Anmerkung: Dieser Blog wurde auch mithilfe künstlicher Intelligenz (ChatGPT 4.0) erstellt.
Zu einem, der sich nicht mit dem Klimawandel, resultierend aus einer “Business as usual” Haltung, abgeben will, ist sicherlich der Astrophysiker und Naturphilosoph Harald Lesch zu zählen. Vor einigen Jahren schrieb er auch dazu das Buch: “Wenn nicht jetzt, wann dann?“
Wer über die Jahre hinweg Harald Lesch – oder Harry, wie er in seinen Fankreisen liebevoll genannt wird – und sein Engagement beim Thema Klimawandel verfolgt hat, wird leider seine wachsende Verzweiflung zu diesem Thema bemerkt haben.
Das “Business as usual Konzept” gegenüber dem Klimawandel lautet: “Was ich nicht weiß, macht mich nicht heiß!”
Harald Lesch als Physiker und Naturphilosoph kann sich nicht hinter solch einer Unwissenheit “verstecken”. Dementsprechend merkt man ihm recht offensichtlich seine steigende Besorgnis an.
In dem am Ende des Blogs verlinkten Beitrag von Harald Lesch und Dr. Cecilia Scorza werden viele, auch aus meiner Sicht, dramatische Aspekte des zurzeit beobachtbaren Klimawandels mit seinen künftigen Entwicklungen betrachtet, die wahrscheinlich zu viele gar nicht einordnen können.
Ich möchte zwei Aspekte aus diesem komplexen Thema herausgreifen: Zum einen, warum ist gerade das Spurengas CO2 so ein Problem geworden für uns und alle anderen Lebewesen auf diesem Planeten und warum können wir sicher sein, dass der zweifelsfrei messbare Anstieg des CO2 Gehalts in unserer Atmosphäre auch tatsächlich von uns, den Homo sapiens stammt?
Um den Effekt, den CO2 auf unseren Planeten hat, zugänglicher zu machen, vergleiche man die Erde mal mit etwas Alltäglichem: einer Thermoskanne.
Stellen wir uns vor, die Erde wäre eine riesige Thermoskanne. Eine Thermoskanne hält Ihren Tee warm, indem sie verhindert, dass die Wärme entweicht. In unserem Fall spielt das CO2 in der Atmosphäre die Rolle der Thermoskanne für die Erde.
Das CO2-Molekül ist besonders, weil es nicht starr ist. Es kann sich bewegen, fast so, als ob es tanzen würde. Es gibt verschiedene Tanzbewegungen, die das Molekül ausführen kann: Es kann sich dehnen, also länger und kürzer werden, oder es kann sich neigen, sich hin und her wiegen. Diese Bewegungen sind wichtig, weil sie dem Molekül ermöglichen, mit Licht zu interagieren, genauer gesagt mit Infrarotlicht, das wir als Wärme wahrnehmen.
Wenn die Sonnenstrahlung die Erde erreicht, wird ein Teil dieser Energie in Form von Wärme (Infrarotstrahlung) zurück ins Weltall reflektiert. Hier kommt das tanzende CO2 ins Spiel: Aufgrund seiner Beweglichkeit kann es die Wärme (Infrarotlicht) einfangen. Jedes Mal, wenn ein CO2-Molekül mit einem Infrarotlichtstrahl kollidiert, absorbiert es einen Teil der Energie und hält diese sozusagen gefangen. Dann strahlt es diese Energie wieder aus, ein Teil davon geht ins Weltall, aber ein Teil wird auch zurück zur Erde gesendet. Das führt dazu, dass mehr Wärme innerhalb unserer “Thermoskanne” Erde bleibt.
Je mehr CO2 in der Atmosphäre ist, desto mehr Wärme kann gehalten werden. Das ist vergleichbar mit dem Hinzufügen einer zusätzlichen Isolationsschicht zu unserer Thermoskanne. Dies führt dazu, dass die Temperatur auf der Erde steigt, was wir als globale Erwärmung kennen.
Die Interaktion zwischen Lichtteilchen (Photonen) und dem CO2 Molekül ist sehr gut in diesem Gif dargestellt von der “University of Colarado Boulder”: https://phet.colorado.edu/
Physikalisch wird für wenige Mikrosekunden das CO2 Molekül ein Teil der Infrarotstrahlung. Das CO2 wandelt die eingehende Energie der Wärmestrahlung in mechanische Schwingungen um, die mit der gleichen Frequenz schwingen, wie die Frequenz der elektromagnetischen, thermischen Strahlung. Die Außenelektronen des Kohlenstoffatoms und der Sauerstoffatome können in diesen Mikrosekunden einen höheren Energiezustand erreichen, aber wie im wahren Leben sind sie froh, wenn sie wieder ernüchtert im Grundzustand sind und dabei geben sie ihre überschüssige Energie in Form von Wärmestrahlung (Abgabe eines Photonenteilchens) ab mit der gleichen Frequenz (Energie) wie die ursprüngliche anregende Strahlung. Nur und das ist jetzt das entscheidende, die Richtung der einfallenden Strahlung auf das Molekül wird bei der “Weiterleitung” der Strahlung verändert (siehe oben).
Auch hervorragend dargestellt ist das in dieser Simulation:
Wenn man sich die Treibhausgase anschaut, dann fällt auf, dass sie alle ungeradzahlige Anzahl von Atomen haben. Diese ungerade Anzahl von Atomen in den Molekülen ermöglicht Asymmetrien bei Schwingungszuständen der Moleküle, die wiederum machen die Moleküle zu temporären elektrischen Dipolen, die mit thermischer, elektromagnetischer Strahlung wechselwirken kann. Und das ist gut so. Denn ohne diesen Mechanismus wäre es für Leben viel zu kalt auf diesem Planeten. Die globale Durchschnittstemperatur auf der Erde betrüge dann nur -15 Grad Celsius, das ist definitiv zu kalt für Leben. Ausrechnen kann man das über das Plancksche Strahlungsgesetz zum schwarzen Körper.
