufttrübung, weil sie zur stärkeren Rückstreuung von Sonnenenergie in den Weltraum führt. Wegen der Komplexität des Klimas sind für die Wissenschaft noch viele Fragen offen. Wegen des vergleichsweise hohen Einsatzes von Forschungsmitteln liegen jedoch in manchen Fällen zumindest Teilantworten vor. Beispiele für solche mit Zahlen belegbaren Teilantworten aus den beiden vergangenen Jahrzehnten sind:

Offene Fragen

Die Klimageschichte der vergangenen 750 000 Jahre zeigt Eiszeit/Zwischeneiszeit-Zyklen von meist 100 000 Jahren Dauer, die von der veränderlichen Bahn der Erde um die Sonne angeregt werden und durch die Reaktion der langlebigen Treibhausgase Kohlendioxid (CO2), Lachgas (N2O) und Methan (CH4) zur globalen Erwärmung oder Abkühlung führen, obwohl der Anstoß überwiegend von den Landmassen und Meereisfeldern der nördlichen Erdhälfte ausgeht. Nicht geklärt ist der Mechanismus, warum in Zwischeneiszeiten seit ca. 500 000 Jahren immer etwa 280 Millionstel Volumenanteile CO2 auftreten.

Eiszeit/Zwischeneiszeit-Zyklen

Die Kohlenstoffspeicherung der terrestrischen Biosphäre, also des Lebens über und in den Böden der Landflächen, nimmt trotz Rodung von


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Wäldern hauptsächlich wegen des erhöhten CO2-Gehaltes insgesamt zu. Wir wissen jedoch nicht, wann die Senke der terrestrischen Biosphäre für anthropogenen, also vom Menschen herrührenden Kohlenstoff wegen noch stärkerer Klimaänderungen zu einer zusätzlichen Quelle von CO2 wird. Wasserkreislauf der Erde

Globale Klimaerwärmungen

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Im Wasserkreislauf der Erde gibt es zwei positive Rückkopplungen, die fundamental für die Eiszeit/Zwischeneiszeit-Zyklen sind: Eine anfängliche Erwärmung oder Abkühlung wird durch Verlust oder Gewinn an hellen Schnee- und Eisflächen verstärkt. Bei Abkühlung oder Erwärmung durch langlebige Treibhausgasab- oder zunahme mindert oder erhöht das wichtigste Treibhausgas, der Wasserdampf, den Treibhauseffekt weiter. Allerdings kennen wir den Mechanismus nicht, der trotz beider positiver Rückkopplungen im Wasserkreislauf den galoppierenden Treibhauseffekt und eine Eiskugel verhindert hat. Rasche globale Klimaerwärmungen ohne den Einfluss des Menschen treten bevorzugt beim Übergang aus einer intensiven Vereisung hoher Breiten in die Zwischeneiszeit auf. Dann kommt es zu einer mittleren globalen Erwärmung von 4–5°C in etwa 10 000 Jahren, die jedoch nicht stetig verläuft. Unbekannt ist noch, wie das Oszillieren von großen Eisgebieten innerhalb der Intensivphase der Eiszeiten ausgelöst wird, das zu starken regionalen Klimaänderungen wie z. B. dem Stopp der Umwälzbewegung im Nordatlantik führt.


2

»Wer Wetter über Wochen nicht vorhersagen kann, sollte keine Klimavorhersagen machen!« Klimavorhersagen müssen nur die Statistik des Wetters treffen

J

eder weiß, dass kurzfristige, auf wenige Tage beschränkte Wettervorhersagen in den vergangenen Jahrzehnten viel zuverlässiger geworden sind. Bekannt ist auch, dass das Wetter prinzipiell nicht länger als für ca. zwei Wochen vorhergesagt werden kann, so dass viele glauben, dass deshalb das Klima nicht vorhergesagt werden kann. Woher kommt diese Fehleinschätzung? Vom fehlenden Verständnis für den Unterschied zwischen Wetter und Klima. Während Wetter der aktuelle Zustand der Atmosphäre und der Erdoberfläche ist, beschreibt Klima die Statistik des Wetters an einem Ort oder in einer Region – es ist die Synthese des Wetters. Dafür müssen aber neben dem Mittelwert eines Wetterparameters auch die Abweichung davon und ihre Wahrscheinlichkeit angegeben werden. Bevor man das Klima beschreiben kann, muss also das Wetter lange – die Weltorganisation für Meteorologie meint mindestens 30 Jahre lang – regelmäßig beobachtet worden sein.

Klima oder

Lässt man ein Klimamodell ohne veränderte Randbedingungen, d. h. mit gleich intensiver Sonnenstrahlung, unverändertem Treibhauseffekt der Atmosphäre, ohne besonders starke Vulkanausbrüche in Zeitschritten von 15 Minuten 100 Jahre vorherrechnen, sollte es trotz unter-

Klimamodelle


Wetter

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schiedlichen Wetters zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine ausgewählte Region (nicht für eine Station) das aus den Wetterbeobachtungen einiger Stationen abgeleitete Klima in dieser Region mit allen statistischen Parametern gut wiedergeben. Gegenwärtige Klimamodelle treffen die Variabilität des Klimas recht gut, weshalb sie prinzipiell zu Aussagen über Klimaänderungen bei veränderten Randbedingungen genutzt werden können. Haben sie die Klimaänderungen des 19. und 20. Jahrhunderts nachvollziehen können, sind sie noch glaubwürdiger einzusetzen. Die Behauptung, dass, wer schon nicht in der Lage sei, eine genaue Wettervorhersage zu geben, erst recht keine Klimavorhersagen treffen könne, sollte also umformuliert werden: Scheitert ein Wettervorhersagemodell prinzipiell nach zwei Wochen, so ist es doch gekoppelt an ein Modell des strömenden Ozeans, eine gute Basis für Klimavorhersagen über Jahrzehnte und Jahrhunderte. Wenn dem Modell der Strahlungsfluss von der Sonne sowie die veränderte Zusammensetzung der Atmosphäre, wie beobachtet oder wie vorgegeben, als Randbedingungen vorgeschrieben werden.

Wissenschaftler haben jüngst begonnen an die Klimamodelle Modelle des Kohlenstoffkreislaufes zu koppeln, sie nennen sie dann erste Erdsystemmodelle, damit nicht mehr die Spurengaskonzentrationen, wie z. B. die des Kohlendioxids, sondern nur noch die Emissionen dieser Gase vorgegeben werden müssen.

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3

Einfluss des Menschen »Das Klima hat sich immer geändert«

Wir leben in einem Klimazustand ohne Analogie in der (jüngeren) Erdgeschichte

A

uch schon vor der Industrialisierung war der Klimazustand für die Erdgeschichte außergewöhnlich: Auf beiden Erdhälften lagen große Eismassen auf den polnahen Kontinenten oder Kontinentteilen – der Antarktis und dem Nordostteil Nordamerikas, Grönland. Die Vereisung der nördlichen Erdhälfte hat erst vor wenigen Millionen Jahren eingesetzt, während für die Antarktis Eismassen seit mindestens 20 Millionen Jahren nachgewiesen sind. Aus den Sedimentbohrkernen aus der Tiefsee und den Eisbohrkernen der Antarktis und zum Teil auch Grönlands wissen wir, dass die vergangenen ca. 500 000 Jahre von systematischen Schwankungen der Eismenge und des Meeresspiegels im Rhythmus der Schwankungen der Erdbahn um die Sonne geprägt waren. Dabei tritt die Hauptschwankung etwa mit einer Periode von 100 000 Jahren auf; aber auch bei etwa 40 000 Jahren gibt es quasi-pe-

EINFLUSS DES MENSCHEN

Der Einfluss der Planeten

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riodische Schwankungen, die durch die Nachbarplaneten der Erde motiviert sind. Also regieren die Planeten Venus, Jupiter und Saturn, die wesentlichsten Modifizierer der Erdbahn, auf der Erde doch mit, wenn auch nicht so, wie es die Astrologen meinen. Ohne den Einfluss des Menschen wäre eine der interessantesten Fragen die nach der Dauer des Holozäns, der gegenwärtigen Zwischeneiszeit. Es zeigt sich, dass auch das natürliche Klimasystem keine Analogien kennt: Das Holozän könnte noch etwa 30–40 000 Jahre andauern, weil sich die Form der Erdbahn Holozän: jüngste um die Sonne immer mehr einem geologische Epoche Kreis nähert und die Jahreszeiten der Erdgeschichte, aufgrund einer schrumpfenden seit ca. 11 000 Jahren Neigung der Rotationsachse der Erde zur Bahnebene um die Sonne schwächer ausgeprägt sind. Schon in etwa 10 000 Jahren wird die nördliche Erdhälfte wieder diejenige sein, die stärker beschienen wird. Wie lange muss man in der Erdgeschichte zurückgehen, um eine so lange Zwischeneiszeit zu finden? Etwa 500 000 Jahre! Wobei man auch ein Umklappen des Erdmagnetfeldes einbeziehen muss. Dauer des Holozän

Einfluss des Menschen

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Zu all diesen langfristigen globalen Klimaänderungen kommen die vom Menschen angestoßenen hinzu. Das herausragendste Charakteristikum des Anstoßes zum Klimawandel durch den Menschen ist die hohe Geschwindigkeit der globalen Veränderung der Zusammensetzung der


3 Erdatmosphäre. Noch nie in der jüngeren Erdgeschichte ist der Treibhauseffekt der Erdatmosphäre so hoch gewesen wie heute und noch nie stieg er so rasch an. Alle drei langlebigen, natürlich vorkommenden Treibhausgase haben Werte erreicht, die so seit Hunderttausenden von Jahren nicht mehr aufgetreten sind. Wir haben das Klimasystem in einen Zustand manövriert, für den es keine Analogie gibt. Wer 40 Prozent aller Landoberflächen nach seinem Willen gestaltet, die Ozeane zum größten Teil überfischt und die Zusammensetzung der Atmosphäre viel rascher ändert als es in den Eiszeit/Zwischeneiszeit-Zyklen geschieht, muss sich über eine globale Wirkung nicht wundern. Welcher der drei wesentlichen Pfade für Klimaänderungen durch den Menschen ist der wichtigste? Beginnen wir mit dem offensichtlichsten, der Abwärme. Viele Millionen von heißen Motorblöcken und Ölbrennern, riesige Feuer in der Industrie, Hunderte Millionen Herde und Kühlschränke geben alle Wärme in die Atmosphäre ab. Aufsummiert ergibt das einen Wärmefluss pro Flächeneinheit von nur etwa 0,03 Wm2. Verglichen mit dem Energiefluss von der Sonne an der Erdoberfläche von fast 170 Wm2 ist das vernachlässigbar gering. So ändern wir das globale Klima nicht bemerkbar.

Abwärme

Wie steht es um die Veränderung der Rückstreufähigkeit von Oberflächen, die wir umgestaltet haben? Wir machen sie im Sonnenstrahlungsbereich oft heller und im Wärmestrahlungsbereich

Rückstreu-


fähigkeit

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leicht heller. Wälder, die wir roden, gehören zu den natürlichen dunklen Oberflächen, die im Wärmestrahlungsbereich fast wie schwarze Körper strahlen, d. h. sie reflektieren oder streuen nahezu überhaupt nicht. Seit Beginn der Industrialisierung wird der durch die Rodung erfolgte die Erdoberfläche insgesamt kühlende Beitrag auf die etwa zehnfache Wirkung der Abwärme, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen, abgeschätzt. Dieser dauerhaft wirkende Verlust an Sonnenenergie ist jedoch nicht wesentlich größer als die Amplitude der Sonnenstrahlung zwischen hoher Aktivität mit vielen Sonnenflecken und niedriger Aktivität (ohne Flecken) im elfjährigen Sonnenzyklus. Dieser Klimaeinfluss des Menschen ist somit zwar nicht mehr vernachlässigbar, aber dennoch klein. Er entspricht einer Erhöhung der Rückstreuung von Sonnenenergie um 1 Promille der einfallenden Energie, die Helligkeit des Planeten steigt dadurch um etwa 3 Promille. Zusammensetzung der Atmosphäre

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Die wirklich wesentliche Störung des Klimasystems folgt aus der veränderten Zusammensetzung der Atmosphäre, weil wir die für den Energiehaushalt des Planeten sehr wichtigen Spurenstoffe direkt oder indirekt ändern und dabei auch für manche die Konzentration schon mehr als verdoppelt haben. Auch neue wichtige Spurenstoffe wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) haben wir hinzugefügt.


3

»Die Sonne macht’s!« Die Erwärmung der vergangenen Jahrzehnte stammt nicht von der Sonne

O

hne jeden Zweifel ist die Energie von der Sonne die Basis für Leben und Klima auf der Erde. Bei der Debatte um die Klimaänderungen durch die Sonne geht es nur um die Frage, ob sie sich in den vergangenen Jahrhunderten so verändert hat, dass Teile der beobachteten Klimaänderungen von ihr verursacht worden sind. Die veränderte Zusammensetzung der Atmosphäre durch Emission von Spurenstoffen wie Treibhausgasen und Aerosolen (den Schwebeteilchen, welche die Luft trüben), die Geschichte der Vulkanausbrüche, die durch uns umgestaltete Erdoberfläche und die Helligkeit der Sonne, alle in Einheiten von Energieflüssen pro Flächeneinheit, müssen einander gegenübergestellt werden. Weil die Beobachtungen systematisch besser geworden sind, ist das für die vergangenen Jahrzehnte sicherer als etwa im 19. Jahrhundert. Im jüngsten bewertenden Bericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses über Klimaänderungen ist für die Veränderungen seit 1750 eine zusammenfassende Abbildung klärend (Abb. 1). Unter dem Vielen, was hier deutlich wird, sei das Wesentlichste kurz zusammengefasst: Der höchste positive Strahlungsantrieb (in Richtung Erwärmung) stammt vom Kohlendioxid (CO2). Der stärkste negative Strahlungsantrieb (in Richtung


Geringer Einfluss der Sonne

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Abkühlung) geht auf die Beeinflussung der Wolken durch die Aerosolteilchen zurück. Letzterer ist als viel ungenauer eingeschätzt als ersterer. Die Summe aller Einflüsse des Menschen ist im globalen Mittel erwärmend. Der Einfluss der Sonne ist geringer als der des photochemischen Smogs, d. h. im wesentlichen der Ozonzunahme in der unteren Atmosphäre bis ca. 12 km, also der Troposphäre.

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3 Im Falle des Einflusses der Sonne auf Klimaänderungen gibt es eine bisher nur zum Teil falsifizierte Hypothese: Bei sehr aktiver Sonne – wenn sie viele Sonnenflecken aufweist und insgesamt ca. 1 Promille stärker abstrahlt als ohne Flecken – wird der Strom von Elementarteilchen aus unserer Galaxis vom durch die Sonne veränderten Erdmagnetfeld stärker abgelenkt, wodurch bei der Wechselwirkung dieser Elementarteilchen mit Luftmolekülen nach vielen weiteren Wechselwirkungen weniger geladene Teilchen (Ionen) in der Atmosphäre gebildet werden, welche die Bildung von Wolkentröpfchen erleichtern sollen. Die hierdurch veränderten optischen Eigenschaften der Wolken können schließlich das Klima ändern. Ursprünglich aus Beobachtungen abgeleitete Korrelationen zwischen Sonnenaktivität und Be wölkungsparametern sind seit 1995 nicht mehr vorhanden. Auch haben theoretische Studien für erhöhte Ionisierung der Luft bei Nutzung bekannter und getesteter Gleichungen keine erhöhte Wolkentröpfchenzahl finden können. Wäre der Zusammenhang gegeben, sollte auch in der unteren Atmosphäre oder an der Erdoberfläche bei den Perioden der Sonnenaktivität (z. B. alle 11, 22 und 88 Jahre) eine signifikante Änderung meteorologischer Parameter auftreten, was jedoch nicht gefunden wurde. In der Stratosphäre allerdings, d. h. in unseren Breiten oberhalb von 10 bis 12 km, ist für den Ozongehalt der Einfluss des elfjährigen Sonnenzyklus nachgewiesen.

Ionisierung der Luft

Nach der Bewertung durch IPCC hat die Sonne einen kleinen Beitrag zur Erwärmung geliefert,


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der überwiegend in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts auftrat. Seit 1978 wird von Satelliten mehrerer Raumfahrtagenturen aus die Intensität der Sonnenstrahlung direkt gemessen. Es wurde kein signifikanter Trend beobachtet, lediglich eine Amplitude von 1 Promille im elfjährigen Zyklus. In der Zeit stärkster Erwärmung während der vergangenen 25 Jahre hat die Sonne nicht zu ihr beigetragen.

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3

»Die CO2-Absorption ist bereits gesättigt« Der Mythos von der Sättigung

D

ie Argumente, warum die von uns verursachten Änderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre keine wesentliche Wirkung auf den Klimawandel haben können, wiederholen sich. Ein besonders beliebtes lautet: Die Absorptionsbanden des Kohlendioxid sind gesättigt. Gemeint ist damit die schon heute vollständige Absorption von Wärmestrahlung in bestimmten für CO2 charakteristischen Wellenlängenbereichen. Hinzufügung von weiteren CO2-Molekülen hätte dann keine Wirkung mehr auf den Strahlungshaushalt der Erde. Das Argument einer Sättigung der CO2-Absorption kann mit einem einzigen Satz ad absurdum geführt werden: Im durchlässigsten Teil der Atmosphäre für Wärmestrahlung, unserem Fenster zum All, bei Wellenlängen von 10 bis 11 Millionstel Metern (Mikrometer, abgekürzt µm), liegt eine schwache Absorption von CO2 (mit Zentrum bei 10,4 µm Wellenlänge), welche bei Verdopplung des CO2-Gehaltes noch eine doppelte Absorption verursacht. Sie trägt etwa 30 Prozent der Strahlungsbilanzänderung durch CO2-Änderungen. Die Abbildung »CO2-Absorption im Fenster zum All« (Abb. 2) demonstriert das eindrucksvoll. Jede Masse, ob flüssig, fest oder gasförmig, strahlt entsprechend ihrer Temperatur bei den Wellenlängen ab, bei denen sie auch Strahlung


CO2-Absorption im Fenster zum All

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absorbieren kann. Nach den Strahlungsgesetzen von Kirchhoff und Planck gilt für Oberflächen bei irdischen Temperaturen, dass z. B. eine Wasseroberfläche von 15°C bei einer Wellenlänge von 10 µm am stärksten abstrahlt. Bei dieser Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung absorbieren die drei wichtigsten Treibhausgase der Atmosphäre im Mittel nur schwach. Deswegen kann die Strahlung von der Erdoberfläche bei diesen Wellenlängen nur leicht geschwächt direkt ins All entweichen. Eine Oberfläche, die nicht durchmischt werden kann wie Wasser, z. B. eine Wiese, kühlt sich daher nachts kräftig ab; und zwar umso stärker, je weniger Masse dieser Gase in der Atmosphäre enthalten ist. Da Gase nur in sehr engen Wellenlängenbereichen absorbieren und auch emittieren, ist der genaue Verlauf der Durchlässigkeit der Atmosphäre sehr stark von der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung abhängig. Die Durchlässigkeit im durchlässigsten Teil des Wärmestrahlungsbe reiches ist am stärksten vom Wasserdampfgehalt abhängig, vom Ozon nur am Rande bei 10 µm beeinflusst, aber stärker vom Kohlendioxid mitbestimmt. In der folgenden Abbildung sind die Verhältnisse im durchlässigsten Teil des Fensters von 10 bis 11 µm Wellenlänge (das entspricht den Wellenzahlen von 1000 bis 910 cm-1, weil die Wellenzahl als der Kehrwert der Wellenlänge definiert ist), für drei Werte der CO2-Konzentration dargestellt.

28


3

Auffällig ist dabei zunächst die in ganz engen Wellenzahlenbereichen angeordnete Abschwächung der Durchlässigkeit. Sie reicht bis zu 10 Prozent Verlust an Durchlässigkeit bei einem Anstieg der CO2-Konzentration von 380 Millionstel Volumenanteilen (ppmv = parts per million by volume) auf 560 ppmv und schon heute ist die Durchlässigkeit in eben diesen engen Wellenzahlenbereichen um bis zu 7,5 Prozent geringer als


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vor der Industrialisierung bei 280 ppmv CO2. Von einer Sättigung der CO2-Absorption kann in diesem Wellenlängenbereich also nicht gesprochen werden. Aber auch am Rande der starken Absorption des CO2, vor allem bei den um 15 bzw. 4,3 µm Wellenlänge zentrierten Bereichen, gibt es diese Abhängigkeit der Durchlässigkeit von der Konzentration am Rande bei schwacher Absorption noch. Die CO2-Absorption ist also insgesamt keineswegs gesättigt.

