Physikalische Klimamodelle: Der Energiehaushalt der Erdatmosphäre und die lange vernachlässigte Rolle des Wassers

Übers Wetter reden alle. Und übers Klima, wie es scheint, mittlerweile auch. Jeder hat eine Meinung. Und man debattiert darüber, als wäre es nur eine reine Geschmacksfrage. Oder eine Glaubensfrage. Und als sei das, was ein weltumspannendes Forschungsnetzwerk von Meteorologen und Klimatologen debattiert, so simpel, dass es auch in eine Sonntagsrede passt. Oder an den Stammtisch. Dabei geht's in Grundlagen um eine ganze Menge Physik, wie Wolfgang Brune feststellt.
Anzeige

Er ist studierter Energiewirtschaftler und leitete von 1990 bis 2003 das Institut für Energetik und Umwelt in Leipzig. Natürlich betrachtet der heute 75-Jährige die Erdatmosphäre wie ein kleines Kraftwerk. Was nicht nur damit zu tun hat, dass er in DDR-Zeiten in der Energiewirtschaft tätig war. Denn die Erdatmosphäre ist in der Tat eine Art Kraftwerk, in dem es zuallererst um Energieströme geht und um Strahlungsbilanzen. Damit beschäftigen sich die Klimaforscher seit rund hundert Jahren. Und auch wenn sie ihre Formeln und Thesen immer mehr verfeinern, bleibt das Grundmodell dasselbe, wie es auch in vernünftigen Physik-Lehrbüchern zu finden ist: Das für das Leben günstige Klima auf der Erde ist nur möglich, weil die Erde permanent durch die Sonnenstrahlung erwärmt wird. Und zwar in einer Größenordnung, die nicht zu hoch und nicht zu gering ist.

Denn um Leben zu ermöglichen, braucht es auf der Erdoberfläche ein Temperaturspektrum, das alle drei Aggregatzustände von Wasser ermöglicht – von fest über flüssig bis zum Wasserdampf in der Atmosphäre. Wenn heute medial über Klimawandel pro oder kontra diskutiert wird, wird gern so getan, als ginge es nur um kurze Zeiträume – 10, 50, 100 Jahre. Das ist aus der Sicht eines Menschenlebens gedacht – und natürlich viel zu kurz. Die Klimazyklen auf der Erde sind viel länger. Brune hat extra die Klimaschwankungen der letzten Eiszeit mit ins Buch genommen – rund 410.000 Jahre, die relativ zyklisch geprägt waren von Eiszeiten (die recht lange brauchten, um sich bis zu ihrem Maximum zu entwickeln – rund 90.000 Jahre) und Warmzeiten, die sich binnen 10.000 Jahren bis zum Maximum entwickelten. In den Maxima der Kaltzeiten kühlte sich die Erde auf eine Durchschnittstemperatur von (rechnerisch) 7,4 Grad Celsius ab, in den Warmzeiten stieg die Durchschnittstemperatur auf der Erde auf rechnerische 19,5 Grad.

In der Gegenwart liegt diese Durchschnittstemperatur bei 16 Grad Celsius – relativ konstant, auch wenn die Temperaturmessungen der letzten 50 Jahre nahe legen, dass sie wieder steigt. Was einige Forscher zu der Vermutung veranlasst, dass der Zyklus der Kalt- und Warmzeiten unterbrochen ist. Und zwar durch den Menschen selbst. Und das nicht erst seit der Industrialisierung im 19. Jahrhundert, als die Industriestaaten begannen, Kohlendioxid in großen Mengen in die Atmosphäre zu blasen, sondern möglicherweise schon seit 20.000 Jahren, seit der moderne Mensch begann, seine Zivilisation aufzubauen.Das ist noch eine umstrittene These. Vieles steckt in der Klimaforschung noch in den Anfängen. Insbesondere die Forschung zum historischen Einfluss des Menschen auf das Klima. Aber nicht umstritten ist, dass das weltweite Abholzen der Wälder durch den Menschen im Zuge der entstehenden Landwirtschaft einen nicht unerheblichen Anteil an dieser Veränderung hat, die möglicherweise verhindert hat, dass sich die Erde wieder in die nächste Eiszeit bewegt.

