Der Hansen-Faktor
James Hansen ist Leiter des NASA-Klimaforschungsinstituts in New York und einer der prominentesten amerikanischen Klimatologen. Im Sommer 1988 erregte er Aufsehen, als er vor dem US-Kongress drei Szenarien der künftigen Klimaerwärmung präsentierte. Zwanzig Jahre später wissen wir: Hansen hatte damals Recht. Das mittlere Szenario B, von ihm damals als das plausibelste Szenario bezeichnet, trat ein (siehe Diskussion hier).
Nun hat Hansen mit einer neuen Arbeit international ein breites Medienecho ausgelöst – u.a. Guardian, FAZ und taz berichteten, die taz druckte dazu auch ein Interview mit mir, und auch aus der Politik erreichten mich Anfragen dazu. Zu den Koautoren von Hansen bei dieser Studie gehören einige der führenden Paläoklimatologen, wie Jim Zachos von der University of California und Valerie Masson-Delmotte vom Institut Pierre Simon Laplace bei Paris, denen wir wichtige Erkenntnisse über die Klimaentwicklung in der Erdgeschichte verdanken. Daten über diese früheren, natürlichen Klimaveränderungen sind es denn auch, auf denen die Analyse von Hansen und Kollegen beruht. Die wichtigste Folgerung der Autoren lautet, dass die CO2-Konzentration unterhalb von 350 ppm stabilisiert werden muss, um unsere Erde in einem Zustand zu erhalten, „der dem ähnelt, auf dem die Zivilisation sich entwickelte und an den das Leben auf der Erde angepasst ist“. Das ist insofern radikal, als 350 ppm deutlich unterhalb der heutigen CO2-Konzentration liegt, denn der Mensch hat diese bereits von 280 auf derzeit 385 ppm erhöht.
Die Klimasensitivität
Dabei machen sich Hansen et al. ein einfaches Prinzip zu nutze: kennt man den Antrieb früherer Klimaveränderungen (konkret ist das die Veränderung in der Strahlungsbilanz der Erde, gemessen in Watt pro Quadratmeter) sowie die Reaktion des Klimasystems darauf (v.a. die globale Temperaturänderung), dann kann man daraus die Empfindlichkeit des Klimasystems ableiten. Wir nennen dies die „Klimasensitivität“ – genau diese Zahl muss man kennen, um die Reaktion des Klimas auf unsere CO2-Emissionen zu berechnen. (Diese Konzepte werden z.B. in unserem Büchlein „Der Klimawandel“ näher erklärt.) Je empfindlicher das Klimasystem in der Vergangenheit reagiert hat, je heftiger also frühere Klimaveränderungen wie die großen Eiszeiten gewesen sind, desto stärker wird auch die globale Erwärmung ausfallen.
Abschätzungen der Klimasensitivität aus paläoklimatologischen Daten hat es bereits früher gegeben, u.a. aus meiner Arbeitsgruppe am Potsdam-Institut (siehe Studie und PM vom August 2006), und diese sind auch in den letzten IPCC-Bericht eingeflossen. Seit den 1970er Jahren gilt eine globale Erwärmung von 3 ºC bei CO2-Verdopplung als wahrscheinlichster Wert der Klimasensitivität; der neue IPCC-Bericht gibt den Unsicherheitsbereich mit 2 – 4,5 ºC an. Über die bis hierher gesagten Dinge besteht weitgehend Konsens unter Klimatologen.
Neu und kontrovers
Substanziell neu und sicher kontrovers sind zwei Dinge an der Arbeit von Hansen et al.
1. Hansen et al. versuchen aus der Erdgeschichte abzuleiten, bei welcher CO2-Konzentration die Kontinentaleismassen verschwinden. In den letzten 65 Millionen Jahren, also in der Erdneuzeit (Känozoikum), ist die CO2-Konzentration aus natürlichen Gründen (Plattentektonik – auch dies ist in unserem Buch erläutert) langsam abgesunken. Dabei hat das Klima sich immer weiter abgekühlt, bis vor 34 Millionen Jahren die Vereisung begann, zunächst in der Antarktis. Hansen et al argumentieren, dass die Vereisung bei einer CO2-Konzentration zwischen 350 und 500 ppm einsetzte. Auf dieser Basis kommen sie zu dem Schluss, dass eine CO2-Konzentration über 350 ppm die Gefahr birgt, dass die Eismassen abtauen und damit der Meeresspiegel um bis zu 70 Meter ansteigt.