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3

»Der Klimawandel ist Folge der Luftverschmutzung« Die Luftverschmutzung hat die mittlere globale Erwärmung bisher gebremst

N

ach Vorträgen vor Laien werde ich oft gefragt, ob nicht das Militär durch gezielte Aktionen oder der Flugverkehr durch Kondensstreifenbewölkung den Klimawandel mit auslösen. Oder das Militär ihn aktiv bekämpft, um z. B. in den USA keine Minderung der Treibhausgase vornehmen zu müssen. Der Klimawandel – Produkt und Spielball politischer Interessen? Allen genannten potentiellen Einflüssen auf die Atmosphäre ist gemein, dass Teilchen oder Vorläufergase für Teilchen in die Atmosphäre eingebracht werden, die je nach Größe der Partikel und Höhe der Emission sowie ihrer chemischen Zusammensetzung für die Erdoberfläche entweder abkühlend oder erwärmend wirken können. Als einfache Regel gilt: Je höher oben in der Atmosphäre die Teilchen emittiert werden und je größer sie sind oder werden, umso stärker ist ihre erwärmende Wirkung. Kondensstreifen hinter Flugzeugen, die schon Sekunden nach ihrem Ausstoß in die Atmosphäre aus Eiskristallen von etwa 10 bis 150 Mikrometer Abmessung bestehen und meist bei –50°C bis –70°C existieren, verstärken besonders über warmen Oberflächen den Treibhauseffekt der Atmosphäre. Eine Mischung aus kleinen Ruß- und Schwefelsäurepartikeln aus Militärflugzeugen und auch noch manchen älteren Zivilflugzeugen mit Abmessungen unter einem


Einfluss des Flugverkehrs

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Mikrometer wirken über dunklen Meeresoberflächen kühlend, je nach Rußanteil aber erwärmend über sehr hellen Sanddünen und Schneeflächen. Ballungsgebiete als Verschmutzer

Kühlung durch Lufttrübung

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Die Lufttrübung in der unteren Atmosphäre wird jedoch nicht wesentlich von der zivilen Luftfahrt und schon gar nicht von den vergleichsweise wenigen Militärflugzeugen verursacht, sondern erstens von Aerosolen aus den großen Wüsten wie Sahara und Gobi sowie deren angrenzenden Halbwüsten, außerdem von den sich brechenden Wellen auf dem Ozean. Und zweitens von den Aktivitäten des Menschen wie etwa der Kohleverbrennung in Kraftwerken und der Nutzung von Kraftstoffen in Pkws und Lkws sowie dem bewussten Abbrennen von Vegetation in Entwicklungsländern. Das Vordringen der Sonnenstrahlung zur Erdoberfläche wird in wolkenfreien Gebieten demnach am stärksten durch Wüstenaerosole, Emissionen in dicht besiedelten Industrieregionen sowie Vegetationsbränden in Entwicklungsländern behindert. Dieser Effekt erhöht von oben betrachtet in den meisten Regionen die Helligkeit der Erde und führt so zum Energieverlust, weil mehr Sonnenlicht in den Weltraum zurückgestreut wird. Die Erdoberfläche wird also im Mittel gekühlt. Insgesamt erreicht dieser Partikeleinfluss in wolkenfreien Gebieten etwa ein Fünftel der Wirkung aller langlebigen Treibhausgase. Er dämpft deshalb die mittlere globale Erwärmung. Das hat in Gebieten besonders starker anthropogener Lufttrübung, aber auch global gemittelt, den zusätzlichen Treibhauseffekt abgeschwächt, manchmal – über großen Ballungs-


3 gebieten – sogar jegliche Erwärmung durch die Emission von Treibhausgasen verschleiert. Hierzu hat auch ein weiterer wichtiger Klimaeffekt beigetragen: die indirekte Erhöhung der Lufttrübung über die Veränderung der optischen Eigenschaften der Wolken. Regional ist dieser Effekt nachgewiesen, seine globale Wirkung ist allerdings sehr schwierig einzuschätzen. Deshalb wird der zugehörige Strahlungsantrieb als zwischen –0,3 und –1,8 Wm2 liegend eingeschätzt, sein wahrscheinlichster Wert ist mit –0,7 Wm2 angegeben. Das negative Vorzeichen des Strahlungsantriebes weist auf Energieverlust für die Erde, also auf einen abkühlenden Effekt, hin. Wie kommt der indirekte Effekt der Lufttrübung zu Stande? Überwiegend durch die Modifikation der Anzahl der Wolkentröpfchen, aber auch durch das Vermögen der Aerosolteilchen, z.B. des Rußes, Sonnenenergie zu absorbieren. Jedes Wolkentröpfchen braucht ein Aerosolteilchen als Kondensationskeim. Werden durch erhöhte Lufttrübung bei der Wolkenbildung durch aufsteigende Luft mehr Teilchen angeboten, so wird annähernd gleich viel flüssiges Wasser auf mehr Wolkentröpfchen verteilt, die dann im Mittel kleiner sind. Ihre Rückstreufähigkeit ist damit erhöht, weil diese proportional zur Summe aller Tröpfchenquerschnitte ist. So paradox es klingen mag: Je trüber die Luft, um so heller sind die in ihr entstehenden flachen Wolken bei Betrachtung von oben. Dieser Effekt hat nach dem Zusammenbruch des Ostblocks und verstärkten Luftreinhaltegesetzen in einigen OECD-Ländern zu von oben betrachtet


Optische Eigenschaften der Wolken

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dunkleren Wolken über Europa geführt, weil ja die Lufttrübung nachgelassen hat. Ich habe das einmal den Gorbatschow-Effekt genannt. Rechenbeispiel: Es seien 1000 bzw. 2000 lösliche Aerosolteilchen pro Kubikzentimeter Luft vorhanden. Bei Wolkenbildung werden davon 100 bzw. 150 zu Wolkentröpfchen anwachsen. Das Verhältnis der Querschnitte aller Wolkentröpfchen ist dann bei gleich viel Wolkenwasser pro Volumeneinheit, z. B. 0,2 Gramm pro Kubikmeter, etwa 1,14. Folgen erhöhter Wolkentröpfchenzahl

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Es gibt weitere interessante Folgen dieser erhöhten Wolkentröpfchenzahl bei erhöhter Lufttrübung. Erstens wird das Zusammenfließen der kleineren Wolkentröpfchen unwahrscheinlicher, so dass die Bildung von Nieselregen verzögert wird und sich die häufigsten Wolken, nämlich die niedrigen Schichtwolken, nicht so schnell auflösen können. Weil ihnen weniger Wasser entzogen wird, leben sie etwas länger und der Bedeckungsgrad mit Wolken steigt daher in Gebieten starker Lufttrübung etwas an. Zweitens erhöht sich die Wolkenwasserdichte, so dass bei starker vertikaler Durchmischung (Konvektion) die entstehenden Kumuluswolken bei Übergang in die Eisphase (das geschieht in der freien Atmosphäre meist erst bei Temperaturen unter –20°C, also im Sommer in ca. 5 km Höhe) wegen frei werdender Gefrierwärme mehr Auftrieb bekommen, höher schießen und heftiger ausregnen. Ob dieser Effekt die Häu-


3 figkeit von Sturzfluten erhöht, ist eine noch nicht beantwortete Forschungsfrage. Gegenüber diesen Einflüssen auf die Bewölkungseigenschaften tritt der Einfluss von Kondensstreifenbewölkung stark zurück. Weil wir in Mitteleuropa mit Flugkorridoren überzogen sind, überschätzen wir deren Wirkung im globalen Maßstab. Denn viele Gebiete sind ohne regelmäßigen Flugverkehr und über der Hälfte der Erde von 30°N bis 30°S liegen die natürlichen Eiswolken in bis zu 16 km, in Extremfällen bis zu 20 km Höhe noch weit über den relativ schwachen Kondensstreifen in typischen Flughöhen von 9 bis 12 km und haben fast keine Wirkung. Wir kennen die besonders Kondensstreifen trächtigen Wetterbedingungen bei uns: Aufsteigende Luft in der oberen Troposphäre (6 bis 10 km Höhe) mit Mangel an sogenannten Gefrierkeimen, an denen sich Eiskristalle bilden können, vor herannahenden Tiefdruckgebieten. In allen Gebieten mit Wasserdampfsättigung der Luft über einer ebenen Eisfläche – sie tritt weit vor der Wasserdampfsättigung über einer Wasserfläche ein – mobilisiert ein durchfliegendes Flugzeug die überschüssige Feuchte und führt in Sekunden zu Eiskristallen, dem dann lange verweilenden und sich ausbreitenden Kondensstreifen. Denn im heißen und feuchten Abgasstrahl der Kerosinverbrennung mit vielen Kondensationskeimen bildet sich zunächst eine Wasserwolke, die durch Hinzumischen kalter Umgebungslust mit Temperaturen von meist unter –50°C sehr rasch in eine Eiswolke überführt wird, weil spätestens bei –40°C jedes


Kondensstreifenbewölkung

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unterkühlte Wassertröpfchen gefriert und als Eiskristall weiter wächst. Chemtrails

Wie steht es nun mit den Behauptungen, dass Militärflugzeuge bewusst langlebige Kondensstreifen aus anderen Substanzen verursachen, um dem anthropogenen Treibhauseffekt entgegenzuwirken. Die von Anhängern oft Chemtrails genannten Gebilde, meist »bewiesen« durch Photographien sich kreuzender ordinärer Kondensstreifen über großen Flughäfen, gibt es nicht. Sie wären längst von Forschern in Satellitenbildern entdeckt worden, die täglich weltweit nicht nur von Meteorologen ausgewertet werden, um Startfelder für die Modelle zur Wettervorhersage zu bekommen. Eine abschließende Bewertung der Wirkung der Luftverschmutzung auf das globale Klima lautet: Lufttrübung maskiert einen Teil der globalen Erwärmung durch den erhöhten Treibhauseffekt, d. h. es wäre noch wärmer ohne sie. Da sie außer über Indien und Teilen Chinas abgenommen hat, wird ein immer größerer Teil der Erwärmung sichtbar. Vegetationsbrände in Entwicklungsländern maskieren ebenfalls die Erwärmung; wobei ihre Tendenz nicht klar ist. Die indirekten Aerosoleffekte, also diejenigen, die Bewölkungseigenschaften ändern, sind teilweise nachgewiesen. Ihr Nettoeffekt ist noch recht unsicher. Kondensstreifen sind leicht Treibhauseffekt erhöhend, aber wesentlich weniger bedeutend als Vegetationsbrände und Lufttrübung in Ballungsgebieten. Wie Flugzeuge normale Eisbewölkung beeinflussen, ist noch ungeklärt. Ihr Einfluss könnte dann weit stärker sein als bisher angenommen.

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3

»Der Klimawandel ist Folge des Ozonlochs« Die Ozonzunahme in der unteren Atmosphäre ist stärker klimaändernd als das Ozonloch

E

Schutzschild s ist bekannt, dass das Spurengas Ozon die gegen gefährbesonders gefährlichen Teile der ultravioletten liche SonnenSonnenstrahlung bei Wellenlängen unter 0,3 strahlung Mikrometer ausfiltert, so dass wir auf der Landoberfläche leben können. Wir brauchen deshalb immer ausreichend Ozon, den dreiatomigen Sauerstoff (O3), über unseren Köpfen, wir wollen es aber nicht in unserer Atemluft, weil es sehr giftig ist. Gäbe es unsere Aktivitäten nicht, wäre dies fast wunschgemäß geregelt: In hohen geografischen Breiten befinden Ozon (griech.: das sich etwa 90 Prozent des Ozons in Riechende): Molekül aus Schichten von 10 bis 25 km Höhe, drei Sauerstoffatomen in den inneren Tropen in einer Höhe von 17 bis 30 km. Wir werden also vor der gefährlichen Ultraviolettstrahlung geschützt, ohne das Ozon einatmen zu müssen. Die restlichen ca. zehn Prozent sind ebenfalls meist in den hohen Schichten entstanden und dringen durch Mischungsvorgänge bis in die untere Atmosphäre vor. Die Ozonmoleküle werden dort aber an Partikeloberflächen, in Wolkentröpfchen, an allen Oberflächen einschließlich unserer Haut und unserer Schleimhäute sowie durch viele andere chemische Umwandlungen vernichtet. Je nach Höhenlage und Sonneneinstrahlung überlebt Ozon nur Tage bis Wochen, selten wenige Monate. Es wird tagsüber ständig in der höheren Atmosphäre durch Reaktionen zwischen atoma-


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rem und molekularem Sauerstoff, von ultravioletter Sonnenstrahlung angeregt, nachgebildet. Prägnant zusammengefasst hat die Bedeutung des Ozons einmal die »Tageszeitung« mit der Schlagzeile »Oben hui, unten pfui«. Das antarktische Ozonloch

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Als 1985 Beobachtungen des Ozongehaltes durch japanische und britische Kollegen über Stationen in der Antarktis veröffentlicht wurden, waren die bisherigen Erklärungsversuche über Ozonänderungen durch das Chlor aus den Bruchstücken der Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) zwar zum Teil bestätigt, aber als unvollständig erkannt. Heute wissen wir, dass im antarktischen Frühjahr, nämlich im Oktober, wenn die Sonne nach der Polarnacht wieder in die antarktische Stratosphäre scheint, nicht nur einige zig Prozent dieses uns schützenden Gases fehlen, sondern auch, dass wir daran »schuld« sind. Was geschieht? Eine bizarre Chemie von Spurengasen bei Temperaturen unter –80°C ist verantwortlich. Die notwendige Voraussetzung dafür sind die sogenannten polaren stratosphärischen Wolken in ca. 12 bis 20 km Höhe, meist winzige Tröpfchen aus einer Mischung von Schwefelsäure, Salpetersäure und Wasser, die sich erst bei Temperaturen von unter ca. –78°C bilden. Scheint die Sonne auf diese Wolkenpartikel, so werden chlorhaltige Spurengase an den Partikeloberflächen, die wie ein Katalysator wirken, in andere chlorhaltige, aber Ozon abbauende Verbindungen umgewandelt. Dann kann ein echter katalytischer Ozonabbauprozess so lange laufen, bis die in der Reaktionsabfolge immer wieder zurückgebildete chlorhaltige Verbindung durch an-


3 dere Prozesse entfernt wird. Deshalb wird seit Ende der 1970er Jahre fast in jedem antarktischen Frühjahr bei geografischen Breiten über 65–70°S das Ozon in den Schichten mit den polaren stratosphärischen Wolken von etwa 12 bis 20 km Höhe fast völlig abgebaut. Die Ozongesamtmenge über einem Ort sinkt dabei manchmal auf nur ca. ein Drittel des früher üblichen Wertes. Deshalb hat es sich eingebürgert, leicht übertreibend vom antarktischen Ozonloch zu sprechen. Aber auch im nördlichen Polargebiet, wo es fast die gleichen Mengen an chlorhaltigen Spurengasen, den Abbauprodukten der FCKW, gibt, sind in manchen Jahren sogenannte Miniozonlöcher beobachtet worden. Das geschah immer dann, wenn Temperaturen unter –78°C die Bildung der Tröpfchen aus Schwefelsäure, Salpetersäure und Wasser erlaubten, sich also die von den Skandinaviern früher Perlmuttwolken getauften Wolken in der Stratosphäre bilden konnten, was wegen unterschiedlicher meteorologischer Bedingungen in der nördlichen Erdhälfte viel weniger häufig geschieht.

Minilöcher

Stark reduzierte Ozonkonzentration bedeutet mehr gefährliche Ultraviolettstrahlung in der unteren Atmosphäre und an der Erdoberfläche. Damit erhöht sich im Freien das Sonnenbrandrisiko und es kommt zu mehr Erkrankungen an Hautkrebs und an grauem Star. Aus diesen Gründen wurde das 1985, also schon vor der Entdeckung der starken Ozonverdünnung über der Antarktis formulierte Wiener Abkommen zum Schutz der Ozonschicht (eine UN-Konvention) mit dem zugehörigen Montrealer Protokoll zum ersten wirklich erfolgreichen

Produktions-


im Norden

stopp von FCKW

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globalen Umweltvölkerrecht. Es hat zum Produktionsstopp von FCKW und anderen ozonabbauenden Substanzen im Jahre 1994 in Industrie- und später in Schwellenländern geführt. Gegenwärtig liegen zwar die Maxima der FCKW-Konzentrationen hinter uns, wegen der langen Lebensdauer der meisten FCKW-Molekülarten in der Atmosphäre in einer Größenordnung von mindestens 50 Jahren wird das antarktische »Ozonloch« uns jedoch noch Jahrzehnte begleiten, bis die Konzentration chlorhaltiger Spurengase in der Stratosphäre auf Werte abgefallen ist, bei denen die Ozonverdünnung Ende der 1970er Jahre stärker einsetzte. Abkühlung durch Ozonverlust?

Ozon in den unteren Luftschichten

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Weil Ozon nach Wasserdampf und Kohlendioxid das drittwichtigste Treibhausgas der Erdatmosphäre ist, hat die Ozonverdünnung in der Stratosphäre klimaverändernde Wirkung. Verlust in der unteren Stratosphäre – er tritt reduziert auch in mittleren Breiten auf – führt zu einer leichten Erniedrigung des Treibhauseffektes und damit – falls allein auftretend – zu einer leichten Abkühlung. Da jedoch die den Ozonabbau verursachenden FCKW sowie andere chlor- und bromhaltigen langlebigen Spurengase starke Treibhausgase sind, ist die Summe aus beiden Effekten, nämlich Ozonabbau und Treibhauswirkung der Vorläufergase der ozonabbauenden Substanzen noch Treibhauseffekt erhöhend, also wärmend. Und das Ozon in den unteren Luftschichten? Was sich hier abspielt, ist mindestens so komplex wie die Vorgänge beim stratosphärischen Ozon, für die Klimadebatte ist es noch bedeutender. Die zentrale Botschaft lautet: Wann immer wir Menschen et-


3 was verbrennen, entstehen dabei Stickoxide, auch wenn die Brennstoffe weder Stickstoff noch Sauerstoff enthalten, weil bei den hohen Verbrennungstemperaturen die beiden Hauptbestandteile der Atmosphäre miteinander reagieren. Liegt die Konzentration des Stickstoffdioxids (NO2) über einer bestimmten Schwelle, entsteht bei gleichzeitiger Anwesenheit von flüchtigen Kohlenwasserstoffen Ozon, wenn die Sonne in die »Spurengassuppe« in der feuchten unteren Atmosphäre scheint. Die zentrale photochemische Reaktion für die Ozonbildung ist die Überführung des NO2 in Stickstoffmonoxid (NO) unter Abgabe eines Sauerstoffatoms (O), das sich mit dem Sauerstoffmolekül (O2) zu Ozon (O3) verbindet. Die ebenfalls mögliche Rückreaktion wird durch Kohlenwasserstoffe (oft aus der Vegetation) gebremst, so dass bei Schönwetter Ozonkonzentrationen bis in den Nachmittag hinein ansteigen, denn die zur Photodissoziation notwendige Sonnenstrahlung bei Wellenlängen unter 0,4 Mikrometer dringt bis zur Erdoberfläche vor. Ideale Bedingungen für den anthropogenen Ozonaufbau in der unteren Atmosphäre existieren also bei hoher Stickoxidemission, bei hoch stehender Sonne und hoher Kohlenwasserstoffemission durch aktive Vegetation oder aus deren Handhabung durch den Menschen. Die dadurch entstehende Luftverschmutzung wird deshalb auch photochemischer Smog (zusammengesetzt aus »smoke« für Rauch und »fog« für Nebel) oder, in unseren Breiten, Sommersmog genannt. Jeder, der sich bei Schönwetter nachmittags einem Ballungsgebiet mit dem Flugzeug nähert, kann diesen gelb-


Photosmog

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lich-bräunlichen bis orange getönten Dom sehen. In ihm werden oft die als gesundheitsgefährdender Grenzwert definierten 180 Mikrogramm Ozon pro Kubikmeter überschritten, die Behörden warnen dann vor Freizeitaktivitäten im Freien. Die vielen Ballungsgebiete und die häufigen von uns Menschen verursachten Vegetationsbrände haben die Ozonkonzentration in der Atemluft so stark erhöht, dass inzwischen kontinentweit das bodennahe Ozon überwiegend nicht mehr ein aus der Stratosphäre heruntergemischtes ist, sondern von uns stammt. Tritt dieses Ozon bei niedrigen Temperaturen auf, z. B. in ca. 10 km Höhe bei etwa –50°C, verstärkt es den Treibhauseffekt in besonderem Maße. Deshalb sind die Stickoxidemissionen aus Flugzeugen, die übrigens noch nicht reglementiert sind, überproportional klimarelevant. Klimawandler Ozon

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Die Ozonzunahme in der unteren Atmosphäre bis ca. 15 km Höhe, angeregt durch Luftverschmutzung mit Stickoxiden, wirkt global gemittelt fast genauso stark klimaverändernd wie die Erhöhung der Methankonzentration seit 1750. Weil im Kioto-Protokoll nur Emissionsminderungen für langlebige Treibhausgase gefordert werden, gibt es noch kein völkerrechtlich verbindliches Abkommen zur Eindämmung des photochemischen Smogs. Bei dessen Reduktion durch Minderung der Emission von Stickoxiden wäre schon nach Tagen ein Erfolg sichtbar. Das Problem mit dem Ozon ist also nicht so sehr die jetzt einsetzende Erholung der stratosphärischen Ozonschicht, sondern der weltweit noch immer zunehmende Photosmog.


4

Auswirkungen des Klimawandels »Eine wärmere Welt ist eine grünere!«

Manche bekommen mehr Niederschlag, viele weniger

W

eil bei erhöhter Temperatur, sonst aber gleichen Bedingungen, ein Niederschlagsereignis heftiger ausfällt, wird häufig das Argument genannt, die Erdoberfläche werde grüner und böte somit bessere Lebensbedingungen. Wie so oft ist die Komplexität der Erde zu groß, um solche Pauschalurteile fällen zu können. Was spricht dagegen? Erstens ist die Intensität der Vegetation von der Differenz zwischen Niederschlag und Verdunstung abhängig, also von dem, was grob als Bodenfeuchte bezeichnet wird. Bei erhöhter Temperatur verdunstet auch – vor allem im Sommer – mehr, so dass trotz eventuell höherem Niederschlag die Bodenfeuchte nicht zunimmt. Zweitens wird bei einer stärkeren Erwärmung in den hohen geografischen Breiten als in den niederen die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre mit Tiefdruckbahnen antworten, die sich nordwärts

AUSWIRKUNGEN DES KLIMAWANDELS

Ungleiche Verteilung

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verschieben, so dass die polwärts und abwärts gerichtete Strömung in der unteren Stratosphäre und oberen Troposphäre in den äußeren Tropen und Subtropen etwas weiter nordwärts ausgreift. Das nördliche Mittelmeergebiet und große Teile Frankreichs und Süddeutschlands werden immer stärker von der quasi nordwärts »kriechenden« sommerlichen Mittelmeerdürre betroffen sein (siehe dazu Abb. 3) Also bekommen drittens nur die Teile der Gebiete mehr Niederschlag, die schon jetzt ausreichend damit versorgt sind, nämlich die inneren Tropen und generell die hohen nördlichen Breiten. Die semi-ariden äußeren Tropen sowie die Subtropen

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4 mit Mittelmeerklima sehen sich überwiegend mit Niederschlagsabnahme konfrontiert.

