Wie CO2 das Klima seit Milliarden Jahren kontrolliert. Richard B. Alley’s Sternstunde auf der AGU Konferenz.

20.Dezember 2009

Die Wissenschaft kommt meist in kleinen Schritten in einem mühsamen Prozess voran, oft mit Widersprüchen, die auch über längere Zeit ungeklärt bleiben können. Dann gibt es immer wieder Phasen, in denen sich viele dieser Sysiphusarbeiten zu einem konsistenten Gesamtbild zusammenfügen. Manche erfahrene Forscher haben das Talent, dieses Gesamtbild in anschaulicher und verständlicher Form zu präsentieren – der Vortrag den Richard B. Alley jetzt im Dezember an dem AGU Meeting (American Geophysical Union) gehalten hat mit dem Titel:  The Biggest Control Knob – Carbon Dioxide in Earth’s History gehört zu diesen Sternstunden der Wissenschaft. (Beim regelmässigen Durchstöbern der wichtigsten Klimablogs bin ich in Climate Progress auf diesen Vortrag gestossen).

Ein Wissenschaftskrimi sondergleichen ist vor allem Alley’s Bericht über die 100 Millionen bis mehrere Milliarden Jahre zurückliegenden Schwankungen des Erdklimas und über die Forschungsmethoden, die darüber zunehmend quantitativen Aufschluss liefern (er fasst auch die Vorgänge während der Eiszeitzyklen der letzten 500 000 Jahre kurz zusammen, über die wir in einem früheren Beitrag berichtet haben). Zwar sind die Daten verständlicherweise nicht so präzis wie die dieser jüngeren Vergangenheit, über die die Eisbohrkerne sehr präzise Daten liefern, trotzdem ergeben sich äusserst spannende und vielfältige Erkenntnisse, weil in dieser Zeit grosse Veränderungen und Extremereignisse stattfanden.

So war die Erde vor etwa 600 Mio Jahren längere Zeit weitgehend, bis in Äquatornähe mit Eis bedeckt  – “snowball earth” – dies kann man durch Gesteinsuntersuchungen nachweisen. Während solcher Perioden akkumuliert sich das von Vulkanen ausgestossene CO2 in der Atmosphäre, da der langfristige Abbau des CO2 (die Zeitskala dafür ist ca 0.5 Mio Jahre), der durch Reaktionen mit dem Gestein stattfindet, behindert ist. Irgendwann überwiegt dann der Treibhauseffekt des CO2 gegenüber dem Albedoeffekt der Eisbedeckung, die Temperatur steigt, das Eis schmilzt, das CO2 reagiert wegen der hohen Temperatur und der hohen Konzentration besonders stark mit dem Gestein. Wenn das stimmt, dann muss über den Gesteinsschichten der Gletscher-Phase eine Gesteinsformation liegen, die aus der Reaktion mit CO2 entstanden ist. Und diese Vorhersage liess sich tatsächlich an verschiedenen Stellen auf der Erdoberfläche nachweisen!

snowball-earth

Bild aus swisseduc: Felsbrocken, die von Gletschern transportiert wurden in einer Gessteinsschicht aus der Gletscherphase in Narachaampspos, Kaokoveld, Namibia. Darüber eine Schicht von Karbonat-Gestein mit Forscher Paul Hoffman, der auf die Übergangszone der beiden Schichten deutet. Photo M. J. Hambrey.

Eine ganze Palette von höchst raffinierten Methoden wurde entwickelt, um den CO2 Gehalt aus der Analyse von Einschlüssen in Gesteinen oder Sedimenten zu rekonstruieren. Die Methoden sind unabhängig und liefern erstaunlich konsistente Resultate.

CO2 400 Mio

Bild aus dem Vortrag von Alley. Die verschieden farbigen Kurven und die grüne Fläche zeigen die Rekonstruktionen des CO2 Gehalts mit verschiedenen unabhängigen Methoden (linke Skala). Die blauen Flächen zeigen die Eisbedeckung von Norden her in tiefere Breiten reichend. Aufgetragen über der Zeitachse von vor 400 Mio Jahren bis heute. Auf einen Blick überdeutlich erkennbar: Hohes CO2: niedrige Eisbedeckung, niedriges CO2: hohe Eisbedeckung.

Spannend sind die verschiedenen Methoden zur Bestimmung des CO2. Die  C-Isotopenzusammensetzung von Pflanzenresten (Alkenone = langlebige organische Verbindungen von Phytoplankton) ist ein Indikator. Bei hoher CO2 Konzentration bevorzugen Pflanzen das leichte Isotop, bei geringer Konzentration nehmen sie mehr vom schwereren auf (orange Kurve). Der Borgehalt von Foraminiferen (einzellige gehäusetragende Lebewesen im Meer) ist ein Indikator. Bei saurem Wasser verändert sich auch die für die Lebewesen wichtige Borchemie und CO2 beeinflusst den Säuregehalt (rote Kurve). Die Stomata (die kleinen Öffnungen in den Blättern durch die die Pflanzen atmen) bilden sich in CO2 reicher Luft kleiner aus, sie können auch dann genügend CO2 aufnehmen und sparen Wasser (grüne Kurve). Die grüne Fläche sind Ergebnisse aus wiederum völlig unabhängigen Modellierungen aufgrund der Vulkantätigkeit und von Abbauprozessen. Diese völlig verschiedenen Methoden liefern eine faszinierende Übereinstimmung für Vorgänge vor mehreren 100 Mio Jahren!