Die weltweiten (Brand-)Rodungen der Wälder haben auch einen Faktor verändert, der in der Klimadiskussion der letzten Jahre stets zu kurz kam. Viele Forscher und Politiker haben sich beim Klimawandel ganz und gar auf den Faktor Kohlendioxid eingeschossen. Doch die weltweite Zunahme dieses klimawirksamen Gases in der Atmosphäre erklärt nicht alle Phänomene der Klimaveränderung. Es muss noch einen anderen Faktor geben, der für den Wärmeaustausch in der Erdatmosphäre eine wesentlich größere Rolle spielt und vor allem auch die rechnerischen Differenzen erklärt, die Forscher bekommen, wenn sie die Strahlungsbilanz der Erdatmosphäre als ideales Gas berechnen. Irgendwo gibt es Strahlungsbarrieren, die dafür sorgen, dass der Wärmeabfall in der Erdatmosphäre nicht ideal und glatt verläuft.

Diese Barrieren gibt es. Und sie sind keine starren Barrieren. Denn sie haben mit dem Faktor Wasser zu tun, den viele Klimaforscher auch in ihren Klimamodellen viel zu lange vernachlässigt haben. Denn Wasser bedeckt nicht nur über 70 Prozent der Erdoberfläche, es steigt auch mit höherer Energiezufuhr verstärkt in die Atmosphäre auf. Es verdampft einfach. Und je wärmer die Atmosphäre ist, umso mehr Wasserdampf kann sie aufnehmen, der sich in größeren Höhen zu Wolken sammelt und Teil der gewaltigen atmosphärischen Strömungen wird, die auf der Erde permanent für einen Energieausgleich sorgen – vom Äquator mit seinem starken Strahlungsüberschuss in die höheren Breiten. Dabei steigen die Wolken, je energiereicher sie sind, in teilweise beeindruckende Höhen auf.

Aber jeder kann sich vorstellen, was passiert, wenn durch die höhere Energie in der Atmosphäre mehr Wasser unterwegs ist – auch öfter über den subtropischen Gürtel der Erde hinaus.Brune gibt mit dieser Starthilfe die wichtigsten Grundlagen, wie man die Strahlungsbilanzen in der Erdatmosphäre berechnen kann. Dabei geht er auf einige der wesentlichen Klima-Theorien der letzten Jahre ein, erläutert ihre Schwachstellen und die möglichen Ansätze, die Widersprüche zwischen Modell und Realität zu erklären. Was ihn zwangsläufig auf die Rolle des Wassers in der Erdatmosphäre bringt. Und um den Blick zu weiten, vergleicht er die Erdatmosphäre auch mit den anderen im Sonnensystem nachgewiesenen Atmosphären. Der Leser bekommt auch den kleinen aber wichtigen Hinweis, dass nicht die Atmosphären von Venus oder Jupiter die Ausnahmen sind, sondern die der Erde. Nur hier sind die komplexen Bedingungen entstanden, die Leben überhaupt erst möglich gemacht haben.

Und er merkt auch an, dass so ein Glücksfall endlich ist. Ebenso der Glücksfall eines Temperaturspektrums, wie es auf der Erde seit ungefähr 20.000 Jahren existiert – relativ stabil, ohne wirklich heftige Ausschläge nach oben oder unten. Wobei die Menschen in den ersten Jahren ihres zivilisatorischen Aufschwungs wohl noch erlebt haben, zu welchen grandiosen Erscheinungen die sie umgebende Natur möglich ist. Immerhin lag der Meeresspiegel am Ende der letzten Eiszeit gut 100 Meter tiefer als heute – Nordamerika und England waren über Land leicht zu erreichen.

Andererseits hat die menschliche Zivilisation auch noch keine echte Warmzeit erlebt mit jenen 19,5 Grad Celsius, wie sie in den Interglazialen errechnet wurden. Die Klimaforscher gehen heute davon aus, dass mindestens ein weltweiter Temperaturanstieg von 2 Grad Celsius zu erwarten ist – was eben nicht nur eine Zunahme von Extremwetterereignissen mit sich bringt, sondern auch den Anstieg des Meeresspiegels um mehrere Meter. Ob der Temperaturanstieg noch höher ausfällt, darüber wieder streiten die Forscher. Auch Brune sieht die Theorie eines weiteren geradlinigen Temperaturanstiegs eher skeptisch, eben weil nicht allein das Kohlendioxid in der Atmosphäre darüber entscheidet, sondern viel stärker die gewaltigen Konvektionen in der Atmosphäre wirksam sind. Und damit das Wasser.

Das Buch ist auch gespickt mit einer Menge Rechenaufgaben, mit denen Brune die Leser einlädt, sich all die komplexen Beziehungen zwischen Effektiver Temperatur, Strahlungsgleichgewicht, Wärmetransport, Kondensationsniveau und so weiter auch selbst rechnerisch anzueignen. Womit man dann jenen anfangs eher verblüffenden Zahlenpuzzeleien der Forscher nahe kommt, die sie dazu angeregt haben, den Widersprüchen der alten Klimamodelle auf die Spur zu kommen.