Semi-arides Klima weist Jahresniederschläge von 250 mm bis 500 mm auf. Aride, also wüstenhafte Verhältnisse herrschen in mehr als sechs Monaten im Jahr vor. Die Vegetation ist aufgrund der trockenen Bedingungen nur spärlich ausgeprägt.

Wo wird es dann grüner? Sicher kann man das nur für die hohen nördlichen Breiten sagen, wo die Grenze des borealen Waldes (die Russen nennen ihn Taiga) sich nordwärts schieben wird. Allerdings wegen der zu raschen Änderungen nicht so schnell, wie es den Klimaparametern entspricht. Die um den Faktor bis 100 je nach Klimapolitik im 21. Jahrhundert gegenüber Eiszeit/Warmzeit-Schwankungen erhöhte Änderungsrate der Temperatur erlaubt dem Wald kein angepasstes Wandern. Jeder älter werdende Baum ist nicht mehr in »seinem« Klima und viele werden, wie jetzt bei der Fichte in Mitteleuropa in den Niederungen einsetzend, – durch Kalamitäten geschwächt – vorzeitig gefällt. Weiterhin gilt für Regionen mit erhöhter Lufttrübung durch die Luftverschmutzung, wie in Indien und in großen Teilen Chinas, dass das so verminderte Vordringen von Sonnenenergie zur Erdoberfläche auch die Verdunstung reduziert und große Regionen sogar in den Tropen oder höheren mittleren Breiten, die ohne erhöhte Lufttrübung mehr Niederschlag erhalten könnten, am eigenen Wohlerge-


Wo wird es grüner?

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hen »sägen«, zugleich aber auch Teile der globalen Erwärmung durch die erhöhte Rückstreuung von Sonnenenergie in den Weltraum maskieren. Folgen des Umweltschutzes

Zugang zu Wasser

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Die Luftreinhaltemaßnahmen in den achtziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts in Mitteleuropa – z. B. die deutsche Großfeuerungsanlagenverordnung vom Oktober 1982 und ihre Ergänzung im Frühjahr 1983 – waren demnach ein probates Mittel zur Beschleunigung der globalen Erwärmung. Um nicht missverstanden zu werden: Ich will nicht zurück zur hohen Luftverschmutzung vergangener Jahrzehnte. Viele Umweltprobleme sind durch diese Verordnung geringer geworden. So gibt es dadurch weniger sauren Niederschlag, höhere Sichtweiten, geringeren Photosmog, reduzierte Schäden an historischen Gebäuden und nicht zuletzt weniger Atemwegserkrankungen. Allerdings wäre ein grundsätzliches Herangehen besser gewesen, nämlich Massenflussbegrenzungen, wie sie zum ersten Mal bei den Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) im Jahr 1987 für die Zukunft teilweise festgeschrieben, 1992 drastischer gefordert und 1994 umgesetzt worden sind. Schon damals wäre eine Kohlendioxidemissionsreduktion einzuführen gewesen. Leider haben auch wir Wissenschaftler die Größe des Problems Globaler Umweltwandel vor 20 Jahren mehrheitlich noch nicht erkannt gehabt. Die globale Erwärmung wird vielen Millionen Menschen den Zugang zu Wasser für die Landwirtschaft erschweren. Viel mehr Grün bleibt eine Illusion in großen Teilen der dichter besiedelten Gebiete.


4 Wie schon erwähnt, verdunstet bei höherer Oberflächentemperatur und sonst gleicher allgemeiner Zirkulation mehr Wasser auf einem »Wasserplaneten« wie dem unsrigen. Also sollte insgesamt mehr Wasser vom Himmel fallen. Global gemittelt stimmt das auch, regional jedoch nur, wenn die veränderte allgemeine Zirkulation der Atmosphäre dem nicht entgegensteht. Auch die Folgen anderer menschlicher Aktivitäten, wie z. B. die zur Zeit stark erhöhte Lufttrübung in Schwellenländern, können dagegenwirken. Was sagen dazu die Klimamodelle für verschiedene Szenarien des Verhaltens der Menschheit? Erstens, dass mehr Wasser vom Himmel fällt, wo schon jetzt genug für eine geschlossene Vegetation zur Verfügung steht, und zweitens, dass viele semi-aride Gebiete weniger bekommen werden, also weiter austrocknen. Die Regionen mit starker Wüstenbildung durch falsche landwirtschaftliche Praktiken (z. B. Überweidung) werden stark erschwerte Bedingungen vorfinden und oft im Kampf gegen Wüstenbildung scheitern.

Oberflächen-

Woher kommt dann die Behauptung, eine wärmere Welt sei eine grünere? Eine Ursache liegt in der kritiklosen Übertragung von Befunden aus der Klimageschichte in die Zukunft. Vor mehr als 6000 Jahren war die nördliche Erdhälfte noch die besser von der Sonne beschienene. Dort war es auch wärmer als vor der Industrialisierung, weil der sonnennächste Punkt der Erdbahn noch in unserem Sommerhalbjahr lag, während heute dieser Zeitpunkt meist auf den 4. Januar fällt (Schaltjahre müssen beachtet werden). Als ich

Klimageschicht-


temperatur und Niederschläge

liche Spekulationen

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geboren wurde, war es noch der 3. Januar. Die Sahara war dementsprechend bis vor ca. 5400 Jahren eine Trockensavanne, etwa wie die SahelZone heute, weil bei höherer Sonneneinstrahlung – es waren bis zu zehn Prozent mehr – der sommerliche westafrikanische Monsun stärker ausgeprägt war, einige Breitengrade weiter nach Norden ausgriff und Wasser auch noch bis zum Wendekreis brachte. Im Winter dagegen war die nördliche Erdhälfte benachteiligt. Bei höheren meridionalen Temperaturgradienten verliefen die winterlichen Zyklonenbahnen etwas südlicher als heute, brachten also mehr Niederschlag ins nördliche Afrika. In einigen weiteren Jahrtausenden könnte sich ein ähnliches System wie vor 6000 Jahren wieder einstellen. Und zwar für ca. 10000 Jahre, denn der sonnennächste Punkt der Erdbahn »läuft« in ca. 23000 Jahren einmal durch das Kalenderjahr. Anlass für diese Erdbahnschwankungen sind überwiegend die Nachbarplaneten Venus, Jupiter und Saturn, die nicht nur die Lage der Erdbahnellipse, sondern auch ihre Form (quasi-periodisch in ca. 100 000 Jahren) ändern sowie die Neigung der Rotationsachse der Erde zur Bahnebene um die Sonne in 40 000 Jahren einmal von 21,8° bis 24,5° und zurück schwingen lassen. Wasserdampf als Trittbrettfahrer

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Wasserdampf macht im Mittel nur drei Promille der Masse der Atmosphäre aus, obwohl er bodennah in den inneren Tropen bis zu drei Prozent zur Masse beiträgt. Trotzdem ist er die vierthäufigste Substanz in der Atmosphäre nach Stickstoff, Sauerstoff und Argon. Und er ist das


4 am stärksten direkt von der Temperatur abhängige Gas. Das Naturgesetz, welches seine Konzentration als Funktion der Temperatur bestimmt, die Clausius-Clapeyronsche Gleichung, beherrscht vieles auf unserer Erde. Steigt zum Beispiel die Temperatur von o°C auf 1°C, so kann Luft um acht Prozent mehr Wasserdampf aufnehmen, bevor eine Kondensation von Wasser eintritt. Eine Erwärmung um 1°C bei 20°C erniedrigt den relativen Zuwachs zwar auf sechs Prozent, erhöht den absoluten Zuwachs aber von ca. 0,5 Gramm pro Kubikmeter Luft auf 1,2, weil viel mehr Wasserdampf in der Luft »Platz hat«. Jeder kennt die Folgen: Wolkenbrüche gibt es im Sommer und oft in den Tropen, im Winter aber kommen sie bei uns oder noch nördlicher nicht vor. Weil Wasserdampf das bei weitem wichtigste Treibhausgas ist, wird bei Erwärmung der Treibhauseffekt der Atmosphäre stark zunehmen. Stimuliert von Erwärmung durch die langlebigen Treibhausgase CO2, N2O und CH4 wird er den Effekt verstärken, Wissenschaftler sagen: positiv rückkoppeln. Ein Zahlenbeispiel: Eine Verdopplung des Kohlendioxidgehaltes brächte bei sonst fixierten Parametern nur eine mittlere globale Erwärmung von ca. 1,2°C. Darin sind sich die verschiedenen Gruppen, die Strahlungstransportrechnungen machen, schon länger einig. Wird nicht die absolute, sondern die relative Feuchte festgehalten, jedoch keine Veränderung der Rückkopplung der Wolken angenommen, erhöht sich die Erwärmung auf etwa das Doppelte wegen der erhöhten absoluten Wasserdampfmenge.


Verstärkende Rückkoppelung

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»Erhöhter Kohlendioxidgehalt erhöht die Ernten« Die »Düngung« durch Kohlendioxid ist nur teilverstanden Klimawandel als Wachstumsförderer?

P

flanzen an Land und im obersten Ozean haben die Fähigkeit, aus Unbelebtem Lebendiges und damit unsere Nahrung zu schaffen. Die das Wachstum bestimmenden und begrenzenden Faktoren sind Sonnenlicht, Kohlendioxid, Wasser, Temperatur, Nährstoffe und Spurenelemente. Einer davon, das Kohlendioxid, wird heute in der Luft um etwa 35 Prozent erhöht angeboten, aber auch die Temperatur hat fast überall zugenommen. Der Klimawandel übt zusätzlich auch Einfluss aufs Sonnenlicht, das bei veränderter Bewölkung und Lufttrübung vermehrt oder verringert bis zur Erdoberfläche vordringt, und auf das Wasser vom Himmel aus. Damit wiederum werden das Nährstoffangebot sowie die Konzentration der Spurenelemente geändert. Klima ist eben die zentrale natürliche Ressource. Es ist klar, dass Ernten von Kulturpflanzen zunehmen sollten, wenn der Pflanze Wasser, Nährstoffe und Spurenelemente nicht fehlen und das Lichtangebot nur geringfügig abnimmt. Seit Tausenden von Jahren haben deshalb Landwirte Felder bewässert und seit einigen Jahrzehnten haben deshalb »Landwirte« in Industrienationen in ihren Gewächshäusern den Sonnentag durch Kunstlicht verlängert, Kohlendioxid in der Luft der geheizten Gewächshäuser angereichert und dosiert bewäs-

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4 seit, um mehr zu ernten. Wenn auch jüngst dabei oft die Produktqualität, z. B. bei Tomaten, litt. Was gilt für unbewässerte Äcker? – Das hängt zuerst vom Pflanzentyp ab. Die meisten unserer Kulturpflanzenarten sind sogenannte C3-Pflanzen, die auf erhöhten Kohlendioxidgehalt bei gleicher Sonnenenergie und ausreichender Düngung und unverändertem Wasserangebot mit stärkerem Wachstum reagieren. Also geht ein Teil der zunehmenden Ernten vergangener Jahrzehnte in humiden Klimagebieten auf die Kohlendioxidzunahme in der Atmosphäre zurück. Wegen der erhöhten Wassernutzungseffizienz wird sogar bei leicht geringerem Niederschlag

C3-Pflanzen

Pflanzentyp C3 Dieser ursprünglichste Pflanzentyp, zu dem die meisten unserer Kulturpflanzen gehören (Weizen, Reis, Zuckerrüben), hat als erstes stabiles Zwischenprodukt bei der Photosynthese eine Verbindung mit drei Kohlenstoffatomen (3-Phosphoglycerat). Er ist bei sehr hohem CO2-Gehalt in der Atmosphäre und noch niedrigem Sauerstoffgehalt entstanden. C3-Pflanzen wachsen bei 15–25°C am besten, brauchen jedoch viel Wasser. Wachstum bei erhöhtem CO2-Gehalt: Weil der relativ geringe CO2-Gehalt in unserem Erdzeitalter Biomasseproduktion durch Pflanzen hemmt, führt CO2-Zunahme bei ausreichend Wasser und Nährstoffen zu einer Ertragszunahme, der bei C3-Pflanzen bis zu 30 Prozent betragen kann, zu verbesserter Wassernutzung, zu größeren Blattflächen und erhöhtem Blattgewicht, früherer Reife, froherer Blüte, geringerem Trockenstress.


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keine Ernteminderung auftreten; denn die Spaltöffnungen der Blätter müssen für die Aufnahme der gleichen Menge Kohlendioxid nicht so weit geöffnet werden, so dass sie dadurch etwas weniger verdunsten müssen. C4-Pflanzen

Ist eine Kulturpflanzenart den C4-Pflanzen zuzurechnen – das gilt etwa für Mais und Hirse –, ist die Reaktion auf eine Kohlendioxidzunahme weit geringer ausgeprägt. Somit sind für die Hauptgetreidearten Afrikas und vieler anderer tropischer und subtropischer Gebiete die Chancen auf Erntezuwächse viel geringer. Vor allem der Niederschlagsschwund in den meisten semi-ariden Gebieten führt daher zu verminderten Ernten. Wir sehen somit erneut einen die Nord-Süd-Differenz Pflanzentyp C4 Diese Pflanzen haben im Vergleich zu C3-Pflanzen eine schnellere Photosynthese bei höheren Temperaturen und höherer Einstrahlung, wobei ihre Kohlenstofffixierung als erstes stabiles Zwischenprodukt der Photosynthese das Oxalacetat mit 4 Kohlenstoffatomen ist Zu den C4-Pflanzen zahlen Hirse, Hais, Zuckerrohr und Chinaschilf. Sie nutzen Wasser oft mehr als doppelt so effizient wie C3-Pflanzen und wachsen bei Temperaturen zwischen 30 und 45°C am schnellsten. Wachstum bei erhöhtem C02-Gehalt: Alles bisher über C3-Pf lanzen und höheren CO2-Gehalt Gesagte gilt für C4-Pflanzen in sehr reduzierter Weise. Sie erhöhen Erträge nur schwach bei kräftig erhöhtem CO2-Gehalt. Deshalb sind die Erträge in den semi-ariden Tropen bei verschärfter Trockenheit durch die Erwärmung besonders gefährdet.

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4 verstärkenden Faktor. Im jüngsten, dem vierten bewertenden Bericht von IPCC, steht daher: »Die Ernten können in höheren Breiten bis zu einem Anstieg der lokalen Durchschnittstemperatur um bis zu 1,5 bis 3,5°C über dem vorindustriellen Wert leicht zunehmen und sinken oberhalb dieser Temperaturschwelle in einigen Regionen wieder ab.« CAM-Pflanzen Diese Pflanzengruppe (Crassulaceen Acid Metabolism – Säurestoffwechsel der Dickblattgewächse), meist Sukkulenten, aber z. B. auch viele Orchideen und Wolfsmilchgewächse, haben einen besonders an Trockenstandorte angepassten Mechanismus der Kohlendioxidfixierung, der C4-Pflanzen stark ähnelt. Ihre CO2-Aufnahme ist jedoch zeitlich getrennt von der CO2-Assimilierung in der Photosynthese. Sie fixieren C02 nachts und greifen tagsüber auf die Reserve zurück, so dass CAM-Pflanzen während der heißen Tagesstunden die Spaltöffnungen ihrer Blätter geschlossen hatten können. Sie brauchen nur ca. 50 Milliliter Wasser pro Gramm Trockengewicht statt 450 bis 950 ml/g der C3-Pflanzen. Wachstum bei erhöhtem C02-Gehalt; siehe Aussagen zu C4-Pflanzen. »In niederen Breiten führt selbst eine geringe globale Temperaturerhöhung tendenziell zu sinkenden Getreideerträgen, wobei insbesondere Dürren und Überschwemmungen die Landwirtschaft – insbesondere im Selbstversorgungssektor – gefährden.« Was gilt für naturnahe Ökosysteme auf dem Land? Zurzeit nimmt die in den terrestrischen


Ökosysteme auf dem Land

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Ökosystemen gespeicherte Kohlenstoffmenge insgesamt zu, obwohl weiterhin große Waldflächen in vielen tropischen Gebieten und in Sibirien gerodet werden. Also gibt es netto eine Aufnahme von Kohlenstoff in die Vegetation und die Böden. Wo genau diese zusätzliche Kohlenstoffsenke existiert, ist nur unzureichend bekannt, weil längerfristige Messungen der Kohlendioxidflüsse in den Ökosystemen fast völlig fehlen und nur über die schon seit 1958 existierenden Konzentrationsmessungen in der Luft in einem dünnen und noch wachsenden Messnetz die Stärke der Kohlenstoffsenke grob erschlossen werden kann. Eine der zentralen Forschungsfragen lautet deshalb: Wo genau und wie lange bei weiterer Temperaturerhöhung und zugehörigen Niederschlagsänderungen wird anthropogener Kohlenstoff von der Vegetation aufgenommen? Geht nämlich diese Zusatzspeicherung zu Ende, dann wird der Klimawandel durch zusätzliche Emissionen von Kohlendioxid aus Wäldern, Steppengebieten und Tundren noch beschleunigt. Die ersten Erdsystemmodelle, welche Konzentrationen der Spurengase Kohlendioxid und Methan bei vorgegebenen Emissionen berechnen können, deuten alle auf eine Abschwächung der zusätzlichen Aufnahme von Kohlenstoff in die Vegetation und die Böden bei stärkerer Klimaänderung hin, sie sind aber noch weit davon entfernt, den Umklapppunkt von Aufnahme zu Abgabe von Kohlenstoff zeitlich eingeengt angeben zu können. Ökosysteme im Ozean

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Was gilt für die Ökosysteme im Ozean? – Für die Pflanzen im Meer, es sind ganz überwiegend


4 Kleinalgen in der obersten von Sonnenlicht noch erreichten Ozeanschicht, gelten zunächst dieselben Wachstumsvoraussetzungen wie auf dem Land. Da jedoch Wasser immer vorhanden ist und die Temperatur nur zwischen –1,9°C (Gefrierpunkt sehr salzhaltigen Meerwassers) und etwas über 30°C schwankt, da außerdem die Chemie des Meerwassers zusätzliches, aus der Atmosphäre angebotenes Kohlendioxid um etwa den Faktor zwölf puffert, schieben sich die Faktoren Sonnenlicht, Nährstoffe und Spurenelemente oder Mikronährstoffe in den Vordergrund, wenn man über Wachstumsänderungen spricht. Für Kalkschalen bildende Algen, z. B. die Kokkolithen, kommt eine Beeinträchtigung der Schalenbildung bei höherem Kohlendioxidpartialdruck in der Atmosphäre hinzu, weil die daraus folgende Erhöhung des Säuregehaltes im Meerwasser die Schalenbildung behindern kann, wie Laborexperimente gezeigt haben. Ein zentrales Problem für die küstennahen Meeresgebiete ist die Anreicherung von normalerweise das Wachstum begrenzenden Nährstoffen wie Phosphat und Nitrat, die zu erhöhtem Algenwachstum führt. Davon betroffen ist z. B. die gesamte Ostsee. Warum sind mehr Nährstoffe ein Problem? Weil in geschichteten Gewässern wie der Ostsee Kleinalgen, die sich viel stärker vermehren, zum großen Teil – ohne vom Zooplankton gefressen zu werden – in die tieferen Schichten absinken. Dort fressen die Bakterien im Wasser und im Sediment oder andere Lebewesen am Meeresgrund die Kotpillen des Zooplanktons


Erhöhtes Algenwachstum

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oder die herunterrieselnden toten Algen, verbrauchen Sauerstoff und atmen Kohlendioxid aus. Wird der Wasserkörper nicht durchmischt, bildet sich ein sauerstoffarmer bzw. sauerstoffloser Wasserkörper, aus dem die meisten Lebewesen auswandern oder in ihm absterben müssen. Dies geschieht z. B. dauerhaft im Schwarzen Meer und immer wieder in tieferen Becken der Ostsee, inzwischen sogar in Teilen des Golfes von Mexiko vor der Küste der USA. Ob auch das Wasser in mittleren Schichten des großen Ozeanbeckens betroffen sein kann, also noch sauerstoffärmer wird, ist unklar, weil die Reaktionen der marinen Ökosysteme auf Nährstoffanreicherungen, aber besonders auf die angelaufenen Klimaänderungen, nicht ausreichend verstanden sind. Wir wissen nicht, ob der Planet bei weiter erhöhtem Treibhauseffekt im 21. Jahrhundert insgesamt wirklich grüner wird. Wir wissen nur, dass das für hohe nördliche Breiten und eventuell für die inneren Tropen sehr wahrscheinlich ist. Viele andere Regionen werden an Grün verlieren.

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4

»Der Golfstrom reißt ab« Wird Europa kälter, obwohl die Welt sich erwärmt?

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enn man die Abweichungen der Jahresmitteltemperatur der Luft vom Breitenkreismittel bei 60° nördlicher Breite aufträgt, fällt vor Norwegen eine Erhöhung von bis zu 11°C auf, aber auch noch bis über St. Petersburg hinaus nach Osten bleiben positive Abweichungen. Dieser wärmende Einfluss des Atlantischen Ozeans ist mit einer Besonderheit der ozeanischen Zirkulation verknüpft. Etwa 1015 Watt, das sind ca. hundert mal mehr als die für die gesamte Menschheit notwendige Leistung in unserem Energieversorgungssystem, werden vom Atlantik aus der südlichen Erdhälfte über den Äquator in die nördliche Erdhälfte transportiert. Der größte Teil dieses Energieflusses wird vor Europa an die Atmosphäre abgegeben, wodurch wir mit einem für unsere Breiten recht milden Klima gesegnet sind. Ein erheblicher Teil dieses Energieflusses wiederum wird im südlichen Nordatlantik durch den Golfstrom, eine kräftige westliche Randströmung vor Nordamerika, bewerkstelligt, bevor nördlich von etwa 37°N die Nordatlantische Drift, nicht mehr als kräftiger Strom, sondern als in Mäander und Wirbel mit etwa 100 km Durchmesser aufgelöste Meeresströmung, den Weitertransport von Wärme übernimmt. Also geht es nicht um den Golfstrom, sondern um die Stärke der Nordatlantischen Drift, denn der Golfstrom rezirkuliert wieder in die Karibik.


