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Die Argumente der Klimaskeptiker I – Treibhauseffekt und Wolken

Die Klimaskeptiker

In letzter Zeit werden in der Öffentlichkeit zunehmend Stimmen laut, die einen menschengemachten Klimawandel, in Richtung einer globalen Erwärmung mit möglicherweise katastrophalen Folgen für unsere Lebensbedingungen auf der Erde, grundsätzlich bestreiten. Nicht der Mensch, sondern die Natur bestimme das Klima, so lässt sich die Kernthese der sogenannten Klimaskeptiker zusammenfassen. Alle Klimaschutzmassnahmen sind reine Geldverschwendung, behindern lediglich den wirtschaftlichen Fortschritt und gefährden darüber hinaus auch noch die persönliche Freiheit der Menschen, heisst es. Mit dieser Ansicht stehen die Klimaskeptiker allerdings gegen die Mehrheit der Wissenschaftler, insbesondere der hauptberuflichen Klimaforscher. Von Politik und veröffentlichter Meinung werden die klimaskeptischen Argumente daher oft ignoriert oder einfach nicht ernst genommen. Das muss aber noch lange nicht heissen, dass die Klimaskeptiker Unrecht haben, denn auch die Mehrheit kann schliesslich irren. In letzter Zeit gewannen die Klimaskeptiker in der Öffentlichkeit sogar an Boden. Eine Gruppe von Wissenschaftlern, darunter auch einige Meteorologen und Klimaforscher bekannte sich offen zu klimaskeptischen Ansichten und gründete, unter der Führung  des anerkannten amerikanischen Atmosphärenphysikers Prof. Fred. Singer, einen Nongovernmental International Panel on Climate Change (Internationale Nichtregierungskommission zum Klimawandel, NIPCC). Diese Organisationveröffentlichte  im März 2008 einen Klimareport, der dem offiziellen Bericht des von der UNO eingesetzten Weltklimarates, des International Panel on Climate Change (Internationale Regierungskomission zum Klimawandel, IPCC) aus dem Jahre 2007 direkt widersprach. Das IPCC hatte darin zum wiederholten Male vor den verhängnisvollen Folgen eines menschengemachten Klimawandels eindringlich gewarnt.

Schauen wir uns nun die wichtigsten Argumente der Klimaskeptiker einmal näher an.

Die Argumente

1. Kritik des Treibhauseffekts

Einige Klimaskeptiker bestreiten rundweg, dass es einen atmosphärischen Treibhauseffekt durch Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Lachgas (N2O), Ozon (O3) überhaupt gibt. Eine Erwärmung der Erdoberfläche durch die in den meisten Fällen kälteren Treibhausgase widerspreche dem 2.Hauptsatz der Thermodynamik. Dieser  beschreibt die auch aus dem Alltag bekannte Tatsache, dass Wärme stets von der wärmeren auf die kältere Substanz übergeht, aber niemals umgekehrt. 

Kann der Treibhauseffekt also überhaupt funktionieren? Sehen wir genauer hin:  Die Strahlung der Sonne wird vom Erdboden absorbiert und in Wärme umgewandelt. Der Erdboden heizt einerseits von unten die Atmosphäre, gibt andererseits aber auch einen Teil der Wärme direkt als Infrarotstrahlung wieder in Richtung Weltraum ab. Davon absorbieren aber die infrarotaktiven Treibhausgase wiederum bestimmte ausgewählte Wellenlängen, welche ihren jeweils möglichen Eigenschwingungen entsprechen. Einen Grossteil der so empfangenen Energie geben sie durch Zusammenstösse an Nachbarmoleküle ab, und die Atmosphäre erwärmt sich. Die Treibhausgase strahlen aber auch im Infraroten, einen Teil  die Erde in Richtung Weltraum, den anderen Teil als Gegenstrahlung  in Richtung Erdboden. Insbesondere die infrarote Gegenstrahlung aus höheren Luftschichten erreicht aber nicht direkt den Erdboden, sondern wird unterwegs durch noch nicht angeregte Treibhausgasmoleküle absorbiert. Diese geben anschliessend ihrerseits wieder Infrarotstrahlung mit den gleichen Wellenlängen ab, die zuvor absorbiert wurden. Nach und nach arbeitet sich die Gegenstrahlung nach unten durch, um dann aus maximal einigen hundert Metern Höhe direkt den Erdboden zu erreichen. In dieser Höhe ist der Temperaturunterschied zum Erdboden oft nicht mehr sehr gross.