Ich halte diese Abschätzung aus folgendem Grund für fragwürdig. Sie setzt voraus, dass in einem sich abkühlenden Klima die Eismassen bei der gleichen kritischen CO2-Menge zu wachsen beginnen, wie sie in einem sich erwärmenden Klima dann wieder verschwinden. Diese Annahme ist jedoch wahrscheinlich falsch, und zwar aufgrund der Eis-Albedo Rückkopplung. Dadurch stabilisieren Eismassen sich gewissermaßen selbst, indem sie Sonnenstrahlung reflektieren und das Klima abkühlen. Man muss das Klima deshalb stärker aufheizen, um sie wieder loszuwerden. Physiker nennen dieses Verhalten „Hysterese“. Im Grundsatz ist dies für Eismassen seit Jahrzehnten bekannt; eine Untersuchung dieses Hysterese-Verhaltens in unserem Klimamodell haben meine PIK-Kollegen Reinhard Calov und Andrey Ganopolski 2005 publiziert. Die Schwelle zum Abtauen des Eises verschiebt sich dadurch zu deutlich höheren CO2-Werten. Dem entgegen muss man allerdings bedenken, dass ja nicht nur ein völliges Abtauen der Eismassen für die Menschen katastrophale Folgen hätte. Schon ein Eisverlust von 5% würde den Meeresspiegel um über 3 Meter steigen lassen. Die von Hansen et al. untersuchten Paläodaten liefern leider keine Auskunft darüber, bei welchem CO2-Gehalt eine solche 5%-Schrumpfung der Eisschilde zu erwarten wäre.
2. Hansen und Kollegen definieren eine neue Art von Klimasensitivität – nennen wir sie zur Unterscheidung die „Erdsystem-Sensitivität“. Sie unterscheidet sich dadurch von der herkömmlichen Klimasensitivität, dass sie einige sehr langsam wirkende Rückkopplungen einbezieht, die normalerweise in der Klimasensitivität nicht enthalten sind. Insbesondere sind dies Rückkopplungen durch die Veränderungen der Kontinentaleismassen, der Landvegetation und durch klimatisch bedingte Freisetzung von Treibhausgasen wie CO2 und Methan (also nicht direkte menschliche Emissionen). Hansen et al. gehen davon aus, dass diese Rückkopplungen den Klimawandel noch verstärken – dem kann ich zustimmen, denn jeder einzelne dieser Feedbacks ist sehr wahrscheinlich verstärkend. Nicht folgen kann ich jedoch Hansen et al. bei dem Versuch, diese Erdsystemsensitivität aufgrund von Eisbohrkerndaten aus der Antarktis zu quantifizieren – sie kommen auf ein Ergebnis von 6 ºC für CO2-Verdoppelung, also das Doppelte der herkömmlichen Klimasensitivität. Diese Abschätzung hat jedoch eine grundlegende Schwäche. Denn bei der Analyse wird das Wachsen und Schrumpfen der Kontinentaleismassen während der Eiszeitzyklen als verstärkende Rückkopplung auf die CO2-Veränderungen aufgefasst. Wir wissen jedoch, dass diese Vereisungen direkt durch Veränderungen in der Erdbahn und die damit verbundene starke Veränderung der saisonalen Sonneneinstrahlung ausgelöst wurden (die Milankowitsch-Zyklen – sorry, wenn ich auch hier für Näheres auf unser Buch verweise). Damit wird diese Rückkopplung von Hansen et al. zwangsläufig stark überschätzt.
Fazit
Die neue Hansen-Arbeit bringt viele richtige und bedenkenswerte Argumente vor. Zu Recht lenkt sie den Blick darauf, dass die Erdgeschichte für ein instabiles Klimasystem spricht, das auf Störungen heftig reagiert. Diese Argumentation stützt auch der IPCC-Bericht, der ein 65-seitiges Kapitel zu den natürlichen Klimaveränderungen der Erdgeschichte enthält (disclosure: ich bin einer der Autoren dieses Kapitels). Bei den Diskussionen innerhalb des IPCC gab es tatsächlich eine gewisse Spannung zwischen den Paläoklimatologen und den „Zukunftsmodellierern“ (IPCC-Kapitel 10), weil erstere die Folgen unserer Treibhausgasemissionen eher noch pessimistischer einschätzen – zum Beispiel in der viel diskutierten Meeresspiegelfrage. Während ich also qualitativ Hansens Argumentation teile, halte ich seine quantitativen Abschätzungen aus den oben genannten Gründen für nicht überzeugend.