Nordatlantische Drift

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Ansüßung des Atlantikwassers

Nordatlantische Drift im 21. Jahrhundert

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Was wissen wir von der Stärke der Nordatlantischen Drift? Dass sie im Holozän, unserer geologischen Epoche seit etwa 11 000 Jahren, recht stark war; dass sie aber in der Klimageschichte öfters recht schwach ausgeprägt war und Europa dann sein mildes Vorzugsklima verlor, d. h. es wurde um bis zu 4°C kälter. Das letzte solche Ereignis trat vor etwa 12 500 Jahren auf, in der sogenannten jüngeren Dryas-Periode, als sich ein riesiger Süßwassersee vom zerfallenden nordamerikanischen Eisschild gespeist im Gebiet des heutigen St. Lorenzstroms rasch in den Atlantik entleerte und die tiefreichende Konvektion im Ozean um Grönland unterband. Denn das angesüßte Atlantikwasser war bei der winterlichen Abkühlung auf die Gefriertemperatur von Meerwasser (ca. –1,8°C) nicht mehr dichter als die darunterliegenden Wassermassen und sank daher nicht mehr tief ab. Eine kompensierende, nordwärts gerichtete Meeresströmung in Oberflächennähe war somit nicht mehr notwendig. Vor Europa wurde daher weit weniger Wärme an die Atmosphäre abgegeben, es wurde kälter, und die schon weit nordwärts gewanderten Wälder wichen für einige Jahrhunderte wieder etwas zurück. Nach ca. 1000 Jahren wurde die Nordatlantische Drift wieder rasch hergestellt. In allen bisher bekannten Ereignissen mit schwacher Nordatlantischer Drift war die Ansüßung des Atlantikwassers durch das Schmelzen von Eismassen der Auslöser. Fast alle gekoppelten Atmosphäre/Ozean/LandModelle, die für unterschiedliches Verhalten der Menschheit den erhöhten Treibhauseffekt und


4 die zugehörigen Klimaänderungen im 21. Jahrhundert hochgerechnet haben, zeigen einen geschwächten Wärmetransport nordwärts im Atlantik. Sie berechnen aber keinen Stopp der tiefreichenden Konvektion in der Grönland- oder Labradorsee, also den Stellen im Nordatlantik, wo Meerwasser sich zum letzten Mal mit der Atmosphäre austauscht, bevor es in 2 bis 4 km Tiefe auf eine mehrhundertjährige Reise südwärts bis in den Ring um die Antarktis und von dort in den Indischen und Pazifischen Ozean und später an der Oberfläche wieder zurück geht. Zum vollständigen Stopp kommt es jedoch für starke Treibhausgasemissionen in den wenigen Modellen, die bis zu Jahrtausenden in die Zukunft gerechnet haben. Wie es im Bericht der Arbeitsgruppe II des Zwischenstaatlichen Ausschusses über Klimaänderungen (IPCC) vom April 2007 heißt: Es ist sehr unwahrscheinlich, dass die tief reichende Konvektion im 21. Jahrhundert abrupt stoppt, eine Schwächung ist jedoch wahrscheinlich, die Temperaturen über dem Atlantik und in Europa werden wegen der allgemeinen raschen globalen Erwärmung trotzdem ansteigen. Diese großräumige und nachhaltige Schwächung der Umwälzung des Ozeans ändert natürlich die Produktivität der marinen Ökosysteme und damit der Fischerei, es mindert aber auch die Aufnahme des CO2 in den tieferen Ozean und wird wahrscheinlich die Sauerstoffkonzentration im Inneren des Ozeans absinken lassen. Aber auch die Landökosysteme werden sich anders entwickeln als ohne die Schwächung der Nordatlantischen Drift.


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Der physikalische Mechanismus, der zur Schwächung des nordwärtigen Wärmetransports im Atlantischen Ozean führt; ist im 21. Jahrhundert nicht so sehr das Abschmelzen des grönländischen Eisschilds, sondern die erhöhte Niederschlagsmenge in den nördlichen Nordatlantik. Gerät das Strömungssystem allerdings in die Nähe des Umkippens zur fehlenden Nordatlantischen Drift, dann sind die Schmelzwassermengen von Grönland wahrscheinlich der Auslösefaktor.

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»Die Alpen sind bald gletscherfrei« Bergregionen reagieren besonders empfindlich

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lle hohen Gebirge der Erde sind vergletschert, weil die Temperatur in der Erdatmosphäre mindestens bis 8 km Höhe, in den Tropen sogar bis 15 km im Mittel abnimmt. Der physikalische Grund dafür ist die geringe Absorption von Sonnenenergie durch die Haupt- und Nebenbestandteile der Luft, wodurch tagsüber bei Schönwetter die Heizplatte an der Erdoberfläche liegt, sofern die Sonne mindestens 10° über den Horizont steigt. Bei Anstieg um 100 Meter in der Atmosphäre sinkt die Temperatur im Mittel um etwa o,5°C, im Fall perfekter Durchmischung ohne Wolken um fast genau 1°C.

Rückzug der Im Gebirge liegt für einen Gletscher bei einer Gletscher mittleren Erwärmung von 1°C an Niederschlagstagen das Nährgebiet um 150 m höher. Weil die meisten Ostalpengletscher nur einen Höhenunterschied von einigen hundert Metern (z. B. von 2700 m bis 3300 m Höhe) aufweisen, wird sich die Gletscherzunge um »mindestens« 150 HöhenmeIn der Nährzone eines Gletschers bleibt zumindest ein Teil des ter zurückziehen. »MindesSchnees im Sommer erhalten tens« deswegen, weil die (Akkumulationsgebiet). Nährzone meist viel größer ist Als Zehrzone werden die unteren als die Zehrzone und bei 150 Gletscherregionen bezeichnet, in denen das Abschmelzen des m Anstieg der GleichgewichtsEises gegenüber dem Nachschub linie zwischen Akkumulation durch Schnee überwiegt und Ablation ein höherer Flä(Ablationsgebiet). chenanteil in die Ablations-


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zone gerät als es dem relativen Höhenanteil zwischen Zunge und Gipfel entspricht. Ein Gletscher mit Gleichgewichtslinie bei 3000 m; einer Zunge bei 2700 m an einem Gipfel mit 3300 m Höhe muss bei im Mittel 2°C Erwärmung also »sterben«; für viele tritt das noch früher ein. Die Alpen insgesamt haben seit dem Gletscherhochstand um 1850 bis heute bei ca. 1,5°C Erwärmung in den Höhenlagen bereits etwa zwei Drittel der Eismasse und etwa die Hälfte der vergletscherten Fläche verloren. Insbesondere die heißen Sommer der jüngsten Zeit haben ihnen zugesetzt, allein 2003 verloren die Gletscher in der Schweiz auf ihre gesamte Fläche umgerechnet etwas mehr als drei Meter Eis. Eine vergleichsweise sichere Aussage für das 21. Jahrhundert lautet deshalb: Fast alle Bergregionen mit Gipfeln unter 3500 m Höhe über dem Meeresspiegel werden gletscherfrei, denn dazu wären nur etwa 3°C Erwärmung (gezählt seit 1850) bei annähernd gleicher Niederschlagsmenge notwendig – und 3°C Erwärmung in den Alpen bedeutet Einhaltung des EU-Klimaschutzzieles von höchstens 2°C globaler mittlerer Erwärmung im 21. Jahrhundert. Es könnte noch viel bedrohlicher werden für die Gletscher der Alpen, aber auch weltweit, wenn eine wirksame Klimaschutzpolitik scheitert. Sogar dann würden sie auf den meisten Viertausendern der Alpen noch in Resten existieren, weil sich die Abnahme der Temperatur mit der Höhe (der vertikale Temperaturgradient) bei Klimaänderungen nur unwesentlich ändern wird und auch eine Erwärmung um z. B. 5°C die Gletscher am Mont Blanc nicht vollständig beseitigt.

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»Marschniederungen und Megastädte an den Küsten werden überschwemmt« Die kommenden Jahrzehnte entscheiden über die Existenz der Küstenstädte in Jahrhunderten

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limaänderungen sind für die Erde normal. Ihre Bahn um die Sonne ändert sich fast periodisch, Kontinente driften, Ozeanbecken schrumpfen oder wachsen, die Zusammensetzung der Atmosphäre schwankt, aber ändert sich auch systematisch, Himmelskörper können mit katastrophalen Folgen für die biologische Vielfalt einschlagen. Warum sollte man sich dann über anthropogene Klimaänderungen aufregen? Die einfache Antwort: Die Änderungsrate ist entscheidend. Während die schnellsten Änderungen sicherlich von einschlagenden Himmelskörpern stammten, sind alle anderen natürlichen globalen Klimaänderungsraten recht moderat. Nehmen wir die schnellen dieser Vorgänge, nämlich den Ausstieg aus einer intensiven Vereisung in eine Zwischeneiszeit, wie es seit einer halben Million Jahre etwa fünf Mal in jeweils ca. 10 000 Jahren eines etwa 100 000 Jahre langen Eiszeitzyklus geschah. Riesige Eisschilde schmolzen dabei ab und der mittlere globale Meeresspiegel stieg deshalb um etwa 120 m an, also im Mittel mit einer Rate von etwas mehr als einem Meter pro Jahrhundert. Die Temperaturänderung betrug dabei im globalen Mittel 4 bis 5°C, also erwärmte sich die Erdoberfläche um 4 bis 5 Hundertstel °C pro Jahrhundert, natürlich mit Schwankungen um diesen Wert.


Rolle der Änderungsrate

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Überforderung der Ökosysteme

Folgen für Küstenstädte

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Ohne Klimapolitik, d. h. bei ungehemmter weiterer Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas, würde im 21. Jahrhundert eine Erwärmung um bis zu 5°C auftreten, die Änderungsrate könnte also auf das Hundertfache der natürlichen klettern. Es ist wohl einsichtig, dass dies die Anpassungsfähigkeit fast aller Ökosysteme übersteigt, das Wirtschaften erschwert und die Nahrungsmittelproduktion in vielen Regionen reduziert. Ein Beispiel für die Beschränkung der biologischen Vielfalt bei raschen natürlichen Klimaänderungen ist die Artenarmut in europäischen Wäldern. Vor etwa 18 000 bis 21 000 Jahren bei der maximalen Ausdehnung der Eisschilde in der sogenannten Würm-Eiszeit war die nördliche Verbreitungsgrenze hochstämmigen Waldes im westlichen Europa in Südfrankreich. Schon 10 000 Jahre später lag diese Grenze im nördlichen Skandinavien. Nur einige Baumarten schaffen diese rasche Wanderung über 25 Breitengrade, wodurch es einem deutschen Erstklässler möglich ist, alle Baumarten in unseren Wäldern auswendig zu lernen. Implizit war in den vorherigen natürlichen Änderungsraten von Temperatur und Meeresspiegel noch eine Botschaft enthalten: Einmal durch Erwärmung getriggert, schmilzt ein Inlandeis, auch unterstützt durch steigende Treibhausgaskonzentrationen, langfristig ab. Auf unsere Situation übertragen heißt das: Wann wird das aus der Sicht menschlicher Zeitskalen irreversible Abschmelzen des Grönländischen Inlandeises angestoßen? Die Klimaforscher sagen: Bei einem


4 Anstieg der mittleren globalen Temperatur um 1,5°C gegenüber dem Wert vor der Industrialisierung könnte das passieren, aber bei mehr als 3,5°C ist es sehr wahrscheinlich. Da auch die Erwärmung der nächsten wenigen Jahrzehnte bereits zum größten Teil vorprogrammiert ist, egal welche Klimapolitik kommt, muss sich jeder Bürgermeister einer Küstenstadt mit Marschniederungsanteil fragen: Was muss getan werden, dass möglichst wenig des Meeresspiegelanstiegs durch das Abschmelzen Grönländischen Eises von insgesamt sieben Meter in den kommenden Jahrhunderten realisiert wird? Die Antwort lautet: Stringente, global koordinierte Minderung der Treibhausgasemissionen in der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts kann helfen, die niedrig liegenden Teile der Stadt im Jahre 2500 nicht aufgeben zu müssen. Wie fast immer ist die Bedrohung durch einen Meeresspiegelanstieg für die armen Regionen größer als für die wohlhabenden. Die Niederlande sind durch Dünen, Deiche und Schleusen mit mindestens einer Höhe von 15 m über Normalnull (NN) gegen das tausendjährige Ereignis geschützt, in Deutschland gilt 8 m über NN zum Schutz gegen das Hundertjährige, in vielen Entwicklungsländern fehlen Deiche auch für Megastädte, und sogar in den USA ist der Küstenschutz, wie in New Orleans demonstriert, jetzt schon unzureichend. Bei einem Wirbelsturm der Kategorie 3, auf den Katrina im Jahr 2005 beim Landgang vom amerikanischen Wetterdienst heruntergestuft worden war, trat die Katastrophe


Unterschiedliche Bedrohung

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ein. Die Folgen der großen Überschwemmungskatastrophen sind noch größere Armut und oft die Migration. Zunahme der Stürme

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Eine große Unbekannte für fast jede Küstenregion ist die zukünftige Entwicklung der Intensität und Häufigkeit der Stürme. Bleibt alles wie es war, sind dennoch höhere Schäden vorprogrammiert, weil das Geschehen bei erhöhtem Meeresspiegel abläuft und oft viele neue Werte in Überschwemmungsgebieten angehäuft wurden. Nimmt die Intensität der Stürme zu – dies ist für tropische Wirbelstürme z. B. im Atlantik trotz kräftiger Schwankungen von Jahrzehnt zu Jahrzehnt aus den Zeitreihen destilliert worden –, folgt eine Schadensexplosion, wie von den Rückversicherungsgesellschaften festgestellt. Außerhalb der Tropen entscheidet über Zu- oder Abnahme der Stürme zunächst die mittlere Zugbahn der Sturmtiefs. Da ein erhöhter Treibhauseffekt der Atmosphäre zu höherer Erwärmung der hohen Breiten wegen der dort schrumpfenden Schnee- und Eisbedeckung führt, wird der Temperaturunterschied zwischen Nord und Süd etwas kleiner, so dass weniger Wärme nordwärts transportiert werden muss. Dadurch lässt der Anreiz zur Bildung von Tiefdruckgebieten nach und die Tiefdruckgebiete ziehen auf etwas nördlicheren Zugbahnen. Gleichzeitig wird jedoch bei höheren Temperaturen mehr Wasserdampf und damit latente Wärme transportiert, die in Tiefdruckgebieten bei der Niederschlagsbildung freigesetzt wird und die Tiefdruckgebiete intensiviert. Welcher der beiden Prozesse insgesamt


4 überwiegt, ist noch unklar. Für den nördlichen Nordatlantik wird in den Modellen für das 21. Jahrhundert eine Intensivierung der Tiefdruckgebiete in etwa 60°N berechnet. Will man Amsterdam, Hamburg und andere Küstenstädte in Marschniederungen über Jahrhunderte blühen sehen, muss rasch aus der Nutzung fossiler Energieträger ausgestiegen werden, und zwar bevor diese zur Neige gehen.


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»Wetterextreme werden überall zunehmen« Eine der größten Bedrohungen durch den Klimawandel Seltene Ereignisse

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lima als die Synthese des Wetters muss nicht nur durch die Mittelwerte eines Wetterparameters beschrieben werden, sondern auch die bei großen Abweichungen vom Mittelwert auftretenden Wetterextreme enthalten. Da Wetterextreme seltene Ereignisse sind, ist ihre Wahrscheinlichkeit gering, aber auch sehr ungenau anzugeben. Wird außerdem nicht lange genug gemessen, z. B. nur über einen Zeitraum von 50 Jahren, dann kann man eigentlich über ein Ereignis, das nur etwa einmal pro Jahrhundert auftritt, keine nur auf Messungen gestützte Aussage machen. Da es jedoch für viele sicherheitsrelevante Bauten wie Brücken, Sperrwerke, Deiche und Wandstärken notwendig ist, dieses »Hundertjährige« zu kennen, denn meist ist es das Maß des geplanten Schutzes, werden an die gemessene Häufigkeitsverteilung mathematische Funktionen angepasst und mit ihnen bis zum mindestens hundertjährigen Ereignis extrapoliert. Ob diese Prozedur nicht allzu sehr von der Wirklichkeit abweichende Wetterextreme berechnet, kann man an Stationen mit längeren Messreihen in ähnlichem Klima überprüfen. Eine Voraussetzung für diese Berechnung von Häufigkeiten von Wetterextremen, die fast nie als eigentlich nicht erfüllt diskutiert wird, ist ein über den ganzen Messzeitraum in seiner Statistik stabiles Klima. Das war schon früher nicht gegeben und ist es heute noch viel weniger.


4 Nehmen wir an, dass sich der Mittelwert der Temperatur von 1951 bis 2000 im Vergleich zu 1901 bis 1950 erhöht hat, dann muss sich auch die Häufigkeitsverteilung, die ja die Abweichungen vom Mittelwert beschreibt, mit verschieben. Bleibt dabei die Form unverändert, so muss bei sehr hohen Temperaturen die Wahrscheinlichkeit für extreme Hitze stark zunehmen und es müssen auch ganz neue Rekorde vergegenwärtigt werden. Die sicherheitsrelevanten Infrastrukturen sind daran nicht mehr angepasst und wetterbedingte Katastrophen, z. B. ein Zugunglück wegen verbogener Gleise oder neue Hitzetodrekorde bei bisher unbekannten Hitzewellen, werden häufiger. Auf der anderen Seite der Häufigkeitsverteilung, im Falle der Temperatur bei den Kältewellen, werden bisher bekannte Extreme seltener, d.h. Temperaturen unter –30°C werden in Deutschland zur Rarität.

Zunahme der

Noch komplexer und auch bedrohlicher werden die Zusammenhänge für solche Wetterparameter, für die die Häufigkeitsverteilung nicht nur verschoben wird, sondern auch ihre Form verändert. Das gilt z. B. für den Niederschlag. Viele meteorologische Phänomene hängen von einem Naturgesetz ab, das die maximal mögliche Feuchte in Luft als Funktion der Temperatur beschreibt, die sogenannte Clausius-Clapeyronsche Gleichung. Nach diesem Naturgesetz – eine Folge des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik – steigt der Wasserdampfgehalt der Luft mit der Temperatur streng nichtlinear an. Jeder kennt seine Wirkung aus dem Alltag: Heftige bis zerstörerische Niederschläge gibt es nur bei heißem Som-

Wandel der


Hitzrekorde

Niederschläge

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merwetter. Während im Kubikmeter Luft bei 0°C nur etwa 5 Gramm Wasserdampf möglich sind, bevor der Überschuss in Wolkenwasser oder Nebel überführt wird, ist der Wert bei 10°C mit ca. 10 Gramm schon doppelt so hoch und er verdoppelt sich bis 20°C noch einmal auf ca. 20 Gramm. Wird Luft statt bei 0°C mit gleicher Geschwindigkeit bei 20°C angehoben und beim Aufstieg in die höheren kälteren Schichten der Atmosphäre abgekühlt, so fällt bei 20°C an der Wolkenunterkante im Sommer mindestens vier Mal so viel Wasser aus. Mindestens, weil bei der Kondensation von Wasser zusätzlich Wärme freigesetzt wird, die der Wolke noch höheren Auf trieb verleiht und noch mehr kondensieren lässt. Sturzflut und Dürre

Wenn sich also die oberflächennahe Luft, wie im 20. Jahrhundert, erwärmt, werden Regenereignisse heftiger. Ob dabei insgesamt mehr Wasser vom Himmel fällt, hängt von der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre ab. Bleibt die gesamte Menge z. B. über ein Jahr gleich, werden dennoch die Einzelereignisse im Mittel heftiger und die Abschnitte ohne Regen länger. Im Extremfall gilt: Mehr Sturzfluten, aber öfter Dürre. Die Beobachtungen auf vielen Kontinenten deuten in diese Richtung, auch in Deutschland. Sucht man z. B. nach den fünf Tagen mit den höchsten Niederschlägen in einem Jahr, gemittelt über 30 Jahre am Ende des 21. Jahrhunderts, und vergleicht dies mit heutigem Klima, dann sagt eines der besten Klimamodelle (siehe Abb. 4) bei fehlender Klimaschutzpolitik vorher: Fast überall

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4

wird diese jährliche Hochwasserlage intensiver und meist nimmt auch die Dürreintensität zu. Während bei Temperatur und Niederschlag bereits recht detaillierte Aussagen aus Beobachtungen und Modellen gezogen werden können, ist dies für Stürme und Hagel weniger klar. Nur folgendes ist schon mit recht hoher Wahrscheinlichkeit aus Beobachtungen und Modellrechnungen zu entnehmen: Die Stürme als Folge der Tiefdruckgebiete mittlerer Breiten haben nicht generell zugenommen, ihre Bahnen verlagern sich im Mittel nordwärts, d. h. Gebiete wie Schottland und das westliche Norwegen sind stärker betroffen. In der Deutschen Bucht ist die Heftigkeit der Stürme nach einem Maximum Anfang der


Stürme und Hagel

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Tropische Wirbelstürme

Folgen der Wetterextreme

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1990er Jahre leicht abgesunken, beharrt aber seitdem auf recht hohem Niveau. Tropische Wirbelstürme sind im Mittel heftiger und damit zerstörerischer geworden, ihre Zahl nimmt weltweit nicht generell zu, weil für ihr Entstehen neben hohen Temperaturen an der Meeresoberfläche schwache Winde bis in Höhen um 15 km und sehr niedrige Temperaturen in ca. 15 km Höhe Voraussetzung sind. Diese Parameter sind in Modellen als in Zukunft eher bremsend erkannt worden. Kurzzeitige Stürme, die von heftigen Gewittern ausgehen, sollten bei höheren Oberflächentemperaturen zunehmen, da pro Zeiteinheit mehr Wasser kondensiert und ein heftigeres eigenes Windfeld im Gewitter erzeugt wird. Die dadurch verursachten Schäden bleiben allerdings räumlich begrenzt. Zur bisherigen und zukünftigen Intensität von Hagelschlägen können keine Aussagen gemacht werden, denn die Beobachtungsbasis ist dafür unzureichend und Rechenmodellen sollte man, wenn sie nicht validiert werden konnten, kein Vertrauen schenken. Die Zunahme der Wetterextreme stellt neben dem globalen Meeresspiegelanstieg und der weiteren Austrocknung semi-arider Gebiete die größte Bedrohung durch den globalen anthropogenen Klimawandel dar. Dies gilt für alle Länder gleichermaßen, weil zur Vermeidung von Schäden landesweit wohl organisierte Pläne zur Anpassung der Infrastruktur notwendig sind. Das betrifft Bauordnungen, Versicherungen, Straßenund Brückenbau, Deiche, Überlaufbecken, Häfen – und zwar für die kommenden Jahrzehnte, un-


4 abhängig von der Klimaschutzpolitik. In vielen Ländern ist für alle diese Infrastrukturkomponenten noch kein »Klimazuschlag« in die Vorschriften eingewoben. Das ist nicht verwunderlich, weil auch die wissenschaftlichen Grundlagen zur Anpassung an veränderliche Häufigkeitsverteilungen zum Teil noch fehlen. Das hundertjährige Ereignis, gewonnen aus Messungen bis vielleicht 1970, ist nicht mehr das geeignete Maß. Wodurch soll es ersetzt werden? Mein Vorschlag lautet: Sorgfältige statistische Analyse der langen Messreihen mit dem Ziel, veränderte Häufigkeitsverteilungen als Funktion der Zeit zu gewinnen. Werden solche Veränderungen gefunden, so ist mit regionalisierten Klimamodellen für die kommenden Jahrzehnte zu extrapolieren und auf dieser Basis sind Infrastrukturänderungen vorzunehmen. In internationalen Flussgebieten ist das Konzept mit den Nachbarländern abzustimmen. Behörden, nationale Dienste und Forschungsinstitute müssen dabei stets gemeinsam agieren. Bei der Frage zu Wetterextremen als Folge des anthropogenen Klimawandels ist die Physik der beste Ratgeber. Zunächst reicht dafür die erste Abschätzung mit Naturgesetzen. Da Wetterextreme oft lokal und kurzzeitig sind, steckt auch die regionalisierte Modellierung für Extremwerte noch in den Kinderschuhen, weil die in globale Modelle eingebetteten Regionalmodelle noch immer nicht gut genug räumlich auflösen. Da neue Wetterextreme aber nur durch die Verbesserung dieser regionalen Modelle erkennbar werden, gibt es keinen anderen, eleganteren Weg.