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Energiebilanz der Erde Quelle: NOAA

Und was passiert dort? Die Energie der Moleküle des Erdbodens ist entsprechend der Bodentemperatur statistisch verteilt, wobei Wechselwirkungen der Moleküle untereinander auch eine wichtige Rolle spielen. Die durchschnittliche Energieverteilung der Moleküle definiert also  die Temperatur des Erdbodens. Dasselbe gilt analog für die Moleküle der Treibhausgase, aber mit einer Energieverteilung hin zu niedrigeren Werten, da die Treibhausgase kühler sind als der Erdboden. Die Infrarotphotonen der Gegenstrahlung sind dementsprechend im Durchschnitt energieärmer. Treffen sie nun auf den Erdboden, so können sie dort nur Moleküle mit noch niedrigerer Energie anregen, was aber für eine Erwärmung ausreicht, verschiebt sich dadurch doch die statistische  Energieverteilung aller Moleküle des Erdbodens zu höheren Werten.

Die Wärme fliesst so im Endeffekt eindeutig vom wärmeren Erdboden zur kühleren Atmosphäre mit den Treibhausgasen und dann weiter in Richtung Weltraum. Demnach funktioniert der Treibhauseffekt sehr gut, denn der 2. Hauptsatz der Thermodynamik wird nicht verletzt! 

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Die infrarote Gegenstrahlung durc die Treibhausgase läaast sich messen. Die Abbildung zeigt sehr schön die Übereinstimmung von Computermodell und Wirklichkeit. Bei bedecktem Himmel ist die Gegenstrahlung deutlich stärker, weil Wolken ebenfalls die infrarote Abstrahlung des Erdbodens absorbieren. Im Gegensatz zu den nur bei bestimmten Wellenlängen infrarotaktiven Treibhausgasen sind Wolken aber kontinuierlich infrarotaktiv und erzielen aher auch einen deutlich stärkeren Treibhauseffekt. Quelle: Wikipedia

Der durch die infrarote Gegenstrahlung der Treibhausgase zusätzlich erwärmte Erdboden gibt dann dem Temperaturanstieg entsprechend mehr Wärme ab; als Infrarotstrahlung   in den Weltraum, mit Wellenlängen bei denen die Treibhausgase nicht absorbieren können (Infrarotfenster), aber auch direkt an die unteren Luftschichten, wodurch wiederum die Konvektion (Luftumwälzung) zunimmt. Letztendlich stellt sich  ein neues Gleichgewicht von Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe auf einem höherem Temperaturniveau ein.

Die Wirkungen der Treibhausgase addieren sich, können sich aber auch gegenseitig (überproportional) verstärken. Nimmt beispielsweise die Konzentration von CO2 in der Luft zu, so wird es zunächst nur ein wenig wärmer. Die wärmere Luft kann jedoch mehr Feuchtigkeit (H2O) aufnehmen. H2O ist aber ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als CO2 und verstärkt so den anfangs relativ geringen Treibhauseffekt des CO2. Ohne Treibhausgase würde auf der Erde eine durchschnittliche Oberflächentemperatur von nur -18°C herrschen, zu kalt für höheres Leben. Mit Treibhausgasen sind es jedoch lebensfreundliche +15°C.

Diese sogenannte Wasserdampfverstärkung sorgt dafür, dass bei einer Verdopplung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre gegenüber dem vorindustriellen Niveau (280 ppm, parts per million), die globale Durchschnittstemperatur nicht nur um 1°C, sondern um mindestens das Doppelte ansteigt. Die Wirksamkeit dieser Wasserdampfverstärkung wird durch den amerikanischen Klimaforscher Prof. Richard Lindzen, der übrigens den Treibhauseffekt ausdrücklich bejaht, mit seiner Iris-Hypothese infrage gestellt.