Regelrecht falsch waren einige der Medienberichte. Der Guardian zitierte Hansen mit der Aussage, das EU-Ziel von einer CO2-Stabilisierung bei 550 ppm sei viel zu lasch und müsse radikal revidiert werden. Dies ist insofern falsch, als die EU überhaupt kein 550-ppm Ziel verfolgt. Das übergeordnete EU-Ziel ist die Begrenzung der globalen Erwärmung auf maximal 2 ºC. Dabei ist den maßgeblichen EU-Politikern völlig klar, dass dazu eine Stabilisierung der Treibhausgase deutlich unterhalb von 450 ppm CO2-äquivalent nötig ist – das steht im IPCC-Bericht, und daran orientiert sich ja auch die EU-Politik, den Ausstoß von Treibhausgasen global bis 2050 mindestens zu halbieren und in Europa sogar um 80% zu reduzieren. Hansens 350 ppm beziehen sich auf CO2 alleine – die maximal 450 ppm der EU dagegen auf alle Treibhausgase zusammengerechnet und als CO2-äquivalent angegeben. Diese Werte liegen daher gar nicht weit auseinander. Das sieht man auch daran, dass Hansen die Begrenzung der weiteren Erwärmung (ab heute) auf 1 ºC für notwendig hält – 1 Grad ab heute sind aber 1,7 oder 1,8 Grad über der vorindustriellen Temperatur, sehr ähnlich dem 2-Grad-Limit der EU. Der IPCC-Bericht sagt dazu (WG3, Tabelle SPM 5), dass eine Stabilisierung bei 350-400 ppm CO2, entsprechend 445-490 ppm CO2-äquivalent, zu einer Erwärmung um 2,0- 2,4 ºC führen würde (über das vorindustrielle Niveau). Damit unterscheiden sich Hansens Zahlen nur wenig von denen des IPCC und den Zielen der EU. Einen Frontalangriff auf den IPCC stellen sie jedenfalls nicht dar, wie es von einigen Journalisten interpretiert wurde.
Damit gibt diese neue Arbeit auch keinen Anlass zu einem radikalen Umdenken in der EU-Klimapolitik. Diese Politik hat m.E. die richtigen Ziele – allerdings müssen sie auch konsequent umgesetzt werden.
p.s. Zwei aktuelle Kurzmeldungen:
Die NOAA hat bekannt gegeben, dass der März 2008 über den Landgebieten der Erde der wärmste März seit Beginn der Aufzeichnungen vor 129 Jahren gewesen ist.
Unser englisch-sprachiges Schwesterblog realclimate ist von TIME Magazine unter die 15 besten Klima- und Umweltsites gewählt worden.
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Man nimmt einen Eisenstab und erhitzt das Ende A mit einem Bunsenbrenner. Am anderen Ende B wird es nach einiger Zeit warm. Dann steckt man das Ende A in flüssigen Stickstoff. Am Ende B wird es nach einiger Zeit kalt. Die Materialeigenschaften von Eisen sind bekannt.
Man kann aus dem Temperatursignal am Ende B also genau zurück berechnen, wie warm, bzw. kalt es am Ende A zur Zeit t war. Auf diesem Prinzip basiert die Bohrlochinversion. Ein simples Verfahren, dass genaue Rückschlüsse auf die vergangene Oberflächentemperatur zulässt.
Das Sauerstoffisotop 18O ist hingegen ein Temperatur-Proxy, der auf Verdunstung/Kondensation reagiert. Daraus schließt man indirekt auf die Temperatur der Vergangenheit.
- Bitte diskutieren Sie das woanders. Danke.
Die Redaktion -
@ ohne Worte
Niemand hier im Forum wird die MWP bestreiten.
Ich bestreite jedoch, dass es in der MWP global wärmer war als heute. Es ist durchaus möglich und sogar wahrscheinlich, dass es lokal in der MWP wärmer war als heute, so möglicherweise auch in Grönland. Genauso wird es heute global deutlich wärmer, während die Westantarkis abkühlt. Die momentane Abkühlung der Westantarktis ändert aber NICHTS an der globalen Erwärmung.
Was wollen Sie uns folglich hiermit genau sagen?