Brune gehört andererseits aber auch noch zur Generation der Technikoptimisten. Am Ende seines Buches schließt er aus der Tatsache, dass wohl der Mensch seit einigen tausend Jahren der eigentliche „Macher“ des Klimas auf Erden ist, dass er mit dem heutigen Wissen durchaus in der Lage sein könnte, auch künftig regulierend in das Weltklima einzugreifen. Bislang hat er ja mit seiner Tätigkeit irgendwie den Abkühlungsprozess gebremst. Warum sollte ihm nicht auch gelingen, den Erwärmungsprozess, den er mit der Industrialisierung ausgelöst hat, wieder zu bremsen?

Brune ist Optimist und meint: Das kann er. – Nur hat der Mensch die Erderwärmung der vergangenen Jahrhunderte halt weder bewusst noch organisiert herbei geführt. Das könnte der eigentliche Knackpunkt sein – dass er die weltweite Vernunft zum Gegensteuern nicht aufbringt. Und lieber schon mal die Waffenlager füllt für die kommenden Klimakriege.

Wolfgang Brune „EAGLE Starthilfe. Physikalische Klimamodelle“, Edition am Gutenbergplatz Leipzig, Leipzig 2014, 14,50 Euro


Print Friendly, PDF & Email
 


Schneller informiert mit dem L-IZ-Melder
Weitere Nachrichten:Bewegungsmelder | Wortmelder | Rückmelder | Sport | Polizei | Verkehr


Weitere aktuelle Nachrichten auf L-IZ.de

Klimaschutz und Verkehrswende: 20 Millionen Euro Kapitaleinlage für die LVV
Soll künftig im 10-Minuten-Takt bis Lützschena fahren: Linie 11. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle LeserAm Donnerstag, 3. Dezember, legte OBM Burkhard Jung eine Vorlage vor, in der er auch auf einen Antrag der SPD-Fraktion einging, die 20 Millionen Euro für die LVB beantragt hatte, damit das stadteigene Verkehrsunternehmen die nötigen Investitionen zur Verkehrswende beginnen kann. Die Stadt Leipzig soll danach eine Kapitaleinlage in Höhe von 20 Millionen Euro bei der Leipziger Gruppe vornehmen, um damit zusätzliche Investitionsbedarfe abzusichern, die sich unter anderem aus Ratsbeschlüssen zum Nahverkehrsplan und zum Klimaschutz ergeben.
KdU-Kosten bilden Leipzigs Wohnungsmarkt nicht realistisch ab: Sozialgericht Leipzig gibt Klägerin gegen Jobcenter-Entscheidung recht
Eigene Wohnung,oft dringend gesucht. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle LeserSchon seit Jahren wird über die viel zu niedrigen Sätze für die Kosten der Unterkunft in Leipzig diskutiert. Die Stadt versuchte zu deckeln und die Bewohner/-innen von Wohnungen, die nicht dem KdU-Satz entsprechen, zum Umzug zu bewegen. Doch wohin umziehen, wenn es nur noch teure Wohnungen am Markt gibt und selbst neue „geförderte Sozialwohnungen“ happig überm KdU-Satz liegen? Das Sozialgericht Leipzig entschied jetzt eindeutig für eine betroffene Klägerin.
Was Stadt und LWB zum Abschied der Geschäftsführerinnen sagen: Mit vielen Worten nichts
Iris Wolke-Haupt und Ute Schäfer. Fotos: LWB

Fotos: LWB

Für alle LeserLeipziger Kommunalunternehmen haben immer zwei Geschäftsführer/-innen. Die einen sollen die Finanzen kontrollieren, die anderen sind fürs Operative zuständig. Und sie sollen sich gegenseitig auf die Finger schauen. Das kann schiefgehen, wenn das Vertrauen zwischen beiden gestört ist. Muss aber nicht. Stadt und LWB halten sich mit Erklärungen trotzdem zurück.
Am Freitag wurde der Grundstein für das neue Heizkraftwerk Süd der Stadtwerke Leipzig gelegt
Grundsteinlegung fürs neue HKW Leipzig Süd: Thomas Brandenburg, Dr. Maik Piehler, Karsten Rogall und Burkhard Jung (von links). Foto: Leipziger Gruppe