2. Wolken bremsen die globale Erwärmung

Richard Lindzen, Professor der Meteorologie am Massachusetts Institute of Technology (MIT) befasste sich mit der Wasserdampfverstärkung und wählte für seine Untersuchungen die pazifische Region der Tropen, wo die Wassertemperaturen des Ozeans im Durchschnitt besonders hoch sind.

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Prof. Richard Lindzen Quelle: http://www.flickr.com/

Dabei konnte er zeigen, dass die Luftfeuchtigkeit in der Troposphäre -der untersten Atmosphärenschicht, in der sich das meiste Wettergeschehen abspielt- dort am höchsten ist, wo sich auch die meisten Wolken bilden. Wolken sind demnach also die Hauptquellen für Luftfeuchtigkeit.

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Wolken bilden sich, wenn erwärmte, durch Wasserverdunstung feuchte Luft aufsteigt und abkühlt bis bei Erreichen des Kondensationsniveaus winzige Wassertröpfchen entstehen, die zusammen die Wolke bilden. Die dabei  freigesetzte Kondensationswärme (latente Wärme) entspricht der Wärmeenergie, die zuvor notwendig war, um das Wasser zu verdunsten. Diese latente Wärme gibt der aufsteigenden Luft zusätzlichen Auftrieb und verstärkt so noch die Wolkenbildung. Diese funktioniert aber nur dann richtig, wenn kleine Partikel als Kondensationskeime für die Wolkentröpfchen vorhanden sind.  Je mehr Kondensationskeime vorhanden sind, umso kleiner sind die Wassertröpfchen und umso heller daher die Wolke. Bei den Kondensationskeimen kann es sich um Minerale,  Staub- und Russteilchen,  Sulfataerosole, aber auch um biologische Materialien handeln. Über den Tropen bilden sich in hochreichenden Konvektionszellen mächtige Cumuluswolken (Gewitterquellwolken) mit einem  „Amboss“ aus Cirruswolken (Cirrenschirm). Immer wieder gibt es heftige Niederschläge, oft auch mit Hagel. Die unterhalb des Amboss absinkende und sich dabei erwärmende Luft bremst das Wachstum darunter befindlicher kleinerer Cumuluswolken. Die absinkenden Luftmassen unter dem Amboss wirken so als Sperrschicht (Inversion). Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/

Lindzen fand durch die Auswertung von Satellitendaten und -bildern heraus, dass mit zunehmenden Wassertemperaturen der Anteil der hohen Eiswolken (Cirrus) im Verhältnis zu den dazugehörenden niedrigeren Quellwolken (Cumulus)zurückgeht.

Da Cumuluswolken abkühlend, Cirruswolken aber erwärmend wirken, ist das gleichbedeutend mit einer negativen Rückkopplung, welche der auslösenden Erwärmung der Wasseroberfläche entgegenwirkt. Das ist so ähnlich wie bei einer Irisblende, die sich bei zunehmendem Lichteinfall immer weiter schliesst und so eine Überbelichtung verhindert.