Physik als Ratgeber

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»Klimaschutz verursacht eine wirtschaftliche Rezession« Vorsorgen ist billiger als Schäden beseitigen

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er amerikanische Präsident George W. Bush stieg wenige Wochen nach Amtsantritt im März 2001 mit dem Argument aus dem Kioto-Protokoll aus, dass dieses Protokoll die Wirtschaft der USA zu sehr belasten würde. Er reihte sich damit in die lange Reihe derer ein, die eine Anpassung an den Klimawandel als weit weniger kostenträchtig einschätzen als Maßnahmen zur Minderung der Treibhausgasemissionen. Warum ist das falsch? Geopolitische Dimension

Ökonomische Chancen

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Erstens, weil die Argumentation rein national ist. Sie verkennt die geopolitische Dimension, denn der Klimawandel verursacht erhöhte Verletzbarkeit in wenig entwickelten Regionen und provoziert dadurch ungewollte Einwanderung der wenig ausgebildeten Habenichtse in OECD-Länder. Dass Umweltveränderungen durch Klimawandel einen Anteil an der Migration haben, ist nicht mehr umstritten. Zweitens, weil die früh Startenden ihre Wirtschaft beflügeln und nicht schädigen. Bestes Beispiel ist der Kauf von Windenergieanlagen durch die Amerikaner in Deutschland, wo seit 1991 zunächst das Einspeisegesetz und seit 1999 das bereits erneut novellierte Erneuerbare-EnergienGesetz (EEG) galten. Bei zwei erneuerbaren Energieträgern, dem Wind und der Sonnenener-


4 gie, haben diese Gesetze Deutschland zum Weltmarktführer gemacht und bald könnte das auch für die Biomasse gelten. Hunderttausende von Arbeitsplätzen haben die neuen erneuerbaren Energien geschaffen. Drittens, weil es die wahren Kosten für fossile Energieträger verschleiert. Die Dimension dieser Kosten machen zwei Zahlen deutlich: Nach Berechnungen des Umweltbundesamtes müsste eine Kilowattstunde (kWh) Strom aus Kohlekraftwerken in Deutschland bei Integration der Umweltkosten, die wir alle über erhöhte Gesundheitskosten, Reparatur von Denkmälern, Schäden durch Wetterextreme etc. mittragen, mit sieben Eurocent belastet werden. Dagegen zahlen wir Stromverbraucher zur Zeit nur etwa 0,5 Eurocent pro kWh mehr wegen des EEG. Gerechte Kosten für fossile Energieträger würde weltweit Abschied von ca. 300 Milliarden Euro pro Jahr Subventionen für fossile Energieträger bedeuten. Vielen Angestellten ist in Deutschland unbekannt, dass die Ökosteuer, die über 16 Milliarden Euro einspielt, ihnen zur Reduktion der Einzahlung in die Rentenkassen um 1,7 Prozent ihres Gehaltes verhilft, sie also die Profiteure der Ökosteuer sind.

Verschleierung

Viertens, weil viele Rechnungen mit wirtschaftswissenschaftlichen Modellen zeigen, dass in allen Ländern die Kosten für Emissionsminderung unter einem Prozent des Bruttosozialproduktes (BSP) bleiben, während die Anpassungskosten bei fehlender Minderung der Emissionen sicher

Nachfolgende


der Kosten

Generationen

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einige Prozent, in Extremfällen sogar über zehn Prozent, des BSP ausmachen können, wie der frühere Chef Ökonom der Weltbank, Sir Nicholas Stern, in einem Bericht an die britische Regierung feststellte. Dennoch wird in den kommenden Jahrzehnten die dann aktive Bevölkerung beides schultern müssen, die Anpassung an das Unvermeidbare und die Vermeidung des nicht Tolerierbaren. Warum ist diese Fehleinschätzung à la Bush so weit verbreitet? Weil kurzfristige Gewinnerwartungen beim Verkauf von Produkten aus abgeschriebenen Anlagen locken und dabei die Vorbereitung eines Landes auf zukünftige neuere Produkte zum Teil vernachlässigt wird. Diese Einstellung ist in der Wirtschaft bei alten Industrien besonders ausgeprägt. Sie sollte von den Wählern durchschaut werden. Die richtige Maßzahl für eine Entwicklung des Landes ist der Anteil für Forschung und Entwicklung am BSP, der für die USA angemessen hoch ist, so dass die Ära Bush wohl eine vorübergehende Delle bleiben wird.

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Wie weiter angesichts des Klimawandels? »Das Kioto-Protokoll knebelt die Wirtschaft«

Chancen und Probleme einer internationalen Klimapolitik

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eit dem Ausstieg des amerikanischen Präsidenten George W. Bush aus dem Kioto-Protokoll steht der bis 2006 weltweit größte Emittent von Kohlendioxid abseits und tut so, als ob eines der größten Probleme der Menschheit die bislang wirtschaftlich innovativste Nation nichts angehe. Ja, sogar die Basis aus der Klimaforschung, zu einem wesentlichen Teil von amerikanischen Wissenschaftlern erarbeitet, wurde angezweifelt und die eigene Akademie der Wissenschaften sollte die Äußerungen von IPCC selbst noch einmal bewerten. Sie hat den IPCC-Bericht als Stand des Wissens bezeichnet. Aber auch nach dieser Ohrfeige blieb die Regierung der USA bis heute im Wesentlichen unbeeindruckt. Das Verhalten der USA seit 2001 ist umso erstaunlicher, als es deren Vizepräsident Al Gore 1997 in Kioto war, der am Beginn der zweiten

WIE WEITER ANGESICHTS DES KLIMAWANDELS?

Wie kam es zum Kioto-Protokoll?

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Verhandlungswoche mit dem Satz: »I have told my delegation to be more flexible«, die festgefahrenen Verhandlungen wieder vorangehen ließ. Als Ende Oktober 1990 bei der 2. Weltklimakonferenz in Genf der erste bewertende Bericht des IPCC vorgestellt wurde, forderte die anschließende Ministerkonferenz eine Konvention der Vereinten Nationen über Klimaänderungen, die bis zum Erdgipfel in Rio de Janeiro im Juni 1992 zeichnungsreif sein sollte. Sie ist dort unter dem Namen »United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC)« von 153 Ländern und der Europäischen Gemeinschaft gezeichnet worden. Sie wurde rasch bis Dezember 1993 von mindestens 50 Ländern ratifiziert, so dass sie bereits am 21. März 1994 völkerrechtlich verbindlich wurde. Bei der ersten Vertragsstaatenkonferenz Ende März/Anfang April 1995 in Berlin gelang es unter Leitung von Umweltministerin Angela Merkel, das Berliner Mandat zu erreichen. Es forderte bis zur dritten Vertragsstaatenkonferenz ein Protokoll zur Konvention, weil klar war, dass das in der Konvention fast versteckte Ziel für die Industrieländer, im Jahre 2000 nicht mehr Treibhausgase zu emittieren als 1990, völlig unzureichend war. Die dritte der jährlich stattfindenden Vertragsstaatenkonferenzen in Kioto hatte also einen klaren Auftrag. Sie erfüllte ihn und schaffte das Kioto-Protokoll am letzten offiziellen Tag, dem 10. Dezember 1997. Was steht im Kioto-Protokoll?

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Das Kioto-Protokoll erkennt die besondere Verantwortung der Industrieländer an, in dem es nur von ihnen Reduktionen der Emission für


5 eine Gruppe von Treibhausgasen fordert, die in der Summe bis zum Zeitintervall 2008–2012, bezogen auf die Emissionen im Jahre 1990, etwa 5,2 Prozent ausmachen sollen. Damit negiert es die frühere Emissionsgeschichte eines Landes, erkennt aber an, dass zunächst die größten Emittenten gefordert sind. Die Gruppe der Treibhausgase ist nach folgenden Kriterien gewählt: Erstens: langlebig, damit global verteilt und ohne Bedeutung des Emissionsortes. Zweitens: schon für den zusätzlichen Treibhauseffekt bedeutend. Die Reihung der anthropogenen Treibhausgase nach Bedeutung bei Abschluss des Protokolls war: Kohlendioxid, Methan, halogenierte Kohlenwasserstoffe (über die im Montrealer Protokoll behandelten hinaus), Lachgas. Sie gilt auch jetzt,

Das Ziel der Rahmenkonvention der Vereinten Nationen über Klimaänderungen: »Das Endziel dieses Übereinkommens und alter damit zusammenhingenden Rechtsinstrumente, welche die Konferenz der Vertragsstaaten beschließt, ist es, in Übereinstimmung mit den einschlägigen Bestimmungen des Übereinkommens die Stabilisierung der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre auf einem Niveau zu erreichen, auf dem eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems verhindert wird. Ein solches Niveau sollte innerhalb eines Zeitraums erreicht werden, der ausreicht, damit sich die Ökosysteme auf natürliche Weise den Klimaänderungen anpassen können, die Nahrungsmittelerzeugung nicht bedroht wird und die wirtschaftliche Entwicklung auf nachhaltige Weise fortgeführt werden kann.«


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zehn Jahre danach, noch. Drittens: Erfassung der verschiedenen wirtschaftlichen Sektoren einschließlich Landwirtschaft. Zur Zeit sind nur 41 Länder zu Minderungen oder Maßnahmen verpflichtet. Der OECD neu angehörende Länder wie Südkorea und Mexiko gehören nicht dazu, wohl aber viele ehemalige Republiken der Sowjetunion. Kann das KiotoProtokoll erfüllt werden?

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Als die über 150 anwesenden Nationen am 10. Dezember 1997 im Kongresszentrum von Kioto das erste als völkerrechtlich verbindlich gedachte Protokoll zur Rahmenkonvention der Vereinten Nationen über Klimaänderungen abnickten (es war schon später Vormittag am 11. Dezember 1997), stand in ihm für die Europäische Union der höchste Reduktionsbetrag für Treibhausgasemissionen, nämlich 8 Prozent. Da die Lebensbedingungen für einzelne europäische Länder sehr unterschiedlich sind, wurden diese -8 Prozent von +25 bis -28 Prozent je nach Möglichkeit gespreizt. Zwei der großen EU-Mitgliedsländer, Großbritannien und Deutschland, haben mit -12,5 bzw. -21 Prozent die Hauptlast der Emissionsminderung übernommen, weil in Großbritannien nach dem Ende des Kohlebergbaus stärker auf Erdgas und auch Erdöl gesetzt wurde und weil der Bundesrepublik 1990 der Weltmeister der CO2-Emissionen pro Kopf, die DDR, beigetreten war, worauf die Braunkohleverbrennung stark zurückging. Beide Nationen werden dieses Minderungsziel wohl einhalten. Trotzdem wird weiterhin von der Nichterfüllung des


5 Kioto-Protokolls gesprochen. Dies geschieht weithin wegen der Unkenntnis der wirklichen Zahlen, wegen der starken Zuwächse der Emissionen seit 1990 in einzelnen Ländern und wegen der Unkenntnis der sogenannten Kioto-Mechanismen. Ganz wesentlich sind vier neue rechtliche Instrumente, die zum Erreichen des Zieles eingesetzt werden können: ■ Emissionshandel ■ Gemeinsame Umsetzung ■ »Clean Development Mechanism« ■ Anrechnung von Kohlenstoffsenken Der Emissionshandel als marktwirtschaftliches Instrument soll den Platz finden helfen, wo Minderungen der Emissionen am einfachsten, d. h. am billigsten sind. Der für eine Tonne Kohlendioxid oder die äquivalente Tonne eines anderen Gases zu entrichtende Preis hängt von den Ländern, die ratifiziert haben, und den Minderungszielen sowie dem technologischen Fortschritt ab. Was wirklich zu entrichten sein wird, wenn Land A nicht ausreichend gemindert hat und so bei Land B mit Übererfüllung Zertifikate kaufen muss, steht noch in den Sternen. Nach dem Zerfall der Sowjetunion gibt es zur Zeit einige Nationen, die eine starke Minderung der Emissionen aufweisen; denn das sozialistische Wirtschaftssystem, das verschwenderisch mit fossilen Brennstoffen umging und doch keinen höheren Lebensstandard erreichte, gibt es nicht mehr. Weil die mittlere Konzentration der Kioto-Treibhausgase vom Emissionsort fast un-


Emissionshandel

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abhängig ist, stellt dies auch naturwissenschaftlich gesehen eine gute Lösung dar.

Ein Beispiel: Österreich erfüllt seine Verpflichtungen sehr wahrscheinlich nicht. Es kauft Emissionsrechte bei anderen kleinen europäischen Ländern, die wegen des Zusammenbruchs des früheren Ostblocks Teile ihrer Industrie verloren haben und zum Teil auf westliche Standardverschwendung von Energieträgern übergegangen sind. Die baltischen Staaten könnten so zu einem Zusatzeinkommen durch CO2-Emissionshandel kommen.

Gemeinsame Umsetzung

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Gemeinsame Umsetzung (JI = Joint Implementation) zwischen Industrieländern – in der Sprache von UNFCCC Annex I-Länder, in der Sprache des Kioto-Protokolls Annex B-Länder – erlaubt z. B. die Anrechnung eines Teils der Emissionsminderung bei der Installation einer neueren effizienteren Technik an Stelle einer Altanlage in Land A für das Land B. Ein Beispiel soll dies klarer machen: Wird in Tschechien ein neues Braunkohlekraftwerk höherer Effizienz gebaut und ersetzt es ein altes ineffizienteres, so darf die so entstehende Minderung im Lieferland der neuen Technik, z. B. Deutschland, unter bestimmten Hilfestellungen zum Teil angerechnet werden. Beide Länder teilen sich die Minderung. Wegen der starken Emissionsminderungen in ehemaligen Ostblockländern ist die gemeinsame Umsetzung dort dann attraktiv, wenn der Preis für eine vermiedene Tonne Kohlendioxid hoch ist.


5 Ist Land A ein Entwicklungsland, wozu per definitionem alle Nicht-Annex-I-Länder gehören, dann kann ein Industrieland B Minderungsziele über den sogenannten »Clean DevelopmentMechanismus (CDM)« erreichen. Bedingung ist, dass das Industrieland B dem Entwicklungsland A neue, effiziente Technologie günstiger anbietet als bei einem Geschäft außerhalb des Kioto-Protokolls. Je nach Unterstützung kann dann das Minderungsziel des Industrielandes B teilerfüllt werden. Seit das Kioto-Protokoll am 16. Februar 2005 bei Ratifizierung durch die Russische Föderation völkerrechtlich verbindlich geworden ist, hat die Zahl der CDM-Projekte rasch zugenommen. Ein Beispiel: Die Niederlande errichten in China in der autonomen Provinz Innere Mongolei einen großen Windenergiepark, dessen CO2-Emissionsreduktion den Niederlanden nach festen Regeln teilweise gutgeschrieben wird. Es ist sehr schwierig, die Reduktionen für das Industrieland auszurechnen, wenn im Entwicklungsland eine »Dreckschleuder« durch einen normalen »Schmutzfinken« aus einem OECDLand ersetzt wird oder erneuerbare Energieträger, z. B. Wind oder Sonne, genutzt werden.

Clean

Sehr umstritten war und ist ein weiteres KiotoInstrument, nämlich die Anrechnung von Kohlenstoffsenken durch Aufforstung und Wiederaufforstung als eine für Jahrzehnte kohlenstoffbindende Maßnahme. Umstritten, weil es nur wenig Wissen über die pro Fläche und Zeit gebundene Menge für verschiedene Biome gibt und eine Überwachung sehr schwierig ist. Zu-

Wiederaufforstung


DevelopmentMechanismus

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5

dem sollte ein Land auch Information über die gerodeten Flächen liefern, wobei hier ähnliche Probleme auftreten wie bei einer Überwachung der Aufforstung. Dass Wälder ein ganz wesentlicher Kohlenstoffspeicher sind, ist unumstritten. Jedoch gilt auch, dass gegenwärtig naturnahe Wälder vor allem Biom: Großlebensraum in hohen nördlichen Breiten ihre der Erde mit mehr oder Speicherfähigkeit für Kohlenweniger einheitlichen stoff wegen des »ÜberangeboKlimabedingungen, tes« an Kohlendioxid aus der Luft Pflanzentypen, Vegetaerhöhen. Damit ist der Erhalt betionsformen und charakstehender Wälder nicht nur als teristischen Tierformen Hort der biologischen Vielfalt,


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sondern auch als Speicher für anthropogenen Kohlenstoff sehr wichtig. Deshalb hat der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen vor der 9. Vertragsstaatenkonferenz zur UNFCCC in Mailand im Dezember 2003 auch empfohlen, ein Protokoll zum Erhalt der großen Waldgebiete als Kohlenstoffspeicher anzustreben, statt das Kleinklein bei der Überwachung der Aufforstung zu verfeinern. Das +2°C-Ziel der EU

Als der Europäische Rat am 9. März 2007 seine Klimaschutzziele für die Zeit bis 2020 festlegte, also für das Nachfolgeprotokoll zu Kioto, nannte er 20 bzw. 30 Prozent Minderung der Emissionen gegenüber denen von 1990. 30 Prozent nur dann, wenn andere Industrieländer mitziehen. Wortwörtlich heißt es: »Der Europäische Rat billigt das EU-Ziel, den Ausstoß an Treibhausgasen bis zum Jahre 2020 gegenüber 1990 um 30 Prozent zu reduzieren und auf diese Weise zu einer globalen und umfassenden Vereinbarung für die Periode nach 2012 beizutragen«. Die danach im selben Satz formulierte Bedingung lautet: »sofern sich andere Industrieländer zu vergleichbaren Emissionsreduzierungen und die wirtschaftlich weiter fortgeschrittenen Entwicklungsländer zu einem ihren Verantwortlichkeiten und jeweiligen Fähigkeiten angemessenen Beitrag verpflichten.« Damit hat die EU indirekt ihr +2°C-Ziel mit hoher Wahrscheinlichkeit aufgegeben. Warum? Weil die westlichen Industrieländer für die Kioto-Peri-

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5 ode 2008–2012 etwa bei 10 Prozent Emissionszunahme landen werden, die Gegner oder »Versager« USA, Japan und Kanada jedoch bei +30 Prozent. Die Bedingung der EU ist somit für die USA schon jetzt illusorisch zu nennen, denn auch wenn statt -30 Prozent für die USA nur –20 Prozent gälte, müsste diese bis 2020 eine Minderung um etwa 50 Prozent vorzeigen. Die EU dagegen könnte bei 15 bis 20 Prozent Minderung bleiben, weil sie durch ihre Erweiterung für die Kioto-Periode mindestens –10 Prozent vorweisen wird. Sie hat ehemalige Ostblockländer aufgenommen, die durch Teilzusammenbruch ihrer Wirtschaft und Umstellung auf den sparsameren westlichen, aber immer noch verschwenderischen Umgang mit fossilen Brennstoffen der EU helfen, das Kioto-Protokoll mehr als nur mit –8 Prozent zu erfüllen. Der zweite Teil der EU-Bedingung betrifft die sogenannten Schwellenländer, also vor allem China, Indien, Brasilien, Mexiko, Indonesien und Südafrika, somit etwa die Hälfte der Weltbevölkerung. Kurioserweise zählen im Kioto-Protokoll die Länder Mexiko und Südkorea, jetzt sogar OECD-Mitglieder, und Taiwan als Entwicklungsländer, d. h. sie sind bisher ohne jede Verpflichtung zur Minderung der Treibhausgasemissionen geblieben. Bei den Verhandlungen zu einem Nachfolgeprotokoll wird es bis Ende 2009 einer besonders geschickten Verhandlungsführung bedürfen, um z. B. eine Teilentkoppelung zwischen Energieeinsatz und Wirtschaftswachstum für Schwellenländer zu erreichen. Es mag helfen,


Schwellenländer

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dass mit Brasilien und Indonesien die zwei größten Tropenwaldländer in obiger Liste enthalten sind, weil allein mit dem Stopp der Waldzerstörung in diesen beiden Ländern Emissionen von der Größenordnung der EU-Staaten zusammen vermieden werden könnten und die Abholzungsrate inzwischen vom Weltraum aus zuverlässig überwacht werden kann. Die EU hat sich mit der Bedingung im Ratsbeschluss vom 9. März 2007 vom Ziel, maximal +2°C mittlere globale Erwärmung bis 2100 zuzulassen entfernt, obwohl die Wissenschaftler im IPCC-Bericht der Arbeitsgruppe I vom 5. Februar 2007 erklärten, dass die wahrscheinlichste mittlere Erwärmung bei Verdoppelung des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre bei +3°C liegt und damit das EU-Ziel etwas schwieriger zu erreichen sein wird als bei seiner Festlegung angenommen werden konnte. Schon 450 ppm CO2 in der Atmosphäre könnten das +2°C-Ziel nicht mehr einhalten lassen und der Ausstieg aus den fossilen Brennstoffen für die Industrieländer bis 2050 ist bei nur –20 Prozent im Jahre 2020 wohl als unerreichbar zu bezeichnen.

