Die Entdeckung des Klimawandels

Historie Der Mensch ist schuld an der Erderwärmung. Was heute sicher ist, war lange nur wissenschaftliche Theorie

Ausgabe 33/2021

Jörg Phil Friedrich | 39

Dass die derzeitige rapide globale Erwärmung von uns Menschen verursacht ist, daran zweifelt unter seriösen Wissenschaftlern wohl niemand mehr. Der neueste Bericht des IPCC lässt keinen Zweifel daran, dass vor allem die Emission von Kohlendioxid durch die Verbrennung fossiler Energieträger zu einer rasanten globalen Erwärmung führt. Klimawandelleugner wird er allerdings auch nicht überzeugen, denn der neue Bericht liefert zwar viele weitere Details zu diesem Prozess, grundsätzlich neue Argumente aber nicht. Wer daran zweifelt, dass es tatsächlich eine globale Erwärmung gibt, und meint, das Wetter sei eben veränderlich, den werden die Darstellungen der Wissenschaftler nicht beeindrucken.

Wer wiederum zwar glaubt, dass das Klima sich gerade stark verändert, aber meint, das habe mit dem Menschen nichts zu tun, weil unsere Einwirkung auf die natürlichen Prozesse in der Atmosphäre, den Ozeanen, den Eisschilden und den großen Vegetationsgebieten viel zu gering sei, wird im neuen wissenschaftlichen Bericht nichts finden, was ihn umstimmt.

Nichts Neues? Oh doch

Wenn also die neuesten Ergebnisse der Klimaforschung keine grundsätzlich neuen Argumente beinhalten, die Klimawandelleugner beeindrucken könnten, hilft es vielleicht, den Blick von den ganz aktuellen Forschungen zu lösen und zu fragen, wie lange die Wissenschaft eigentlich schon sicher ist, dass die Erhöhung der CO2-Konzentration in dem Ausmaß, wie wir sie gerade erleben, zu dramatischen Klimaveränderungen führen würde. Die Geschichte dieser Erkenntnis ist länger und vielfältiger, als man vielleicht glaubt.

Schon 1681 glaubte Edme Mariotte, dass die Atmosphäre wie eine wärmende Decke wirken könnte, die den Erdboden vor zu schneller Auskühlung schützt – ein Effekt, den Jean Baptiste Joseph Fourier vor rund 200 Jahren mit dem Begriff des Glashauses bezeichnete. 1838 kam der Physiker Claude Pouillet dann auf die Idee, dass vor allem das Kohlendioxid und der Wasserdampf für den Treibhauseffekt verantwortlich sein könnten. Die ersten wissenschaftlichen Bestätigungen wurden experimentell erbracht: Die US-amerikanische Wissenschaftlerin Eunice Newton Foote füllte Glaskolben mit unterschiedlichen Gasgemischen und maß die Temperaturveränderung unter Sonneneinstrahlung. Sie formulierte vor mehr als 150 Jahren sehr klar: „Den größten Effekt der Sonnenstrahlung fand ich in Kohlendioxid. Wenn, wie einige annehmen, in gewissen Zeiten der Erdgeschichte der Anteil dieses Gases in der Luft höher gewesen wäre als heute, müsste das notwendig zu einer höheren Temperatur geführt haben.“ Foote konnte sich – am Vorabend der Industrialisierung – natürlich noch nicht vorstellen, dass sich der Anteil des Kohlendioxids in der Luft in den nächsten anderthalb Jahrhunderten verdoppeln könnte, sonst wäre sie die erste gewesen, die den menschgemachten Klimawandel richtig vorhergesagt hätte.

Wissenschaftler, die sich mit der Temperatur der Atmosphäre in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung beschäftigten, hatten also bereits vor anderthalb Jahrhunderten bestätigt, dass es zu einer spürbaren Erwärmung käme, wenn sich die Konzentration des Kohlendioxids deutlich erhöhen würde.

Bereits 1896 stellte Svante Arrhenius dann ein mathematisches Modell auf Basis der damals aktuellen theoretischen Physik auf, um den Einfluss der Kohlendioxid-Konzentration auf die globalen Temperaturen zu berechnen. Er rechnete aus, dass sich die Temperatur um 6 Grad erhöhen würde, wenn sich die CO2-Konzentration verdoppelt. Das ist im Vergleich mit heutigen Berechnungen etwas zu hoch, aber wenn man bedenkt, mit welchen einfachen Modellen er arbeitete, doch sehr genau.