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Wirkung der Wolken: Bei den verschiedenen Wolkenarten überwiegt entweder die abkühlende oder die erwärmende Wirkung: Die Wassertröpfchen in der Konvektionszone einer Quellwolke reflektieren die Sonnenstrahlen fast vollständig und wirken daher abkühlend. Die Eiswolken des Amboss (Cirrenschirm) lassen zwar das meiste Sonnenlicht hindurch, absorbieren aber sehr effektiv die Infrarotstrahlung vom Boden und erwärmen sich dabei. Ein erheblicher Teil der Wärme erreicht als infrarote Gegenstrahlung wieder den Erdboden, nur ein verhältnismäsig kleiner  Rest wird in den Weltraum abgestrahlt, da die Wolkenoberseite sehr kalt ist. Cirruswolken wirken daher insgesamt gesehen erwärmend. Die tiefen geschichteten Quellwolken unterhalb des Amboss reflektieren genauso wie die hohen Quellwolken der Konvektionszone das Sonnenlicht sehr gut, absorbieren aber auch die Infrarotstrahlung vom Erdboden. Da diese tiefen Wolken aber wegen ihrer warmen Oberseite davon praktisch genau soviel in den Weltraum abstrahlen, wie sie als Gegenstrahlung zum Erdboden zurückschicken, überwiegt eindeutig die abkühlende Wirkung dieser tiefen Wolken. In den wolkenfreien und trockenen Regionen wird das meiste Sonnenlicht von der Erdoberfläche absorbiert, andererseits erreicht die folgende Infrarotabstrahlung aber auch nahezu ungehindert den Weltraum. Quelle:  http://earthobservatory.nasa.gov/

Lindzen erklärt den Rückgang der Cirruswolken bei zunehmenden Wassertemperaturen mit einer beschleunigten Bildung von Regentropfen in den Konvektionszellen der dazugehörigen Quellwolken. Die Regentropfen wachsen natürlich umso schneller, je mehr Luftfeuchtigkeit zur Verfügung steht. Überschreiten die Tropfen jedoch ein kritisches Gewicht, so können sie nicht mehr von den Aufwinden innerhalb der Konvektionszone der Wolke in grössere Höhen getragen werden, um zu gefrieren und als Material für die hohen Cirruswolken zu dienen.

Lindzen geht davon aus, dass der von ihm gefundene Iris-Effekt den Effekt der Wasserdampfverstärkung in etwa aufhebt, so dass nur noch ein 1°C Temperturanstieg bei CO2-Verdopplung übrigbleibt.

Eine im Jahre 2007 veröffentlichte Studie von Klimaforschern an der University of Alabama in Huntsville bestätigt eindrucksvoll den Iris-Effekt nach Lindzen. Das Wissenschaftlerteam untersuchte das Auftreten regelmässiger 30-60 Tage währender Temperaturschwankungen in den Tropen („intraseasonal oscillations“)anhand von Wettersatellitenaufzeichnungen über 6 Jahre. Immer wenn die Wasser-und Lufttemperaturen anstiegen und die Niederschläge zunahmen, ging der Anteil der Cirruswolken relativ zu den Cumuluswolken zurück. Anschliessend kam es dann jeweils zu einer Abkühlung.

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Temperaturveränderungen während 9 besonders ausgeprägter „intraseasonal oscillations“ in den Tropen:  Nach dem Temperaturanstieg geht die Anzahl der hohen Eiswolken (Cirren, blau) zurück, die Anzahl der tieferen Wasserwolken (Cumulus, grün) nimmt dagegen zu.Eine eindrucksvolle Bestätigung des Iris-Effekts nach Lindzen! Quelle: Geophysical Research Letters on-line edition: Cirrus disappearance: Warming might thin heat-trapping cloudsr Roy Spencer, Dr. John R. Christy, Dr. W. Danny Braswell, and Dr. Justin Hnilo (2007).

Nach Schätzungen der Wissenschaftler könnte der Iris-Effekt bis zu 75% der globalen Erwärmung durch vermehrte Treibhausgase in der Atmosphäre (wie sie die Zukunftsszenarien der gängigen Klimamodelle voraussagen) rückgängig machen, vor allem dann, wenn dieser Effekt auch bei den Wolken außertropischer Tiefdruckgebiete auftreten sollte (http://www.uah.edu/News/newsread.php?newsID=875 und http://www.sciencedaily.com/releases/2007/11/071102152636.htm).