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5

»Die Klimapolitik richtet sich gegen die Entwicklungsländer« Möglichkeit zur Stimulation der Entwicklung

A

ls im Vorfeld des Erdgipfels von 1992 in Rio de Janeiro der Titel dieser Konferenz diskutiert wurde, ging es auch um die Reihung der Worte Umwelt und Entwicklung. Der offizielle Titel UNCED (United Nations Conference on Environment and Development) zeigt, dass sich die Industrienationen durchgesetzt haben. Warum waren Entwicklungsländer für die Reihung Entwicklung und Umwelt? Weil sie befürchteten, dass aus Umweltschutzgründen ihre Entwicklung behindert werden solle und die Industrienationen dies in ihrer versteckten Tagesordnung nur nicht zugäben. Sie wurden geleitet von der damals auch in den meisten Industriebetrieben bei uns noch vorherrschenden Meinung, dass Umweltschutz die wirtschaftliche Entwicklung behindert. Inzwischen ist klar geworden, dass z. B. weder der geregelte Katalysator für Otto-Motoren in der EU noch die Großfeuerungsanlagenverordnung in Deutschland die Wirtschaft behindert haben; sie haben sie sogar beflügelt, weil damit neue Technologien auch zu Exportschlagern geworden sind.

Entwicklung oder Umweltschutz?

Weil inzwischen auch bekannt ist, dass die Ungerechtigkeit bei der Ressourcenverteilung zwischen Industrie- und Entwicklungsländern durch den Klimawandel vergrößert wird, da die Verur-


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sacher weniger unter ihm leiden als die armen Länder, fordern die Entwicklungsländer jetzt verstärkten Klimaschutz von Industrieländern. Das Nachfolgeprotokoll zum Kioto-Protokoll wird dies durch massive Steigerung der Emissionsreduktionen berücksichtigen müssen; und jedes Entgegenkommen der Entwicklungsländer bei dem Klimaschutz wird rascheren Technologietransfer zu ihnen, Finanzierung von Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel, Kompensation für den Erhalt tropischer Regenwälder und günstigere Bedingungen bei der Teilung von Emissionsminderungen in gemeinsamen Projekten enthalten müssen. Die Entwicklungsländer haben durch unser Zögern eine stärkere Verhandlungsposition gewonnen. Machtverschiebungen

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Die Erhöhung des Anteils an erneuerbaren Energien in nationalen und internationalen Energieversorgungssystemen trägt als einen weiteren Effekt eine Machtverschiebung in sich: Jedes Land wird unabhängiger von Energieimporten und die gegenwärtigen Habenichtse besitzen mehr von dem zentralen Energierohstoff, dem Energiefluss der Sonne an der Oberfläche. Wann werden es alle Entwicklungsländer gemerkt haben, dass die Klimaschutzbremser aus den OPEC-Ländern (sie zählen offiziell zu den Entwicklungsländern) ihre Interessen gar nicht vertreten? Es ist längst Zeit, die Einteilung in Ländergruppen zu ändern und die stark emittierenden der OPEC-Länder, aber auch die großen Exporteure, z. B. Norwegen, an ihre Verantwortung für den Klimawandel zu erinnern.


5 Der Klimawandel belastet vor allem die besonders armen Entwicklungsländer. Ihre starke Abhängigkeit von Ölimporten und Ölpreisen wird durch Klimapolitik aber nur dann gemildert, wenn sie zusammen mit Industrienationen auf erneuerbare Energien setzen, diese gemeinsam ausbauen, mit der Devise »eine Steckdose für jeden Bewohner« ihre Entwicklung auch wirklich vorantreiben und der Anpassung der sicherheitsrelevanten Infrastruktur (Deiche, Brücken etc.) Vorfahrt vor Prestigeprojekten geben. Klimapolitik kann zum Stimulator der Entwicklung in Entwicklungsländern werden.


Stimulation der Entwicklung

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»Wenn China und Indien weiter so wachsen, ist Klimawandel unvermeidbar« Für die kommenden Jahrzehnte ist der Klimawandel durch die Industrieländer vorprogrammiert Was zählt: Emission pro Kopf und Jahr

Entwicklung als akzeptiertes Ziel

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B

ei der Diskussion nach jedem meiner Vorträge auch vor Wissenschaftlern kommt unweigerlich die Behauptung über die Bedeutungslosigkeit von Emissionsminderungen in Europa angesichts des Wirtschaftswachstums in China und Indien. Dies beantworte ich meist in folgender Reihung: Was wirklich zählt ist die Emission pro Kopf und Jahr. Gegenwärtiger Stand ist: Ein Amerikaner emittiert etwa doppelt so viel Kohlendioxid wie ein Europäer, etwa vier Mal so viel wie ein Chinese und etwa acht Mal so viel wie ein Inder. Meine Gegenfrage: Wer sollte dann seine Emissionen als erster mindern? Die Amerikaner und auch die Europäer. Entwicklung der Entwicklungsländer zu Schwellenländern und weiter zu Industrieländern ist das allgemein akzeptierte Ziel. Dazu ist unweigerlich mehr Energie pro Zeiteinheit für jeden Menschen bei einem höheren Lebensstandard notwendig, weil der Kühlschrank auf Dauer nicht mit dem Fahrraddynamo betrieben werden kann. Also wird der Energieeinsatz der Menschheit auch bei verstärkter Effizienz der Energienutzung zunehmen. Die zentrale Frage lautet daher: Mit welchen Energieträgern wird der Energiebedarf in Zukunft gedeckt?


5 Innovationen kommen aus den hoch entwickelten Ländern und dort aus Forschungsinstitutionen. Die Techniken zur Emissionsminderung und zur Nutzung erneuerbarer Energieträger zu entwickeln, ist eine der vornehmsten Aufgaben hoch entwickelter Länder. In anderen Worten: Neue, effizientere Solarzellen, solar-thermische Kraftwerke und noch bessere Windenergieanlagen im Megawattbereich entstehen bei uns und noch nicht in China oder Indien. Die neuen Techniken sind die Voraussetzung für eine Energiewende zur Nachhaltigkeit. Aber auch die Forschung zur effizienteren Nutzung von Energie z. B. in Flugzeugen, Automobilen, Kohle- und Gaskraftwerken gehört dazu.

Innovation

Wenn der Zuwachs des Kohlendioxids in der Atmosphäre seit Beginn der Industrialisierung den Verursachern zugeordnet wird, ragen die Industrieländer, gemessen an ihrem heutigen Emissionsanteil von immer noch etwa zwei Drittel, überproportional hervor. Die angelaufenen Klimaänderungen sind demnach zu etwa vier Fünfteln uns zuzuschreiben. Deshalb sind im Kioto-Protokoll nur die Industrieländer zu Emissionsminderungen verpflichtet. Bedenkt man weiterhin, dass die dem heutigen erhöhten Treibhauseffekt zuzuschreibende Erwärmung erst um Jahrzehnte verzögert zu etwa 90 Prozent erreicht wird, ist es keine Übertreibung zu sagen: Der Klimawandel ist auch noch in Jahrzehnten wesentlich von den heutigen Industrieländern geprägt. Die volle Anpassung an den erhöhten Treibhauseffekt der Atmosphäre ist erst nach Jahrhunder-

Produkt der


aus hoch entwickelten Ländern

Industrieländer

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ten erreicht, wenn der Ozean und die Eisgebiete haben reagieren können. Im Verhandlungsprozess um ein Nachfolgeprotokoll zum Kioto-Protokoll ist also weiterhin die Gruppe der Industrieländer zu weiteren Minderungen vorbestimmt. Denn nur dann lassen sich Schwellenländern erste Verpflichtungen abringen, die jedoch ihre weitere Entwicklung nicht erkennbar behindern dürfen und deren moderate finanzielle Belastungen zum Teil von den Industrienationen getragen werden müssen. Darüber hinaus werden die Kosten der Anpassung an den Klimawandel in Entwicklungsländern aus dem schon existierenden Anpassungsfonds wesentlich zu tragen sein.

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5

»Bewusstes Eingreifen in das Klimasystem könnte eine Lösung sein« Geo-engineering – Manipulation bei Halbwissen

B

is zur zweiten Weltklimakonferenz im Oktober 1990 konnten Regierungen noch sagen, sie hätten nicht gewusst, dass die Menschheit demnächst ein Faktor für das globale Klima sein wird. Jetzt, nach dem vierten bewertenden Bericht des IPCC, ist ein Negieren der angelaufenen anthropogenen Klimaänderungen lächerlich. Deshalb gibt es immer mehr Vorschläge für das bewusste Eingreifen in das Klimasystem zur Dämpfung der Klimaänderungsrate, im Englischen Geo-engineering genannt. Kurios an der Debatte über das Geo-engineering ist, dass sie geführt wird, bevor auch ökonomische CO2-Reduktionen wesentlich vorangetrieben werden, z. B. bei der energetischen Sanierung von Gebäuden und der Nutzung von Energiesparlampen.

Bewusstes Eingreifen

Ein Beispiel für Geo-engineering: Das CO2 aus dem Kohlekraftwerk an der Küste wird über eine Rohrleitung im tieferen Ozean verklappt, wo es längere Zeit bleibt, well dieses Tiefenwasser oft erst nach Jahrhunderten wieder Kontakt mit der Oberfläche bekommt und 85 Prozent bei Gleichgewicht zwischen dem CO2 im Ozean und dem in der Atmosphäre im Ozean bleiben.


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Gefahren

Wie wir Menschen uns irren können, wird auch im Umweltbereich immer wieder vorgeführt. Aus den ungiftigen, leicht verflüssigbaren und vielfältig einsetzbaren Fluorchlorkohlenwasserstoffen wurden die gefährlichen, Ozon zerstörenden, Hautkrebs verursachenden Umweltchemikalien, die verboten werden mussten. Aus dem Malaria zurückdrängenden DDT wurde die den Seeadler und andere Arten an der Spitze der Nahrungskette auf die Roten Listen drängende, persistente, umweltverschmutzende und giftige Chemikalie, die noch immer, in den Fettgeweben der Lebewesen des hohen Nordens stark angereichert, schädigt. Angesichts dieser noch viel längeren Liste spät erkannter Schädiger der Lebewesen mutet es mich gefährlich an, viele der diskutierten Geo-engineering-Techniken näher zu betrachten.

Düngung des

Nehmen wir als ein häufiger diskutiertes Beispiel die Düngung des südlichen Ozeans mit Eisenverbindungen, die das Wachstum der kleinen, schwebenden Meeresalgen, des Phytoplanktons, anregen sollen, um rascher anthropogenes CO2 aus der Atmosphäre zu holen und Teile der abgestorbenen kohlenstoffhaltigen Biomasse mit den Kotpillen des Zooplanktons in die Tiefsee zu befördern. Dadurch soll der CO2-Gehalt der Atmosphäre langsamer steigen. Nehmen wir an, die überschüssigen Stickstoffverbindungen vor der Eisendüngung wurden nach der Düngung reduziert, wo wäre dadurch in Gebieten ohne Eisenmangel das Phytoplanktonwachstum vermindert und folglich die Fischpopulation ausgedünnt?

südlichen Ozeans

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5 Wie kann man es wagen, in Regionen einzugreifen, wo in der Nähe kaum Verursacher aber Betroffene des Klimawandels leben? Als der Nobelpreisträger für Chemie aus dem Jahre 1995; Paul Crutzen, vor kurzem angesichts der Dramatik des Klimawandels im 21. Jahrhundert für einen möglichen Ausweg vorschlug, über eine künstliche Aerosolschicht aus Schwefelsäuretröpfchen in der Stratosphäre nachzudenken, um kühlend wie ein starker explosiver Vulkanausbruch einzugreifen, schlug ihm in Teilen Hass entgegen. Da es keine Denkverbote geben sollte, habe ich ihm – von ihm befragt – geraten, dieses Thema auch öffentlich zu diskutieren. Mehr Forschung auf diesem Sektor wird wohl klarstellen, dass rechtliche Bedenken und exorbitant hohe Kosten Minderungen der CO2-Emissionen zum »billigen Jakob« machen.

Künstliche

Es gibt jedoch auch Vorschläge, die weit weniger internationale Verwicklungen provozieren können, die jedoch alle noch im Forschungsstadium sind und deren technische Machbarkeit noch nicht gesichert ist. Dazu gehört die Kohlendioxidabscheidung aus stationären Quellen und die langfristige Einbringung in frühere Öl- und Gaslager oder sehr tief liegende salzhaltige Grundwasserleiter. Letzteres wird in der zentralen Nordsee von der norwegischen Firma Statoil in einem großen Pilotprojekt mit Forschungsbegleitung versucht. Das Überleben einer solchen Technik, sollte sie sich als machbar herausstellen, hängt jedoch entscheidend von der Internalisie-

Kohlen-


Aerosolschicht

dioxidlagerung

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rung externer Kosten ab. Gelingt diese Internalisierung rascher, werden erneuerbare Energietechniken billiger sein und fossile Brennstoffe werden durch sie ersetzt. Die Ablehnung von Geo-engineering fällt besonders schwer, wenn Kohlendioxid aus einer Biogasanlage mit Kraftwärmekopplung abgeschieden und tief in der Erde in einem geeigneten früheren Erdgas- oder Erdöllager eingepresst werden soll. Denn das wäre eine Methode zur aktiven Minderung der anthropogenen CO2-Last in der Atmosphäre, wohl ohne jede internationale Verwicklung, weil in der UN-Rahmenkonvention zu Klimaänderungen als hehres Ziel die Stabilisierung der Treibhausgaskonzentration definiert ist und diese jede effektive Methode willkommen heißt.

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5

»Erneuerbare Energien können die Energieversorgung nie garantieren!« Die Physik gibt der Sonne die Vorfahrt

B

ei der Debatte um die zukünftige Energieversorgung für die Menschheit werden wie bei allen Umbruchsituationen auch viele »Latrinenparolen« verbreitet. Als die Bürgerinitiative für den Kauf des elektrischen Versorgungsnetzes in der Kleinstadt Schönau im Schwarzwald nach einem gewonnenen Volksentscheid sich anschickte, die Elektrizitätswerke Schönau zu gründen und das Netz trotz überhöhter – und später gerichtlich reduzierter – Forderungen zu kaufen, sollten nach Aussage des damaligen Versorgers, den »Kraftübertragungswerken Rheinfelden« in Schönau die Lichter ausgehen. Jetzt, zehn Jahre nach der Übernahme des Netzes, versorgt das Elektrizitätswerk in Schönau über 50 000 Kunden bundesweit mit Strom, der sicher ohne Kernkraftwerke und – wenn überhaupt fossil – nur mit Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt wird. Die Sicherheit der Versorgung ist gewährleistet und auch Großkunden beziehen Strom. Zudem sind etwa 1000 neue erneuerbare Stromproduzenten aus dem zusätzlich erhobenen überwiegend freiwilligen Solarcent mitfinanziert worden und speisen meist schon ins Netz. Ursula Sladek, die »Chefin«, sagte mir auf Anfrage, dass weitere 100 000 Kunden hinzukommen könnten, ohne einen Versorgungsengpass zu provozieren.


Grundlose Widerstände – überzogene Hoffnungen

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Auf der anderen Seite überziehen auch die »Freaks« für die erneuerbaren Energien die maximal möglichen Potentiale stark und negieren dabei physikalische Gesetze. Die Leistung, d. h. die Energie, die pro Zeiteinheit für unsere Zivilisation in Deutschland bereitgestellt werden muss, beträgt umgerechnet ca. 1,5 Watt pro Quadratmeter (Wm2). Ich möchte im Folgenden diese Energieflussdichte (Leistung pro Fläche) mit den Angeboten der erneuerbaren Energieträger vergleichen und ich beginne dabei mit den kleinen, wobei ich allerdings die Nutzung von Wellenund Gezeitenenergie nicht mit behandele, weil sie nur noch kleinere Teile beitragen können. Wasserkraft

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Die Stromversorgung der Bundesrepublik Deutschland beruht gegenwärtig zu 4,2 bis 4,5 Prozent, je nach Niederschlagsintensität in einem Jahr, auf Wasserkraft. Dafür ist das Potential schon fast völlig ausgeschöpft und wir kollidieren bereits mit einem völkerrechtlich verbindlichen Abkommen. Die Konvention zur biologischen Vielfalt fordert die Unterschutzstellung von zehn bis zwanzig Prozent eines Landes einschließlich seiner Flüsse. Naturnahe Flussläufe müssen also vermehrt wiederhergestellt werden, der Ausbau der Wasserkraft ist somit weitgehend beschränkt. Lediglich die Effizienzsteigerung der Anlagen kann zusätzlich noch etwa zehn Prozent liefern. Umgerechnet in eine Energieflussdichte sind es ca. 0,025 Wm2, die wir aus der Wasserkraft schöpfen, oder etwa 1,7 Prozent der gesamten Leistungsbereitstellung in Deutschland. Weil Wasserkraft zum großen Teil dann eingesetzt


5 werden kann, wenn Strombedarf existiert, sollten wir auf sie aber keineswegs verzichten. Durch den Zerfall radioaktiver Elemente in der Erde, aber zum Teil auch durch die langsame Vergrößerung des festen Erdkerns, wird Wärme frei, die in kontinuierlichem Strom an die Erdoberfläche fließt. In Deutschland liegt die Energieflussdichte aus dem Erdinneren im Mittel bei 0,08 Wm–2 mit höheren Werten im Süden als im Norden aufgrund unterschiedlicher geologischer Bedingungen. Bei totaler Ausschöpfung, d. h. Bohrlöchern bis mehreren Kilometern Tiefe im Abstand von einigen Kilometern, könnte bei Investition von vielen Milliarden Euro ein nicht unwesentlicher Teil der Heizung von Gebäuden realisiert werden. Für die Stromversorgung jedoch wird es ein unwesentlicher Teil bleiben, weil die Temperaturen in einigen Kilometern Tiefe weit unter den Arbeitstemperaturen der typischen Wärmekraftwerke (ca. 700°C) und noch viel mehr der Gas- und Dampfturbinenkraftwerke (ca. 1100°C) bleiben. Auch die solarthermischen Kraftwerke, die auch wie Kondensationskraftwerke arbeiten, können eine höhere Stromerzeugungsrate erreichen als Geothermiekraftwerke. Geothermie besticht allerdings durch die ständige Verfügbarkeit. Die Ausschöpfung der Hälfte für die Gebäudeheizung würde weniger als drei Prozent unseres gegenwärtigen Energiehungers stillen.