Foto: Leipziger Gruppe

Für alle LeserLeipzig meint es ernst mit dem Kohleausstieg. 2018 beschloss die Stadt, ab 2023 auf Fernwärmelieferungen aus dem Kohlekraftwerk Lippendorf zu verzichten und die Fernwärme in einem eigenen, neuen Gaskraftwerk selbst zu produzieren. Am Freitag, 4. Dezember, wurde im Leipziger Süden nun der Grundstein für das neue Kraftwerk gelegt.
Eine etwas emotionalere Einladung zu den Lichtspielen des Westens
Mediterranean Bycatch. Foto: Galerie Bipolar

Foto: Galerie Bipolar

Für alle LeserEin Jahr geht zu Ende. Und überall gibt's trübe Kommentare: „Dies durften wir nicht und jenes nicht.“ Grundtenor: „Was für ein beklopptes Jahr.“ Und je mehr von diesem seltsamen Kommentaren ich lese oder höre, umso mehr verstärkt sich mein Gefühl: Dieses Jahr hat unbarmherzig freigelegt, wie selbstgerecht und jämmerlich eigentlich die Leute sind, die uns jeden Tag erklären, wie die Stimmung ist und wie schrecklich dieses 2020. Kleiner Tipp: Gehen Sie heute Abend einfach mal in die Karl-Heine-Straße.
Großprojekt der LVB geht endlich seiner Vollendung entgegen: Richtfest für die Abstellhalle im Technischen Zentrum Heiterblick
Richtfest für die Abstellhalle im Technischen Zentrum Heiterblick. Foto: Leipziger Gruppe

Foto: Leipziger Gruppe

Für alle LeserAm Donnerstag, 3. Dezember, gab es ein gar nicht so unwichtiges Richtfest in Heiterblick. Eines, das beiläufig daran erinnerte, wie sehr auch die Leipziger Verkehrsbetriebe (LVB) im Investitionsstau stecken und dass eine knausernde Förderpolitik allein im Technischen Zentrum Heiterblick dafür gesorgt hat, dass ein Projekt über zehn Jahre Verzögerung erlebte.
Der Corona-Kompass: Das richtige Buch zu einer aufgeregten Debatte
Prof. Alexander Kekulé: Der Corona-Kompass. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle LeserAlexander Kekulé ist Inhaber des Lehrstuhls für Medizinische Mikrobiologie und Virologie an der Martin-Luther-Universität Halle und seit Beginn der Corona-Pandemie so etwas wie der Corona-Experte aus Mitteldeutschland geworden. Und die deutsche Politik wäre gar nicht so schlecht beraten, wenn sie auf Wissenschaftler wie Kekulé hören würde. Denn so manches, was jetzt das halbe Land lahmlegt, wäre vermeidbar gewesen. Und das Coronavirus wird uns auch 2021 nicht einfach verlassen.
Freitag, der 4. Dezember 2020: Minister-Entlassung, LWB-Rückzug und Ossi-Bashing
Die beiden Noch-LWB-Geschäftsführerinnen Ute Schäfer (r.) und Iris Wolke-Haupt (sowie zwei Politiker). Archivfoto: L-IZ.de

Archivfoto: L-IZ.de

Für alle LeserSo viel Aufregung am letzten Werktag der Woche (und heute deshalb mal ohne Corona-Zahlen): In Sachsen-Anhalt muss der Innenminister seinen Posten räumen, in Leipzig wollen die Geschäftsführerinnen der LWB dies freiwillig tun und in Bautzen empört man sich über einen Medienbeitrag. Außerdem: Ein Maskenverweigerer attackierte offenbar die Polizei. Die L-IZ fasst zusammen, was am Freitag, den 4. Dezember 2020, in Leipzig und darüber hinaus wichtig war.
Haltungsnote: Hipp, hipp, hurra, der Veggie-Day war da!
Autor, Leipziger und Kolumnist David Gray. Foto: Erik Weiss Berlin

Foto: Erik Weiss Berlin

Für alle LeserLEIPZIGER ZEITUNG/Auszug Ausgabe 85, seit 20. November im HandelEigentlich hätte ich vor einigen Tagen mit ein paar tausend anderen Menschen in einem Stadion stehen und den Ärzten zujubeln sollen. Corona hat mir das versaut. Dafür hat Joe Biden kürzlich die Wahl in den USA gewonnen. Ich sah auf Twitter zu wie fröhliche Mobs durch die Straßen New York Citys zogen und „Ding, dong, the witch is dead“ grölten. Wobei mir es im Tippfinger kribbelte.
Grüne beantragen eigenständige Stabsstelle zur Organisation der Hilfen zur Erziehung in Leipzig
Amt für Jugend, Familie und Bildung. Foto: Marko Hofmann