Verbrennung hat Effekt

Arrhenius war es auch, der 1906 als erster die Verbrennung fossiler Energieträger ins Spiel brachte, die ausreichen könnte, den Erwärmungseffekt hervorzurufen, allerdings glaubte er, dass es noch Jahrhunderte dauern würde, bis die notwendige Menge Kohle verbrannt wäre. Arrhenius’ Berechnungen wurden in den folgenden Jahrzehnten diskutiert und korrigiert. Man kann somit sagen, dass wir seit rund 100 Jahren sicheres theoretisches Wissen über den Effekt der Verbrennung fossiler Energieträger auf die globale Erwärmung haben. Zu den experimentellen Einsichten waren theoretische Erkenntnisse getreten.

Es dauerte nicht lange, bis der erste Forscher auf die Idee kam, nach dem Effekt in den Aufzeichnungen von Wetterstationen zu suchen. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts gab es zuverlässige Aufzeichnungen von Temperaturen an meteorologischen Messstationen. Guy Stewart Callendar veröffentlichte 1938, immerhin vor mehr als 80 Jahren, eine Untersuchung, bei der er Messungen von 147 solcher Stationen zu einer globalen Mitteltemperatur kombinierte und deren Entwicklung über 50 Jahre verfolgte. Er zeigte, dass diese Temperatur in einem Maße anstieg, wie man es aufgrund von Abschätzungen über die Verbrennung von Kohle und Öl erwarten konnte – somit ist er der erste, der den menschgemachten Klimawandel in den realen Wetteraufzeichnungen aufspüren konnte. Zum experimentell nachweisbaren Effekt und zur theoretischen Berechnung war der empirische Nachweis gekommen.

In den folgenden Jahrzehnten wurde der Treibhauseffekt allerdings durch eine andere Auswirkung der Industrialisierung überdeckt: Die Luftverschmutzung führte zu einer Abschattung, die wiederum eine Abkühlung der Atmosphäre zur Folge hatte. Man befürchtete weniger eine globale Erwärmung als vielmehr eine schnelle Abkühlung. Abkühlungen wurden anders als Erwärmungen seit dem Jahr ohne Sommer, 1816, eher als Gefahr gesehen, Missernten und Hungersnöte hervorzurufen.

Erst als in den 1980er- und 90er-Jahren die Luft wieder sauberer wurde und zugleich das Verständnis für die komplexen Auswirkungen einer globalen Erwärmung wuchs, wendete man sich wieder verstärkt dem Treibhauseffekt zu. Nun kam eine weitere Methode der wissenschaftlichen Erforschung hinzu: die Abbildung des Geschehens in komplexen Computermodellen. Mit den Möglichkeiten, in solchen Modellen das wirkliche Geschehen in der Atmosphäre im Schnelldurchlauf abzubilden, hatte man durch die numerische Wettervorhersage schon Erfahrungen gemacht. Es lag nahe, diese Modelle zu erweitern, um verschiedene Szenarien der Klimaentwicklung durchzuspielen und dabei auch die Veränderung der Eismassen, der Ozeantemperaturen und der Vegetation zu berücksichtigen.

Modelle dieser Art werden seit Jahrzehnten in Forschungseinrichtungen weltweit entwickelt. Auf diese Weise wird ein differenziertes Bild zusammengetragen, zudem können Ergebnisse eines Forschungsteams durch andere bewertet und geprüft werden. Zur experimentellen Untersuchung, der theoretischen Analyse und der empirischen Prüfung ist dadurch als weiterer Baustein der wissenschaftlichen Sicherheit über den menschgemachten Klimawandel das Experiment im Computermodell gekommen. Diese vier Säulen der wissenschaftlichen Erkenntnis stützen und bestätigen sich gegenseitig.

Die wissenschaftliche Sicherheit, dass es einen dramatischen Klimawandel gibt, der durch die Produktion von CO2 durch den Menschen verursacht ist, erwächst also nicht allein aus der Beobachtung der globalen Erwärmung und aus Modellrechnungen der vergangenen Jahrzehnte. Vielmehr ließen die frühen experimentellen und theoretischen Arbeiten einen solchen Effekt erwarten, der dann empirisch nachweisbar wurde, verstärkend zeigen Simulationen den Effekt in der gleichen Größenordnung, wie er theoretisch erwartet und empirisch gefunden worden ist. Und so lässt sich mit großer Sicherheit sagen, dass es derzeit einen dramatischen Klimawandel gibt, der seine Ursache vor allem in der Verbrennung von Kohle und Erdöl durch den Menschen hat.