Wärme aus dem

Pflanzen können mit Sonnenenergie bei Wellenlängen kleiner als 685 Nanometer oder 0,685 Mikrometer Kohlenwasserstoffe bilden, wenn

Energie aus


Erdinneren – Geothermie

Biomasse

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Wasser, Kohlendioxid und Nährstoffe nicht fehlen. Unsere gesamte Nahrung beruht auf dieser Fähigkeit der Pflanzen. Dabei wird auch Vieles erzeugt, das energetisch genutzt werden kann, wie z. B. Holz oder Zellulose. Von der Energieflussdichte in Höhe von etwa 105 bis 125 Wm–2, die im Jahresmittel von der Sonne bis zur Erdoberfläche in Deutschland vordringen, werden jedoch nur sehr kleine Anteile in Biomasse überführt. Auf gut gedüngten Feldern mit Mais nur etwa 0,3 Wm–2. Alle anderen bei uns gedeihenden Kulturpflanzen übertreffen diese Werte nicht. Also können wir uns in Deutschland auch nur zu einem kleinen Teil mit Energie aus Biomasse versorgen, weil nur Teile des Landes dazu zur Verfügung stehen. Nehmen wir großzügig an, dass ein Fünftel der landwirtschaftlich genutzten Fläche dafür bereitsteht, dass im Mittel 0,2 Wm–2 geerntet werden können und dass Biogasanlagen mit 50 Prozent Effizienz aus dem Energieträger Biogas – überwiegend Methan – Strom erzeugen können. Dann könnten 3,5 Gigawatt Strom bereitgestellt werden, also nur etwa fünf Prozent unseres Bedarfs; allerdings einsetzbar, wann wir es wollen. Da jedoch Biomasse auch für biogene Treibstoffe genutzt werden kann, ist die obige Abschätzung schon zum Teil Wunschtraum. Beschränkung biogener Energie

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Die zentralen beschränkenden Faktoren sind die Konkurrenz mit der Nahrungsmittelerzeugung und die Erhaltung der Artenvielfalt. Die vom Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) mit gestützte Nutzung der Biomasse für energetische Zwecke hat seit seiner letzten Novellierung im Jahre 2005


5 gezeigt, wie schnell die Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion Preise für Getreide und Pacht von landwirtschaftlich genutzten Flächen steigen lässt. Die nächste Novellierung muss darauf reagieren, z. B. durch ein Ende der Förderung von Biogasanlagen ohne Abwärmenutzung. Sie müssen einen Anteil der Abwärme in Industrie oder bei der Gebäudeheizung nutzen. Es wird nicht einfach sein, den Aufschwung der Landwirtschaft, Schutz naturnaher Ökosysteme und nicht überzogene Lebensmittelpreise aufeinander abzustimmen und dabei die Dezentralisierung der Energieversorgung weiter voranzubringen. Denn alle Erfolgsmodelle rufen die »Großen« auf den Plan, die die »Kleinen« als Produzenten wegen längeren finanziellen Atems ausschalten oder vereinnahmen können. Ziehen wir eine Zwischenbilanz: Wasserkraft, Geothermie und Biomasse könnten zusammen ohne ökonomische Einschränkungen in einer Industriegesellschaft und dicht besiedeltem Land wie der Bundesrepublik Deutschland den Energiehunger nur zu etwas mehr als einem Zehntel stillen. Die unterschiedliche Bestrahlung der Erde und der Atmosphäre durch die Sonne führt zu Temperaturunterschieden. Diese erzeugen Dichteunterschiede der Luft, woraus Luftdruckunterschiede entstehen, die sich ausgleichen wollen. Auf einem rotierenden Planeten bilden sich dadurch Hochund Tiefdruckgebiete mit ihren Windfeldern; wobei in erster Näherung der Wind entlang Linien gleichen Drucks bläst. Diesen Wind, der von der


Windenergie

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Sonne verursacht ist, kann man energetisch nutzen. Dabei kommt uns ein physikalisches Gesetz entgegen: Die Energieflussdichte des Windes ist proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. In anderen Worten: Bläst der Wind statt mit 10 Metern pro Sekunde (m/s) mit 11 m/s, so steigt die Energieflussdichte um das 1,1 mal 1,1 mal 1,1-fache an, also um 33 Prozent, auch wenn die Windgeschwindigkeit nur um zehn Prozent ansteigt. Daher kann an Küstenstandorten mit geringerer Bremswirkung durch die weniger raue Ozeanoberfläche bei landwärtigem Wind in den unteren Atmosphäreschichten mit Rotoren viel mehr Strom erzeugt werden als im ferneren Binnenland. Energieausbeute

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Die wichtigste Frage in diesem Zusammenhang ist die nach der Energieausbeute. Alle Umwandlung von Bewegungsenergie in andere Energiearten, z. B. Wärme in der Natur oder elektrischen Strom in technischen Anlagen, muss zunächst die natürlichen Randbedingungen akzeptieren. Sie lauten: Weltweit wird von den insgesamt fast 240 Watt pro Quadratmeter (Wm–2), welche im globalen Mittel Erde und Atmosphäre erwärmen, nur etwa ein Prozent in Bewegungsenergie überführt, also 2 bis 3 Wm–2, die im Energiekreislauf der Natur durch Reibung an der Erdoberfläche oder mit der Luft bei hohen Windgeschwindigkeiten in den Schichten um ca. 10 km auch wieder in Wärme überführt werden, die schließlich in den Weltraum abgestrahlt wird. 2 bis 3 Wm–2 scheinen klein, sie sind aber in Deutschland etwa das Zehnfache der Summe aus Wasserkraft, Bio-


5 masseenergie und Geothermie. Das Reservoir »Windenergie« ist also besser gefüllt und könnte wesentliche Teile der Energieversorgung decken, wenn entweder große Netze oder Energiespeicher existierten, weil ja auch Tage mit fast Windstille vorkommen. Die Bundesrepublik Deutschland ist – weil in der Westwindzone liegend – mit Windenergie durchschnittlich gesegnet. Das hohe technische Potential wird auch von der Erfolgsgeschichte der Windenergienutzung in Deutschland bestätigt. Seit 1991 ist der Anteil an der Stromversorgung in Deutschland von unbedeutend bis zu etwa sechs Prozent im Jahre 2006 angestiegen, mit weiter steigender Tendenz und etlichen Nachahmern in vielen anderen Ländern. So haben bisher 46 Länder ein Einspeisegesetz für bestimmte erneuerbare Energien geschaffen. Durch sogenanntes Repowering, d. h. den Ersatz älterer kleiner Anlagen mit Nennleistungen unter 0,5 Megawatt (MW), kann die Zahl der Anlagen bei steigender Leistung sogar schrumpfen, wie z. B. für den Windenergiepark Nordfriesland bei Niebüll, wo aus 32 Anlagen fünf mit insgesamt höherer Leistung geworden sind. Ob die Windenergie aus Anlagen in der rauen Nordsee eine Erfolgsgeschichte wird, ist noch nicht entschieden.

Erfolgs-

Alle bisher besprochenen Energieträger, bis auf die Geothermie, und alle fossilen Brennstoffe, außer dem Uran, leiten sich von der Sonne ab. Sie sind jeweils nur kleine Anteile der Sonnenenergie. Es ist daher schwer verständlich, warum die Nutzung der direkten Sonne außer im Gebäude-

Sonnenenergie


geschichte Windenergienutzung

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sektor noch immer in den Kinderschuhen steckt. Die Antwort liegt zum Teil bei der kostspieligen Speicherung für die Nacht und den Winter. Das Holzscheit, der Kohlebrocken und ein Liter Heizöl oder Benzin können eingesetzt werden, wann immer wir es wollen. Mit der Entdeckung des Photo-Effektes durch Einstein und den daraus abgeleiteten Solarzellen, der Produktion von Parabolspiegeln zur Erwärmung von Flüssigkeiten auf die Arbeitstemperatur von Kraftwerken und elektrischen Netzen über Tausende von Kilometern sind jetzt die notwendigen Instrumente Auf eine senkrecht zur Sonne bei Schönwetter gehaltene Fläche von einem Quadratmeter fallen in Deutschland um die Mittagszeit im Sommer etwa 1000 Watt, aber auch noch im Winter etwa 400 Watt. Mit einer Solarzelle von heute typischerweise zehn Prozent Umwandlungseffizienz über Jahre werden somit im Sommer mittags mindestens 300 mal mehr Watt pro Quadratmeter geerntet als in einem Biogaskraftwerk vom Quadratmeter Maisacker. Sogar bei bedecktem Himmel bietet die Sonne noch eine Energiefluss–2 dichte von etwa 400 Wm am Mittag im Sommer –2 und ca. 100 Wm am Mittag im Winter. Ihre Energie muss aber sofort genutzt werden, weil das elektrische Netz nicht speichern kann. Einen ersten Schritt in Richtung Speicherung liefert das solar-thermische Kraftwerk, weil es die Sonnenenergie zur Erhitzung von Flüssigkeiten nutzt, die dann ein normales thermisches Kraftwerk antreiben, und die so lange Strom liefern, wie die Flüssigkeit über einer bestimmten Temperatur bleibt. Aber auch Aufwindkraftwerke laufen noch Stunden nach dem Ende der kräftigen Bestrahlung durch die Sonne.

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5 vorhanden, um das beinahe unerschöpfliche Reservoir direkter Sonnenenergie anzuzapfen. Warum setzen sich diese in Pilotprojekten erfolgreichen Techniken nicht durch? Weil bisher die Verursacher weder die Krankheitskosten bei chronischer Bronchitis durch Luftverschmutzung in Innenstadtbezirken noch die Kosten bei neuen Wetterextremen haben übernehmen müssen, sondern die Kosten der Allgemeinheit angelastet wurden. Fast alle großen Umweltprobleme und der Klimawandel sind Folgen der Nutzung fossiler Brennstoffe, für die keine wesentlichen Nutzungsgebühren erhoben wurden. Wie es Sir Nicholas Stern, der frühere Chefökonom der Weltbank, ausdrückte: Der globale anthropogene Klimawandel ist das größte Marktversagen der Geschichte. Das Umweltbundesamt hat jüngst (im April 2007) errechnet, dass die Kilowattstunde Strom aus einem Steinkohlekraftwerk mit ca. sieben Eurocent externen Kosten belastet werden müsste und eine aus einem Braunkohlekraftwerk gar mit 8,7 Eurocent, sollte der Preis nahe zu einem gerechten sein. Für diese Berechnung wurde ein Preis von 70 Euro pro Tonne Kohlendioxid zugrunde gelegt, der alle Lasten durch Luftverschmutzung und Klimawandel integriert. Dass wir ein Erneuerbare-Energien-Gesetz brauchen, liegt wesentlich an der fehlenden Internalisierung externer Kosten oder – anders formuliert – an der geringen Höhe der Ökosteuer oder – erneut anders formuliert – an der häufigen Negierung des Verursacherprinzips.


Marktversagen Klimawandel

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Die Energieversorgung zu großen Teilen auf die Sonne zu stützen, ist energetisch kein Problem. Im globalen Mittel erreichen die Erdoberfläche fast 170 Wm–2 von der Sonne, die Menschheit fordert gegenwärtig – wieder im globalen Mittel – 0,03 Wm–2. Grob würde ein Fünftausendstel des Energieflusses der Sonne also genügen. Beschränkt auf Landgebiete wären noch immer nicht mehr als 0,6 Promille notwendig. Die Sonne kann es also richten.

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6

Der Weg in das Zweite Solarzeitalter »Energiesparen bringt nichts«

Energieeffizienz und Erneuerbare Energien sind die Lösung

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ie Menschheit hat in über 99 Prozent der Zeit ihrer Entwicklung die Energieversorgung mit lebender und vor kurzem abgestorbener Biomasse (trockenes Holz) geschafft. Erst mit Millionen Jahre alter Biomasse (Kohle, Erdöl, Erdgas) hat sie sich in beispiellos schneller Weise zur Stoffkreisläufe dominierenden Spezies aufgeschwungen, viele neue Techniken entwickelt, die mittlere Lebenserwartung etwa verdoppelt, den Lebensstandard der meisten angehoben und sich in den erdnahen Weltraum begeben. Jetzt hat sie die Abfalllawine eingeholt, denn die Übernutzung der Atmosphäre, dem zentralen Gemeinschaftsgut, als Abfallhalde hat globale Klimaänderungen durch den Menschen ausgelöst, die den Armen stärker schaden als den Verursachern und die mindestens Jahrhunderte andauern werden. Wir haben unsere rasante Entwicklung mit »Krediten« finanziert, wir müssen sie jetzt zurückzah-

DER WEG IN DAS ZWEITE SOLARZEITALTER

Entwicklung auf Kredit

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len durch Minderung der Belastung der Atmosphäre; d. h. durch Begrenzung und langfristige Beendigung der Nutzung fossiler Brennstoffe, bevor diese zur Neige gehen. Wie können wir in das Zweite Solarzeitalter kommen? Energieeffizienz: Energiesparlampe

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Je effizienter wir mit Energie umgehen, umso eher schaffen die erneuerbaren Energieträger die Versorgung, aber auch umso weniger fossile Energieträger brauchen wir für dieselbe Energiedienstleistung. Weil die gesteigerte Energieeffizienz schrumpfenden Energieeinsatz bedeutet, wird sie von den Elektroversorgern oder den Heizölhändlern nicht favorisiert. Weil dabei auch oft höhere Investitionen beim Gerätekauf notwendig sind, schrecken viele schlechte Rechner vor der Effizienzsteigerung zurück. Die Energiesparlampe mit elf Watt Leistung für den Hausgang ohne Tageslicht für acht Euro ersetzt eine 60 Watt Glühlampe für 80 Eurocent. Bei 15 Stunden Brenndauer pro Tag und 20 Eurocent Stromkosten pro kWh (gilt für die meisten Haushaltstarife) ist bereits nach etwa einem Jahr Kostengleichheit erreicht. In den acht Jahren Lebenszeit einer Sparlampe beträgt die Einsparung somit über 50 Euro. Aber auch an fast allen anderen Brennstellen im Haushalt ist die Sparlampe insgesamt billiger. Warum fehlen noch immer die Sparlampen in den meisten Haushalten? Weil Dreisatzrechnen schwierig ist, die Stromkosten pauschal abgebucht werden, altes Sparlampendesign abschreckte, Märchen über die Lichtfarbe der Sparlampe erzählt werden, die Entsorgungsproblematik überzogen wird und nicht zuletzt bei vielen Trägheit dominiert.


6 Ein weiteres, oft viel kostspieligeres Fehlverhalten beim Umgang mit Energie betrifft das Lüften von Häusern und die Mithilfe der Sonne beim Heizen eines Gebäudes. Wer gerne bezahlte Energie zum Fenster hinauswirft, sollte statt Stoßlüftung die Fensterklappe geöffnet lassen, gleichzeitig fördert er damit Atemwegserkrankungen wegen austrocknender Nasenschleimhäute. Denn Luft mit 0°C bei Winternebel in die Wohnung geholt und auf 20°C im Wohnzimmer erwärmt, führt zu einer relativen Feuchte von nur ca. 25 Prozent, sofern in der Wohnung keine Feuchte hinzugefügt wird. Deshalb trocknet Wäsche so gut in der Wohnung im Winter. Verantwortlich für viele andere Phänomene um das Klima ist wieder die Clausius-Clapeyronsche Gleichung, nach der bei 20°C vier Mal so viel Wasserdampf in der Luft sein kann wie bei 0°C. Noch mehr Heizenergie als durch falsches Lüften geht an die Umwelt verloren, wenn Gebäude meist aus der billigen Erdölzeit schlecht wärmeisoliert worden sind. Im Freistaat Bayern z. B. müssen in den zehn Prozent am schlechtesten isolierten Gebäuden 25 Prozent der gesamten Heizenergie eingesetzt werden. Da dort insgesamt über ein Drittel der Energie für das Heizen gebraucht wird, ist eine Kampagne zur energetischen Sanierung von Gebäuden nicht nur in Bayern die effizienteste und sofort realisierbare CO2-Minderungsmethode. Außerdem fühlt man sich in einer gut isolierten Wohnung bei 19°C im Wohnzimmer wohler als bei 21°C in der schlecht isolierten mit kalten Wänden.


Heizenergie in Wohnräumen

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Die wenigen bisher besprochenen Effizienzsteigerungen bei der Energienutzung sind nur ein kleiner Auszug der Möglichkeiten. In allen Fällen ist die erhöhte Energieeffizienz Voraussetzung für den wesentlichen Beitrag erneuerbarer Energieträger. Bei intelligenterer Lüftung und nach energetischer Sanierung steigt der Anteil der Sonne an der Gebäudeheizung bei nach Süden gerichteten Fensterfronten ganz erheblich an. Schon bei Tagesmitteltemperaturen von nur 12°C ist dann fast keine Heizung mehr nötig. In der Bundesrepublik Deutschland kann jeder Bürger mit mäßigen Investitionen in erneuerbare Energieanlagen bei über dem Sparbuch liegender Rendite mehr elektrischen Strom als im eigenen Haushalt benötigt erzeugen, bei über 20 Jahren garantierten Preisen. Warum fällt eine grundlegende Energieeffizienzsteigerung und die Einführung erneuerbarer Energieträger als zentraler Versorgungssäule trotzdem auch in der Bundesrepublik Deutschland noch immer so schwer? Der nächste Abschnitt soll es zeigen.

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6

»Die Ökosteuer will uns nur abzocken« Das Verursacherprinzip durchsetzen

D

as in jeder Sonntagsrede beschworene Verursacherprinzip in Umweltfragen ist nur in kleinen Bereichen oder zu kleinen Teilen verwirklicht. Bisher hat jeder Bürger die Umweltschäden, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen, pauschal ganz wesentlich mitzahlen müssen, auch wenn er kein Auto fuhr, Wegwerfartikel vermied, regionale Produkte kaufte und im Urlaub Fahrradtouren unternahm. Dieses Mitzahlen gilt für die Gesundheitsbelastung durch den photochemischen Smog genauso wie für die Reinigung der von der Landwirtschaft eutrophierten Gewässer oder Abgeltung von Schäden durch vom Klimawandel ausgelöste häufigere Wetterextreme. Wie lange reden wir schon über eine wesentlich emissionsbezogene Kraftfahrzeugsteuer? Nach Jahrzehnten der Debatte könnte jetzt der Durchbruch kommen, weil auch die Automobilindustrie dafür plädiert. Dabei sollten neben der CO2-Emission, also dem Spritverbrauch, auch die Stickoxide – Vorläufergase des photochemischen Smogs – und die Euronorm 6 für Pkw-Motoren einbezogen werden.

Verteilung der

Einige Schritte zur Internalisierung von Externalitäten – es ist fast dasselbe wie das Verursacherprinzip – haben wir hinter uns. Z. B. die ersten Stufen der Ökosteuer, die auch bei Bildung der Großen Koalition von früheren vehementen Gegnern nicht mehr in Frage gestellt wurde. Sie spült knapp 17 Milliarden Euro pro Jahr in die Bundes-

Internalisierung


Kosten

von Externalitäten

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kasse und wird zur Senkung der Lohnnebenkosten verwendet, zur Zeit 1,7 Prozent des Gehalts für alle, die in die Bundesversicherungsanstalt für Angestellte einzahlen. Also profitieren von ihr nicht die heutigen Rentner und auch nicht die Beamten, sondern die Angestellten. Ein früherer Schritt war die Großfeuerungsanlagenverordnung von 1982 und 1983, die den elektrischen Strom verteuerte und vom Stromverbraucher bezahlt werden musste. Sie hat zu sauberer Luft und damit zur Reduktion von Atemwegserkrankungen geführt und zusammen mit dem Zusammenbruch des Ostblocks zur Außerkraftsetzung der Wintersmogverordnungen deutscher Bundesländer geführt. Allerdings hat sie auch die globale Erwärmung beschleunigt, weil durch sie ein bremsender Faktor wegfiel: Die trübe Luft wurde sauberer und führte zu höherer Sichtweite. Europäischer Emissionshandel

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Ein zentraler Schritt der Politik in Richtung Beachtung des Verursacherprinzips ist der EUweite CO2-Emissionshandel. Seit dem 1. Januar 2005 kostet die Emission von CO2 durch Großverbraucher – Kraftwerksluft ist also nicht mehr kostenlos. Wie bei allen neuen legalen Instrumenten gibt es Anlaufschwierigkeiten: Manche große Emittenten wurden ausgenommen, Emissionszertifikate mussten nicht ersteigert werden, geschenkte Zertifikate haben trotzdem zu höheren Strompreisen geführt, die erlaubten Mengen waren zu hoch, um Lenkungswirkung zu erzielen. In der zweiten Runde in diesem Jahr wurden wegen eines blauen Briefes aus Brüssel die pro Jahr erlaubten maximalen Emissionen um wei-


6 tere 30 Millionen Tonnen pro Jahr im nationalen Allokationsplan gesenkt, 8,8 Prozent der Zertifikate müssen ersteigert werden. Ein erster fast globaler Schritt ist der Emissionshandel derjenigen Industrieländer, die das Kioto-Protokoll ratifiziert haben. In den sogenannten Marrakesch-Accords ist das Kleingedruckte für diesen Handel bei der 7. Vertragsstaatenkonferenz der Rahmenkonvention der Vereinten Nationen über Klimaänderungen in Marrakesch, Marokko, festgelegt. Demnach sollen dort, wo es einfacher und meist auch billiger ist, Emissionen von Treibhausgasen zu reduzieren, auch bevorzugt reduziert werden. Was wäre eine gerechte Internalisierung? Zunächst sicher die Beseitigung der Schräglage zwischen der Besteuerung der verschiedenen fossilen Brennstoffe: Prominentes erstes Beispiel ist die Einführung einer Steuer auf Flugbenzin (Kerosin). Obwohl ein Flugzeug in den Flughöhen pro Liter Treibstoff höhere Klimawirksamkeit hat als das Auto an der Erdoberfläche, gibt es Ansätze für diese Steuer bisher nur im amerikanischen Binnenflugverkehr. Entspräche die Steuer der für Diesel (Kerosin ist ein naher Verwandter), hätte das sicher eine lenkende Wirkung bezüglich dem Kauf neuer Flugzeuge, einer noch besseren Auslastung und Zurückdrängung der Billigflieger, deren Treibstoffkostenanteil viel höher liegt. Die EU diskutiert diese Steuer und wird sie wohl demnächst zaghaft einführen. Ein zweites Beispiel ist die energetisch und umweltpolitisch nicht gerechtfertigte geringere Be-


Angleichung der Besteuerung

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steuerung von Diesel im Vergleich zu Benzin. Ein Liter Dieselkraftstoff enthält sechs Prozent mehr Energie als ein Liter Normalbenzin. Deshalb ist in einem Land, das eigene Speditionen nicht gegenüber denen aus den stark subventionierenden Nachbarländern schützen muss, nämlich in der Schweiz, Diesel an der Zapfsäule teurer als Benzin. Die Schweiz hält bisher die 40-Tonner aus der EU durch eine Obergrenze bei 28 Tonnen fern. Ein drittes Beispiel sind die geringen Steuern auf Heizöl, gerechtfertigt durch das Recht auf ein warmes Wohnzimmer für jeden Bürger. In Wirklichkeit führt das aber zu Vorteilen für Villenbesitzer, die pro Person ein Mehrfaches an Heizöl verbrennen im Vergleich zur Rentnerin in der Sozialwohnung. Weil Heizöl oft in alten Brennern, wenn auch kontrolliert, noch immer zu schlecht verbrannt wird, ist eine der vernünftigen umweltpolitischen Forderungen die stärkere Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung für das Heizen von Gebäuden mit Wärme aus Anlagen, die dem Emissionshandel unterliegen. Gerechte höhere Heizölsteuern für größere pro-Kopf-Verbräuche würden solarthermische Anlagen auf dem Dach wie Pilze aus dem Boden sprießen lassen. Externe Kosten in den Strompreis integrieren

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Bis zur Einführung der Ökosteuer und neuerdings des EU-weiten Emissionshandels, konnten Kohle, Erdgas und Uran in Kraftwerken genutzt werden, ohne dass dem Brennstoff externe Kosten zugeordnet waren. Nur für die noch immer ungelöste Lagerung von abgebrannten Brennstäben aus Kernkraftwerken wurde entsprechend einer Schätzung der zukünftigen Kosten einbezahlt. In Deutschland wird sogar noch immer der Kohle-


6 bergbau staatlich mit Milliarden Euro pro Jahr – wenn auch jetzt auslaufend – unterstützt, obwohl laut Umweltbundesamt die geschätzten externen Kosten einer Kilowattstunde (kWh) Kohlestrom aus einem Steinkohlekraftwerk sieben Eurocent betragen. Wären sie internalisiert, wäre die Debatte um neue Kohlekraftwerke beendet und der Umbau des Stromnetzes in eines mit mehr Windund Biogasstrom hätte auch ökonomische Vorfahrt. Solarthermische Kraftwerke im äußersten Süden Europas würden ebenfalls zum Renner. Wenn bisher ein Haus verkauft wurde, spielte der Energieverlust der Gebäudehülle nur eine untergeordnete Rolle. Mit stark steigenden Öl-, Gas- und Holzpreisen sowie mit der bevorstehenden Einführung des Energiepasses für Häuser in Deutschland wird sich das wohl radikal ändern. Beim Vorzeigen eines »roten« Energiepasses wird der potenzielle Verkäufer vom Käufer um mindestens den Betrag der energetischen Sanierung heruntergehandelt werden. Der Energiepass entwertet also energetisch schlampige Immobilien. Mit der energetischen Sanierung eines Gebäudes fallen die Energiekosten dramatisch und das Wohlbefinden steigt. Sie leisten einen wesentlichen Beitrag zur CO2-Emissionsminderung. Denn etwa ein Drittel der in Deutschland genutzten Primärenergie ist zum Heizen der Gebäude notwendig. Dieser in der Debatte um Klimaänderungen so wichtige, aber oft vernachlässigte Bereich sollte zum Renner bei erhöhter Energieeffizienz werden. Aber auch ein verändertes Verhalten der Bewohner ist dabei nicht unwesentlich.