Foto: Marko Hofmann

Für alle LeserSeit Jahren geht das nun so: Jahr für Jahr steigen die Betreuungszahlen in der Jugendhilfe. Noch viel stärker steigen die Kosten. Und irgendwie bekommt das zuständige Amt die Entwicklung nicht in den Griff. Anlass für die Grünenfraktion im Stadtrat, jetzt direkt einen Antrag zur Amtsstruktur zu stellen. Denn irgendwer muss doch endlich mal für die Koordination der Hilfen die Verantwortung übernehmen.
Biologische Vielfalt: Wie Vogelgezwitscher die Menschen erst glücklich macht
Auch die Kohlmeise (Parus major) trägt dazu bei: Laut Studie steigern zehn Prozent mehr Vogelarten im Umfeld das Glücksempfinden mindestens genauso stark wie ein vergleichbarer Einkommenszuwachs. Foto: Stefan Bernhardt

Foto: Stefan Bernhardt

Für alle LeserEs wird zwar endlich intensiver darüber diskutiert, wie man die biologische Diversität, also den Reichtum der Lebensgemeinschaften auf unserem Planeten retten kann. Aber dass der Reichtum der Natur auch eine wesentliche Voraussetzung dafür ist, dass Menschen glücklich sind, war bislang kaum Thema. Dabei empfinden wir Menschen sehr genau, ob unsere Umwelt intakt ist. Das thematisiert jetzt auch das iDiV.
Planverfahren soll klären: Platzfläche zubauen oder mehr Grün an der Prager Straße?
Der kleine Platz zwischen Johannisgasse und Prager Straße. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle Leser2019 wurde schon einmal kurz diskutiert zu dem, was die Verwaltung südlicher Johannisplatz nennt. Dabei geht es um die bislang nur mit einem Bratwurstkiosk bebaute Dreiecksfläche zwischen Johannisgasse und Prager Straße. Aber unklar ist, ob die Platzfläche nun zugebaut werden soll oder zum grünen Stadtplatz wird. Über die städtebauliche Zukunft des 1.200 Quadratmeter großen südlichen Teils des Johannisplatzes soll anhand eines Bebauungsplanes entschieden werden.
Gastkommentar von Christian Wolff: „Er kniet“ – Willy Brandts Kniefall in Warschau
Christian Wolff war bis 2014 Pfarrer in der Leipziger Thomaskirche. Foto: privat

Foto: privat

KommentarEgon Bahr (1922–2015), engster Mitarbeiter von Willy Brandt (1913–1992), konnte ihn damals nicht sehen, den Kniefall von Warschau vor 50 Jahren am 7. Dezember 1970. In seinen Erinnerungen (Egon Bahr, „Das musst du erzählen“. Erinnerungen an Willy Brandt, Berlin 2013) notiert er: „… vor uns eine Wand von Journalisten, als es plötzlich still wurde. Auf die Frage, was denn los sei, zischte einer: ‚Er kniet.‘“ (Seite 105)
Wenn Falschparker nicht abgeschleppt werden und sich für schwächere Verkehrsteilnehmer nichts bessert
Zugeparkt - in Leipzig auch immer öfter gern zweireihig, wie hier in der Gottschedstraße. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle LeserEs war kein ganz zufälliges Zusammentreffen, dass am 2. Dezember eine Einwohneranfrage mit dem Titel „Wer will die Verkehrswende?“ im Ratsinformationssystem der Stadt auftauchte und gleich am 3. Dezember die Vorlage des OBM, den Stadtratsbeschluss vom 7. Oktober „Abschleppen von verkehrsbehindernd geparkten Kraftfahrzeugen“ aufzuheben. Mit der Vorlage folgt OBM Burkhard Jung lediglich dem Bescheid der Landesdirektion Sachsen. Aber genau das spricht Bände.
Corona-Hotspot Sachsen: Hasenfüßige Landräte und ein Brief an den OBM
Die aktuelle Kampagne der Stadt: Maske auf und durch. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle LeserIn Sachsen ist in den vergangenen Wochen gewaltig etwas schiefgegangen. Schon am 11. November warnte die Landesärztekammer „Corona-Pandemie: Notmaßnahmen in der zweiten Welle bei weitem nicht ausreichend“. Am 13. November appellierte Sozialministerin Petra Köpping an Ärzte im Ruhestand, sich reaktivieren zu lassen. Nur Leipzig scheint seitdem noch einigermaßen die Zahlen im Griff zu haben. Aber auch hier herrscht zuweilen eine beängstigende Sorglosigkeit, stellt der Brief eines Leipzigers an den OBM fest.