Die im Zusammenhang mit unserem Klimaproblem spannende Frage ist: kann man aus diesen Daten die Klimasensitivität ( Temperaturanstieg bei einer Verdoppelung des CO2) ermitteln?

Sensitivität

Bild aus dem oben zitierten Vortrag von Alley.

Nimmt man in der Modellierung eine niedrige Sensitivität von 1,5 Grad an (rote Kurve) oder eine hohe von 6 Grad (grüne Kurve), dann liegen die damit konsistenen Werte des CO2 entweder viel zu hoch oder viel zu tief gegenüber den gemessenen Werten (gestrichelte Kurve). Die beste Übereinstimmung erreicht man mit einer Sensitivität von 3 Grad (blaue Kurve). Dies ist der Wert, der vom IPCC mit völlig anderen Methoden als der wahrscheinlichste ermittelt wurde. Was für eine schöne Bestätigung mit ganz unabhängigen Methoden und Messungen!

In dem Vortrag von Alley werden noch viele weitere faszinierende Beispiele gezeigt (Great Dying, Saurian Sauna, LPTM). Er bringt auch Beispiele, die eine Beurteilung von Alternativerklärungen ermöglichen. Können die kosmischen Strahlen die Wolkenbildung und damit das Klima beeinflussen, diese These taucht immer wieder auf. Vor 40 000 Jahren war das Erdmagnetfeld eine Zeit lang praktisch Null, die kosmische Strahlung erreichte deshalb auf der Erdoberfläche hohe Werte. Auf die Temperatur hatte das keinen nachweisbaren Einfluss – diese These ist damit widerlegt.

Richard Alley erwähnt in dem Vortrag, dass als er sein Studium begann in der Klimageschichte noch einige Widersprüche und Diskrepanzen existierten, die durchaus Zweifel an den Erklärungen aufwarfen. Inzwischen sind diese alle geklärt worden – es gibt sie nicht mehr. CO2 und Temperatur verlaufenen über die Jahrmilliarden in engem Zusammenhang.

Dabei ist CO2 entweder Antrieb der Veränderungen (z.B. bei der Erwärmung nach dem snowball), oder in anderen Phasen folgt die CO2 Änderung einer Temperaturänderung die durch einen anderen Antrieb verursacht wird (z.B. bei den Eiszeitzyklen durch Veränderungen der Sonneneinstrahlung. Die genaue Ursache des Anstiegs von CO2 während der Eiszeitzyklen ist Forschungsgegenstand, am wahrscheinlichsten ist die Freisetzung von CO2 aus tiefen Meeresschichten). Entscheidend ist: woher der CO2 Anstieg kommt, ist für die Wirkung ohne Einfluss. Heute kann klar festgestellt werden: CO2 kontrolliert das Klima. Es gibt noch andere Einflüsse, diese sind im Vergleich viel kleiner.  Es gibt auch noch viel zu erforschen, aber ohne den Einfluss von CO2 geben die vielen Beobachtungen keinen Sinn, mit CO2 passt alles zusammen – ausserdem passt es zu den Gesetzen der Physik.

Autor: Klaus Ragaller

Artikel gespeichert unter: Klima

bisher 4 Kommentare Eigenen Kommentar schreiben

  • 1. Die Klimakrise » Ri&hellip  |  27.Dezember 2009 at 20:30

    [...] Hoffmann hatte bereits darauf hingewiesen, ebenso wie Klaus Ragaller, Chris Colose, Joe Romm und Michael Tobis, um nur einige zu [...]

  • 2. Lohas News – Rundsc&hellip  |  04.Januar 2010 at 20:55

    [...] Wie CO2 das Klima seit Milliarden Jahren kontrolliert Richard B. Alley’s Sternstunde auf der AGU Konferenz weiterlesen [...]

  • 3. WoKi  |  16.Januar 2010 at 01:16

    Diese Angaben wiedersprechen anderen Paläoklimatischen Aussagen von anderen seriösen Wissenschaftern.

    Siehe:
    http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph10/umwelt-technik/13treibhaus/co2/kohlendioxid_alt.htm

  • 4. Klimablog » Die gro&hellip  |  02.Februar 2010 at 10:29

    [...] Jahre  (Känozoikum oder englisch Cenozoic) möglich geworden (siehe auch unseren früheren Beitrag dazu). In diesem Zeitraum gab es viel grössere Temperaturunterschiede als während der [...]

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