Energetischer Zustand von gebäuden

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»Ohne Erdöl ist unsere Energieversorgung am Ende« »Peak oil« als Chance für den Klimaschutz Fragwürdige Ressourcen

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S

chneller als erwartet droht der Industriegesellschaft, den Schwellenländern und insbesondere den Entwicklungsländern ein tiefgreifendes Ressourcenproblem. Das Maximum der Erdölproduktion (peak oil) scheint erreicht oder steht unmittelbar bevor. Hauptgrund für das für fast alle verfrühte Erscheinen ist der in der Geschichte der Menschheit bisher einmalige Zuwachs an Wirtschaftskraft, der im Jahre 2006 einen Rekordwert von im globalen Mittel fünf Prozent bei 1,2 Prozent Bevölkerungszuwachs überschritten hat und der stark von den großen Schwellenländern Indien und China getrieben worden ist. Ein weiterer wesentlicher Grund ist das Verschleiern oder Übertreiben der Ölländer und der großen Ölfirmen, was ihre Erdölreserven und die leicht förderbaren davon anbelangt. Eindeutige Anzeichen für »peak oil« sind der systematisch hohe Preis für Rohöl, dauerhafte Produktionsraten am oberen Limit für viele OPEC-Länder, Überschreitung der nationalen maximalen Produktionsraten für inzwischen fast alle industrialisierten Förderländer, z. B. für Großbritannien im Jahre 2004, überaus rascher Abfall der Produktion nach Überschreiten des Maximums für fast alle Länder, teilweiser Verkauf der Förderanlagen an mittelständische Unternehmen durch die Ölmultis, Umorientie-


6 rung großer Erdölfirmen in Richtung erneuerbare Energien, z. B. durch Beyond Petroleum, früher British Petroleum, und Royal Dutch Shell und jetzt auch Chevron. Am 9. Juli 2007 hat die internationale Energieagentur vor Engpässen bei der Ölversorgung in den kommenden fünf Jahren gewarnt. Damit ist die Warnung von Dennis Meadows von 1972 vor nahenden Engpässen bei den Rohstoffen sogar für den Lebenssaft der Industriegesellschaft, das Erdöl, nicht zu weit hergeholt gewesen. Die Reaktion der Menschheit sollte vorsorgend der beschleunigte Umbau des Energieversorgungssystems sein, wodurch ebenfalls sehr stark der Klimaschutz mit beschleunigt werden könnte. Wird das geschehen? Zweifel sind angebracht, weil die beiden größten Treibhausgasemittenten, USA und China, auch Hauptkohleländer sind und Kohle nicht nur der häufigste fossile Brennstoff, sondern auch der schmutzigste und CO2-trächtigste ist.

Verflüssigung von Kohle

Da Treibstoffe aus Erdöl, Kerosin für die Flugzeuge, Benzin für Pkws und Diesel für Lkws und Pkws sowie Schweröl für Schiffe, unersetzbar scheinen und die moderne Wirtschaft vom Transport so wesentlich abhängt, wird von den Kohleländern die Verflüssigung des Brennstoffs Kohle zumindest in Pilotanlagen vorangetrieben. Was das für die Atmosphäre bedeutete, zeigt folgender Vergleich: Die Verbrennung eines Liters Diesel verursacht einschließlich der Emissionen bei der Verarbeitung und der Förderung des Roh-


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öls 3,6 kg CO2. Dieser Wert stiege auf fast 7 kg CO2, wenn Diesel aus Kohle hergestellt würde. Gelänge es, das CO2 aus der Verflüssigungsanlage abzuscheiden und tief in der Erde zu deponieren – das Verfahren ist über Versuche noch nicht hinausgekommen –, wäre es noch immer leicht über 4,0 kg CO2, ganz zu schweigen von den hohen Kosten des Verfahrens und der dann auch teureren Kohle. Wege aus der Zwickmühle

Ausweg Biodiesel?

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Wie könnte man aus der Zwickmühle herauskommen? Erstens durch weiter gesteigerte Effizienz bei der Verbrennung von Treibstoffen und verbesserte Logistik sowohl im Lkw- wie Flugverkehr, zweitens durch Elektroantrieb für Pkws, d. h. neue leichtere Batterien, die z. B. vom nächtlichen Überschussstrom auch aus Windenergie geladen werden, drittens durch Brennstoffzellen als Antrieb für Lkws und Pkws, viertens durch Stärkung des Güter- und Personentransports durch die Eisenbahn, fünftens durch die Mithilfe des Windes beim Schiffsverkehr (erste Versuche sind erfolgreich verlaufen). Vorübergehend wird auch Erdgas als Treibstoff Lücken füllen können, aber je mehr man sich bei Stromerzeugung und Verkehr auf diesen Treibstoff stützt, umso eher kommt »peakgas«. Warum kommt in dieser Liste Biodiesel und Bioethanol nicht vor? Die Antwort lautet: In dicht besiedelten Industrieländern stehen die notwendigen Flächen für einen wesentlichen Ersatz bisheriger Treibstoffe nicht zur Verfügung. Anders formuliert: Die Emissionen aller Pkws in der


6 Bundesrepublik könnten auch durch Nutzung von 30 Prozent der Fläche; das wären alle Waldflächen, nicht CO2-neutral werden. Außerdem bleiben die Probleme der Luftverschmutzung bei der Verbrennung von Biodiesel, aber auch bei Bioethanol schrumpfen sie nur. Nur ein Elektroauto mit Strom aus erneuerbaren Energieträgern ist nicht nur annähernd CO2-neutral, sondern auch ohne Beitrag zur Luftverschmutzung, wenn der Strom aus Wind oder direkter Sonnenenergienutzung stammt. Kommt er aus einer Biogasanlage, bleibt eine reduzierte Luftverschmutzung mit Stickstoffoxiden erhalten. Viele Antworten auf die Frage nach dem Ersatz für das knapper werdende Erdöl sind noch mit Fragezeichen über die Machbarkeit versehen, große Forschungsanstrengungen sind notwendig, um eine weniger umweltbelastende Mobilität aufzubauen. Kohleverflüssigung scheidet aus Gründen des Klimaschutzes aus. Wie so häufig werden die Kosten für Materialien bei neuen Techniken den Ausschlag geben.


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»Die Entwicklungsländer sollen sich zurückhalten« Die globale Verantwortung der Industrieländer

N

och nie in der Menschheitsgeschichte ist so offenkundig geworden, dass Aktivitäten, die weit von einer bestimmten Region entfernt ausgeübt werden, die Lebensbedingungen in dieser Region ganz entscheidend verändern können. Der globale Klimawandel mit dem Auseinanderklaffen von Hauptverursachern und besonders Betroffenen verschärft die Ungerechtigkeit im globalen Maßstab. Er wird in steigendem Maße zu Wanderbewegungen der Betroffenen führen und zum Run auf die noch vorhandenen fossilen Brennstofflager durch die Mächtigen.

Menschenrecht auf Emission

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Es gibt einen Ausweg. Er heißt Anerkennung eines Rechtes jedes Menschen zu emittieren. Es kann nicht gerecht sein, dass wohlhabende Nationen von anderen Nationen Emissionsreduktionen fordern, obwohl diese pro Kopf nur ein Zehntel zu globalen Klimaänderungen beitragen. Obwohl das Kioto-Protokoll ein zaghafter Schritt zur Anerkenntnis der Verantwortung der Hauptemittenten ist, fehlt bisher dieses folgerichtige Weiterdenken zum Emissionsrecht, weil die Mächtigen dann ganz wesentlich mindern müssten. Besonders die bisher abseits Stehenden, wie die USA und Australien, wären dann ganz besonders gefordert. Außerdem ist starke Emissionsminderung gleichbedeutend mit dem Anerkennen der entscheidenden Rolle der Sonne für


6 die Energieversorgung. Für die beiden Nationen mit den niedrigsten Temperaturen wie die Russische Föderation und Kanada mag auch die Aussicht zum am schwächsten Ausgestatteten zu werden ganz wesentlich sein für die Verweigerung der Anerkenntnis, dass wir es mit der Sonne schon regeln können. Zum gleichen Recht auf Emission, d. h. eigentlich gleiche niedrige Belastung des Systems Erde pro Person, muss das Ziel treten, systematisch die globalen Emissionen zu mindern und in das Zweite Solarzeitalter einzutreten; beides zusammen heißt im Englischen kurz »Contraction and Convergence«. Im Jahre 2003 empfahl der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) in einem Hauptgutachten mit dem Titel »Energiewende zur Nachhaltigkeit« der Bundesregierung dieses Vorgehen. Sie versucht, wie die von Bundeskanzler Gerhard Schröder 2002 bei der Weltkonferenz für nachhaltige Entwicklung in Johannesburg versprochene Konferenz »Renewables 2004« in Bonn gezeigt hat, Schritte in diese Richtung zu tun. Auch die Kanzlerin Angela Merkel hat weitere Schritte für die Europäische Union und die Gemeinschaft der großen Industrienationen getan bzw. versucht. Bei Letzterem ist sie durch uneinsichtiges Bremsen der Weltmacht USA nur wenig vorangekommen.

Energiewende

Die sich rasch entwickelnden Entwicklungsländer – sie umfassen zur Zeit etwas mehr als die Hälfte der Menschheit – brauchen auch bei Effizienzsteigerung beim Umgang mit Energie mehr

Quadratur des


zur Nachhaltigkeit

Kreises

123

Energie pro Kopf, so dass der Übergang ins Zweite Solarzeitalter aus der Sicht vieler als die Quadratur des Kreises erscheint und eine Verdreifachung des Energieeinsatzes wohl nicht zu vermeiden ist. Es war deshalb eine große Herausforderung für den WBGU, bei all den einzuhaltenden Leitplanken – z. B. mindestens 500 kWh Energie pro Kopf und Jahr, maximal +2°C Erwärmung bis 2100 – den Übergang ins Zweite Solarzeitalter in einem Wirtschaftsmodell zu finden, das die jeweils über die gesamte Lebensdauer einer Installation billigste Variante wählte. Es gelang auch für ein Szenario starken globalen Wirtschaftswachstums bei all den gesetzten Leitplanken, aber nur, wenn die hohen Aufwendungen für Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbarer Energien zu steileren Lernkurven für diese als für konventionelle Energieträger führen. Die Erneuerbaren müssten rasch billiger werden und in wenigen Jahrzehnten auch billiger als die Konventionellen sein, was kräftig durch eine Ökosteuerreform beschleunigt werden könnte. Allerdings war bei einem Szenario besonders hohen Wirtschaftswachstums vorübergehend die Abscheidung von Kohlendioxid aus Kraftwerken und die Einlagerung in leere Erdöl- und Erdgaslager notwendig. Es kommt also auf die Innovationskraft der Industrieländer im Energiesektor an und diese steigt mit deren Forschungsaufwand. Leider ist die Förderung der Energieforschung in den vergangenen Jahrzehnten geschrumpft. Wir brauchten das Niveau der Förderung aus der Zeit der

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6 Einführung der Kernenergie wieder, diesmal aber für die erneuerbaren Energieträger, allen voran die Nutzung der direkten Sonnenstrahlung, ihrer (kurzfristigen) Speicherung und ihres Transports in intelligent angepassten Netzen. Die größte Herausforderung für die Energieversorgung der Zukunft ist die Bereitstellung moderner Energieformen wie des elektrischen Stroms für alle Menschen. Ohne Steckdose für jeden ist die Entwicklung, von der alle Entwicklungsländer träumen, nicht möglich. Bei einer bis zum Jahre 2050 auf ca. neun Milliarden anwachsenden Weltbevölkerung ist bei Annahme einer Effizienzsteigerung im Umgang mit Energie von im Mittel 1,5 Prozent pro Jahr eine Verdreifachung der Energiebereitstellung unumgänglich.

Die Steckdose

Zum Klimaschutz kommt also die Entwicklung der Entwicklungsländer als eine genauso große Herausforderung hinzu. Bisher wird der Zuwachs an Energiedienstleistungen in den erfolgreichen Entwicklungsländern – wir nennen sie Schwellenländer – wie früher bei uns mit den fossilen Energieträgern Kohle, Erdöl und Gas befriedigt. Überwiegend aus diesem Grund ist bei annähernder Stagnation des Energieeinsatzes in den Industrieländern seit etwa zwei Jahrzehnten noch immer ein Zuwachs der CO2-Emissionen von 2,1 Prozent pro Jahr seit 1970 aufgetreten.

Entwicklung der

Wie kann die doppelte Herausforderung bestanden werden? Nur durch eine beispiellose Steigerung des Beitrags erneuerbarer Energieträger in

Rolle des »Clean


für jeden

Entwicklungsländer

Development Mechanism«

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den hoch entwickelten, besonders innovativen Ländern der OECD sowie durch eine ebenso große Steigerung der Energieproduktivität in allen Ländern. Sollen erneuerbare Energieträger wesentlich werden, muss für etwa zwei Jahrzehnte lang eine Verzehnfachung der Energiebereitstellung pro Jahrzehnt erreicht werden, d. h. eine Steigerung um ca. 26 Prozent pro Jahr. Einige wenige Länder haben dies annähernd erreicht, z. B. Deutschland bei Strom aus Windenergie, der den aus Wasserkraft schon heute um ca. 50 Prozent übertrifft. Solche Länder werden dann zu Marktführern bei den neuen Techniken und machen Profite, wo noch vor wenigen Jahren die Unbeweglichen nur ein Promilleghetto für realistisch hielten. Im Rahmen des »Clean Development Mechanism« des Kioto-Protokolls (Mechanismus für umweltverträgliche Entwicklung) werden die neuen Techniken dann den Technologietransfer in Entwicklungs- und Schwellenländer beschleunigen. Nur mit dieser Übernahme innovativer neuer Energietechniken in die Entwicklungsländer kann die zweite Herausforderung, der Klimaschutz, bestanden werden. Klimaschutz und Nachhaltige Entwicklung

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Seit im Jahre 1992 die Weltgemeinschaft auf dem Erdgipfel in Rio de Janeiro die Nachhaltige Entwicklung als das zentrale Ziel für die kommenden Jahrzehnte errichtet hat, sind die Randbedingungen dafür wesentlich schwieriger geworden: Die angelaufenen und die projizierten Klimaänderungen haben klargestellt, dass reduzierte Ressourcennutzung für eine nachhaltige Entwicklung systematisch schwieriger, wenn nicht gar unmög-


6 lieh gemacht wird, weil die Anpassungskosten an den Klimawandel die Mittel für den Umbau der Wirtschaftsinfrastruktur wegnehmen. Zwei Zitate aus dem jüngsten bewertenden Bericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses über Klimaänderungen machen es deutlich: Die globale Erwärmung ohne Klimaschutzpolitik gefährdet bis 2100 bis zu 40 Prozent alter Arten« Sie ist also ein Großangriff auf die biologische Vielfalt zusätzlich zur schon heute starken Gefährdung und Ausrottung durch Zerstörung der Lebensräume als Folge von Landnutzungsänderungen« Die Anpassungskosten ohne Klimaschutzpolitik übersteigen die Kosten einer effizienten Klimapolitik bei weitem. Damit ist die Verweigerung einer stringenten Klimaschutzpolitik ein ökonomischer Schaden für alle aber besonders für die schwachen Emittenten« In anderen Worten: Ohne Klimapolitik wächst die Ungerechtigkeit in Gesellschaften und zwischen ihnen. Eine nachhaltige Entwicklung steht dann in den Sternen. Wie im vierten bewertenden Bericht der IPCCArbeitsgruppe II im April 2007 verlautbart, könnte der Klimawandel die Fähigkeit der Nationen, nachhaltige Entwicklungspfade zu erreichen, behindern. Klimaschutz ist eine Voraussetzung für eine nachhaltige Entwicklung. Wir Europäer sollten zeigen, dass der Übergang in das Zweite Solarzeitalter keine Last ist, sondern Lust macht.


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Anhang Ausgewählte Literatur Graßl, H. (2006): Der Sonne gehört die Zukunft: Einstieg in das zweite solare Zeitalter. In: H. Glauber (Hg.): Langsamer Weniger Besser Schöner. 15 Jahre Toblacher Gespräche: Bausteine für die Zukunft, oekom Verlag, 13–20 Hupfer, P. und W. Kuttler (Hg.) (2006): Witterung und Klima. Eine Einführung in die Meteorologie und Klimatologie, 12., überarb. Aufl., Wiesbaden: Teubner Latif, Mojib (2004): Klima, 2. Aufl., Frankfurt am Main: Fischer Rahmstorf, S. und H. J. Schellnhuber (2006): Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie, München: Beck Schönwiese, C.-D. (2003): Klimatologie, 2. Aufl., Stuttgart: UTB WBGU (Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung »Globale Umweltveränderungen«) (2006): Die Zukunft der Meere – zu warm, zu hoch, zu sauer, Berlin: WBGU WBGU (Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung »Globale Umweltveränderungen«) (2005): Welt im Wandel – Armutsbekämpfung durch Umweltpolitik, Berlin-Heidelberg: Springer WBGU (Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung »Globale Umweltveränderungen«) (2003): Welt im Wandel – Energiewende zur Nachhaltigkeit, Berlin-Heidelberg: Springer Die Zusammenfassungen (»Summary for Policy Makers«) der Arbeitsgruppen I bis III des 4. IPCC-Berichtes von 2007 und unter den folgenden Links zu finden. Es gibt noch keine autorisierte deutsche Übersetzung der Zusammenfassungen: http://ipcc-wgi.ucar.edu/wgi/wgi-report.html http://www.ipcc.ch/SPM13apr07.pdf http://www.ipcc.ch/SPM040507.pdf Die Haupt- und Sondergutachten des Wissenschaftlichen Beirates der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) sind auch online unter den folgenden Links zu lesen: http://www.wbgu.de/wbgu_gutachten_haupt.html http://www.wbgu.de/wbgu_gutachten_sonder.html

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ANHANG

Klimawandel

Klimawandel

Schwarzbuch Klimawandel

Der Klimawandel: Sozialwissenschaftliche Perspektiven

Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie

Klimawandel und Gesellschaft: Perspektive Adaptionskommunikation

Der Klimawandel: Diagnose, Prognose, Therapie (Beck Wissen)

Welt im Wandel: Sicherheitsrisiko Klimawandel (German Edition)

Klimawandel: Was stimmt? Die wichtigsten Antworten (Herder Spektrum, Band 5899)

Wetter, Klima, Klimawandel Wissen für eine Welt im Umbruch

Klimawandel

Klimawandel

Schwarzbuch Klimawandel

Der Klimawandel: Sozialwissenschaftliche Perspektiven

Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie

Klimawandel und Gesellschaft: Perspektive Adaptionskommunikation

Der Klimawandel: Diagnose, Prognose, Therapie (Beck Wissen)

Welt im Wandel: Sicherheitsrisiko Klimawandel (German Edition)

Klimawandel: Was stimmt? Die wichtigsten Antworten (Herder Spektrum, Band 5899)

Wetter, Klima, Klimawandel Wissen für eine Welt im Umbruch

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