"Bohrlochinversionen aus aller Welt (nicht nur in Grönlad)..."
"Ein wesentlicher Unterschied zwischen Ihnen und mir ist, dass ich Naturwissenschaftler bin, mir aber nicht anmaße, beim Thema AGW wissenschaftlich mitreden zu können."
Und warum schreiben Sie dann dazu?
"Niemand hier im Forum wird die MWP bestreiten.
Ich bestreite jedoch, dass es in der MWP global wärmer war als heute. Es ist durchaus möglich und sogar wahrscheinlich, dass es lokal in der MWP wärmer war als heute, so möglicherweise auch in Grönland..."
1. Handelt es sich um "Bohrlochinversionen aus aller Welt (nicht nur in Grönlad)..."
2. Auf einmal kühlt sich auch die Westantarktis ab und nicht nur die Ostantarktis?
Herr Rahmstorf,
#Das von Maxeiner wiederholt gelobte „Schröter-Institut zur Erforschung von Zyklen der Sonnenaktivität“ bestand nach Auskunft von Prof. Schönwiese (der das "Institut" besucht hat) allein aus dem inzwischen verstorbenen pensionieren Juristen Theodor Landscheidt.#
# Schroeter Institute for Research in Cycles of Solar Activity,
11227 Cabot Trail, Belle Côte, Nova Scotia B0E 1C0, Canada.#
#He was a long time member of the Foundation for the Study of Cycles, author and publisher of many papers on cycles.#
http://www.cyclesresearchinstitute.org/...ome.html
Da lag Herr Schönwiese wohl etwas daneben.
Krishnag, Thorsten, Ohne Wort!
Eure Streitigkeiten könnt ihr bitte auf ökologismus austragen. Es ist nervig und ärgerlich, wenn diese Dinge jetzt über alle Blogs verteilt werden. Was soll der sch...?
Wenn ihr nicht diskutieren wollen, dann haltet euch hier doch einfach fern.
Völlig verärgert
Steve
@ ohne Worte
"Auf einmal kühlt sich auch die Westantarktis ab und nicht nur die Ostantarktis?"
Sorry, war ein Freud'scher Versprecher von mir, ich meinte natürlich die Ostantarkis.
"Und warum schreiben Sie dann dazu?"
Weil ich mich für das Thema sehr interessiere und dazulernen möchte.
"Handelt es sich um "Bohrlochinversionen aus aller Welt (nicht nur in Grönlad)..."
Es gibt unzählige Messergebnisse und Proxydaten "aus aller Welt", die belegen, dass es in der MPW global nicht wärmer war als heute..., gebietsweise sogar deutlich kühler...
@ Steve Horn
Sorry, ich gebe mir schon Mühe mich zurückzuhalten, aber bei der Vielzahl sachfremder und polemischer Beiträge von Krishnag & Co fällt mir das mitunter schwer.
- Diskutieren Sie das Bitte wo anders aus. Danke.
Die Redaktion -
Der letzte Eintrag (Tages-Notizen...) auf der Web-Seite des Schroeter-Institutes ist von Juni 2004.
Seitdem ruht dort die Arbeit ... seit Theodor Landscheid verstorben ist.
Offenbar lag Herr Prof. Schoenwiese doch nicht so ganz daneben.
Schönwiese war in Bremen, die andere Adresse in in Canada, war Schönwiese da auch ??
[Antwort: Herr Landscheidt hat jahrelang in Kanada gelebt, bevor er wieder nach Bremen zurück kam, daher war die Adresse seines Ein-Mann-Instituts zeitweise dort. S.R.]
@Steve Horn
Ich kann auf solche Diskussionen gern verzichten, unabhängig davon sind sie auf Oekologismus.de nicht möglich, da "Thorsten" dort wegen wiederholter Trollerei auf Dauer gesperrt wurde.
[Antwort: Danke für die Belehrung. Wie Sie im letzten Satz sagen: die frühere Temperatur wird berechnet. Die Lösung dieser Inversionsrechnung ist nicht eindeutig, es gibt unendlich viele Lösungen, daher muss man Modellannahmen treffen, um den Satz einzuschränken. S.R.]
Herr Rahmstorf, meine Anmerkungen waren gewiss nicht als Belehrung gedacht, sonder als anschauliches Beispiel für Mitleser.
Eine Korrektur hielt ich für angebracht, da nicht die heutigen Temperaturen gemessen werden, sondern ein Abbild der Temperaturen der Vergangenheit.