Der Iris-Effekt ist also Realität und muss daher unbedingt in einem funktionierenden Klimamodell Berücksichtigung finden. Doch wie stark er wirklich ist bleibt trotzdem eine offene Frage. Denn ohne Zweifel hat es in der Vergangenheit der Erde immer wieder Temperaturanstiege von deutlich mehr als 1°C gegeben. Das spricht dafür, dass die Wasserdampfverstärkung doch überwiegt. Ein möglicher Grund ist die wesentlich geringere flächenmässige Ausdehnung der hohen Cumuluswolken im Vergleich zu ihren Cirrenschirmen. Das bedeutet dann automatisch auch, dass die  Abkühlung durch die Cumuluswolken geringer ausfällt als die Erwärmung durch die dazugehörigen Cirrenschirme.

Ein weiterer Grund ist die Zunahme der Luftfeuchtigkeit  bei ansteigenden Wassertemperaturen auch in den wolkenfreien Regionen, auch wenn diese nicht so deutlich ausfällt wie im Bereich der Quellwolken (s.o.), denn kein Iris-Effekt kann hier die Wasserdampfverstärkung kompensieren.

Trotzdem hat der Iris-Effekt die Wasserdampfverstärkung stets soweit gebremst, dass bei global ansteigenden Temperaturen ein galoppierender Treibhauseffekt („run away greenhouse effect“), bei dem die Erde und ihr Leben zwangsläufig den Hitzetod gestorben wären, glücklicherweise bis heute ausgeblieben ist.

Jens Christian Heuer

Die Argumente der Klimaskeptiker II – Temperaturkurven und natürlicher Klimawandel
Die Argumente der Klimaskeptiker III – Klimafolgen und Klimapolitik

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Kategorien:Klimawandel
  1. Hans Seifert
    14. Juli 2009 um 14:49

    Wieder ein klasse Artikel! Sie schreiben eindeutig die interessantesten und trotzdem gut verständlichen Artikel zum Thema Klimawandel. Es ist eine Freude Ihre Artikel zu lesen! Bitte mehr davon!

    Leute wie der Alarmist G. Hoffmann vom Blog Primaklima wirken dagegen wie armseelige Propagandisten (es gibt je noch genügend andere „Klimawissenschaftler“ dieser Sorte), für die die Wissenschaft nur ein Mäntelchen ist.

    Natürlich gibt es den Treibhauseffekt und der Mensch leistet seinen Beitrag dazu. Die genauen Zusammenhänge sind komplex, das macht Ihr Artikel sehr deutlich. Es wird auch wieder klar, wie absolut ungeeignet das Thema für patte Propaganda und radikalen Alarmismus ist! Wir wissen halt weniger als viele Wissenschaftler zugeben wollen und das ist aber keine Schande.

  2. Jose
    26. Januar 2011 um 12:57

    ZITAT:

    Der Iris-Effekt ist also Realität und muss daher unbedingt in einem funktionierenden Klimamodell Berücksichtigung finden. Doch wie stark er wirklich ist bleibt trotzdem eine offene Frage. Denn ohne Zweifel hat es in der Vergangenheit der Erde immer wieder Temperaturanstiege von deutlich mehr als 1°C gegeben. Das spricht dafür, dass die Wasserdampfverstärkung doch überwiegt.

    Zitat ende.

    Bemerkung:

    Dies greift nun gar nicht, denn es berücksichtigt überhaupt nicht, ob es zu diesen Zeiten einen C02-Anstig gab, der eine solche positive Wasserdampfrückkopplung erst ermöglichen würde…

    Es ist fakt, dass es Temperaturzunahmen über 1°C gab, deren Ursachen ist aber keine Wasserdampfrückkopplung über die CO2-Erhöhung.

    Es ist aber auch fakt, dass in den vergangenen Zeiten der CO2-Anstieg auf eine Temperaturerhöhung (zeitlich versetzt) folgte und ihr nicht vorraus ging. Daher ist der Grund der Erhöhung nicht im CO2-Anstieg zu suchen, sondern in anderen Faktoren. Einer der warscheinlichsten Ursachen dürfte die Sonnenaktivität sein, denn diese korreliert am besten mit dem Temperaturverlauf.

    Gruß ViceX

  1. 14. Dezember 2010 um 16:55

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