Sie sagen: „Die Lösung dieser Inversionsrechnung ist nicht eindeutig, es gibt unendlich viele Lösungen,…“
Dem zweiten Teil der Aussage stimme ich zu , den ersten Teil der Aussage nicht.
Für jedes Bohrlochprofil erhält man eine Vielzahl von Lösungen, die dicht beieinander liegen, ja nahezu deckungsgleich sind. Hieraus ergibt sich für jedes einzelne Bohrloch der Welt eine eindeutige Lösung/Temperaturgeschichte mit eingegrenzten Fehlerbereich.
Ich möchte zwei Beispiele nenne:
1. Vor einiger Zeit bin ich mit einer 5 m langen Temperatursonde auf Exkursion gewesen. Die Sonde wurde im sandigen Untergrund eingesetzt. In der Nähe befand sich eine Messstation. Die Stationsdaten (Jahresgang der Oberflächentemperatur) hatte ich. Hieraus habe ich ein Temperaturprofil berechnet, welches ich mit der Temperatursonde im Untergrund/Sand messen sollte. Die Sondenmessungen fanden im Herbst und Frühjahr statt. Beide Messungen zeigten genau die Temperaturprofile, welches ich zuvor berechnet hatte.
Weiterhin habe ich aus den Messprofilen im Sand den vergangenen Jahresgang der Oberflächentemperatur berechnet. Dieser stimmte hervorragend mit den Daten der benachbarten Messstation überein.
2. Hugo Beltrami hat mir vor einiger Zeit die Temperaturdaten aus einem ca. 400 m tiefen Bohrloch in Kanada zukommen lassen. Hier das Temperaturprofil:
http://geophysics.stfx.ca/public/borehole/fig1.gif
Im linken Teil der Abbildung sieht man das gemessene Temperaturprofil (durchgezogene Linie) und den geothermischen Hintergrundgradieneten (gestichelte Linie, 10 mK/m). Der rechte Teil der Abbildung zeigt die Oberflächenstörung, ohne Hintergrundgradient und auf eine Nulllinie gebracht. Im Tiefenintervall 0-130 m ist die Störung positiv (Warmzeit). Im Tiefenintervall 130-300 m ist die Störung negativ (Kaltzeit). Das sehe ich alleine aus dem Profil, ohne jede weitere Berechnung.
Aus der Tiefenlage z kann ich ermitteln, zu welcher Zeit t die Störung an der Oberfläche aufgetreten ist. Dazu brauche ich lediglich die Temperaturleitfähigkeit des Untergrundes. Die ist bekannt.
Aus der Amplitude der Störung und deren Tiefenlage kann ich direkt die Signalstärke an der Oberfläche dT berechnen. Alles ohne weitere Modellannahmen.
Ergebnis: Die positive Temperaturstörung im Tiefenintervall 0-130 m stellt einen Temperatursprung zwischen 1850-2000 von ca. 2°C dar. Die negative Temperaturstörung im Tiefenintervall 130-300 m stellt die sog. kleine Eiszeit dar. Tiefer reicht das Bohrloch leider nicht, sonst könnte man auch die mittelalterliche Warmzeit erfassen.
Es gibt keine Vielzahl nicht eindeutiger Lösungen, sondern eine Vielzahl eindeutiger Lösungen und das ohne komplexe Modellannahmen. Hugo Beltrami ist zum selben Ergebnis gekommen wie ich. Warum Sie weiter auf unzuverlässige Proxydaten wie 18O und Baumringe setzen bleibt mir ein Rätsel. Vielleicht, weil diese Daten keine großen Temperatursprünge anzeigen?
Bohrlochdaten aus aller Welt zeigen den Peak der mittelalterlichen Warmzeit und kleinen Eiszeit. Auf der SH waren die Temperaturstörungen lediglich schwächer ausgeprägt als auf der NH. Es handelt sich eindeutig nicht um lokale Ereignisse, sondern um globale. Ebenso ist aus Bohrlochdaten bekannt, dass das Optimum des Holozäns die ausgeprägteste Warmzeit der letzten 10000 Jahre war. Funde unter den zurückweichenden Gletschern z.B. in den Alpen und in den Anden bestätigen das. Ich frage mich, warum man versucht die Temperatursprünge der Vergangenheit klein zu reden und aufs lokale zu reduzieren?