Aber die Dosis macht das Gift. Als Harald Lesch 1960 in die Welt trat, da betrug die CO2-Konzentration 320 ppm (ppm = parts per million). Heute sind wir bei 420 ppm. Was bedeutet “parts per million”? Wenn man heute eine Million Luftmoleküle einsperrt, dann sind davon ganze 420 Moleküle ein CO2 Molekül. Die zu finden in den eine Million Molekülen ist verdämmt schwierig. Man kann es tun, es ist technisch möglich, aber eben sehr aufwendig. Wenn wir es täten, dann empfänden wir den heutigen Spritpreis als ein Schnäppchen, also lassen wir es und warten auf Godot.
Ein CO2 Konzentration von 420 ppm entspricht einem Anstieg gegenüber dem höchsten natürlichen vorindustriellen Niveau bei 300ppm in den letzten 800.000 Jahren von 40% und das hat folgen (siehe auch folgende Grafik zur CO2-Konzentration über die letzten 800.000 Jahre, die aus dem Jahre 2021 stammt, Quelle: NOAA).
Können wir nun sicher sein, dass dieser enorme Anstieg des CO2 Gehalts wirklich durch Verbrennung von fossilen Brennstoffquellen, zumeist für industrielle Fertigung und Fortbewegung zurückzuführen ist? Schließlich emittieren wir beim Atmen zusammen mit unseren lieben Rindern und Schweinen CO2 beim Ausatmen und wenn der Furz mal quer sitzt.
In der Atmosphäre gibt es im Fall von Kohlendioxid (CO2) tatsächlich Unterschiede. Nicht jedes CO2 Molekül ist identisch aufgebaut.
CO2 kann durch viele Prozesse in die Atmosphäre gelangen, wie zum Beispiel durch Atmen, Verwesung oder Verbrennung von Biomasse, was man als “neues” CO2 betrachten könnte.
Dieses “neue” CO2 enthält einen Mix aus verschiedenen Kohlenstoffisotopen, einschließlich C-14, einem radioaktiven Isotop, das natürlich in der Atmosphäre vorkommt und eine Halbwertszeit von etwa 5.730 Jahren hat (nicht 75 Jahre, was ein häufiger Irrtum ist. Auch Harald Lesch irrt manchmal, aber sehr selten). Durch kosmische Strahlung wird ständig neues C-14 erzeugt, wodurch ein ungefähr konstantes Verhältnis von C-14 zu den anderen Kohlenstoffisotopen in lebenden Organismen und der Atmosphäre aufrechterhalten wird.
Wenn nun Pflanzen durch Fotosynthese CO2 aufnehmen, integrieren sie dieses Verhältnis von C-14 in ihre Struktur. Tiere nehmen durch den Verzehr dieser Pflanzen ebenfalls C-14 auf. Sobald jedoch ein Organismus stirbt, hört er auf, C-14 aufzunehmen, und das vorhandene C-14 beginnt zu zerfallen. Nach etwa 5.730 Jahren hat sich die Menge des C-14 im toten Material halbiert. Fossile Brennstoffe wie Kohle und Öl, die aus Überresten von Pflanzen und Tieren entstanden sind, die Millionen von Jahren tot sind, haben praktisch kein C-14 mehr.
Wenn wir fossile Brennstoffe verbrennen, geben wir CO2 in die Atmosphäre ab, das kein C-14 enthält. Im Vergleich zu dem “neuen” CO2, das durch Prozesse wie Atmen und Verwesung entsteht, lässt sich also sagen, dass das CO2 aus fossilen Brennstoffen wie ein altes Foto ohne Datum ist – es fehlt das “radioaktive Produktionsdatum”, das C-14.
Über die letzten Jahrzehnte hinweg haben Wissenschaftler beobachtet, dass der Anteil von C-14-freiem CO2 in der Atmosphäre zugenommen hat, was ein deutlicher Hinweis darauf ist, dass die Zunahme der CO2-Konzentrationen vor allem auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe zurückzuführen ist. Dieses Verständnis hilft uns, die menschliche Rolle beim Klimawandel besser zu begreifen, da es zeigt, dass der Anstieg der CO2-Konzentrationen nicht einfach ein natürlicher Teil des Kohlenstoffkreislaufs ist, sondern eine direkte Folge menschlicher Aktivitäten.
Da beißt die Maus keinen Faden ab, wir haben und emittieren weiterhin seit den 60zigern Giga Tonnen von CO2 pro Jahr in die Atmosphäre, unsere, ähnlich wie die Meere, globale Müllhalde.
Um eine globale Erderwärmung auf 1,5 bis 2 Grad Celsius gegenüber der vorindustriellen Zeit zu halten, müssten wir Anfang der kommenden Dreißigerjahren auf 20-25 Gigatonnen CO₂ Emission zurückfahren und in den folgenden 20-30 Jahren auf Zero zurückrudern. Wer genau auf obige Grafik schaut, dem fällt auf, dass es der Menschheit gelang, die CO2-Emissionen am Höhepunkt der COVID-19 Pandemie zurückzufahren auf 35 Giga Tonnen.
Ich persönlich glaube nicht, dass wir allein mit der Konversion zu grünen Energien, die ich sehr befürworte, es schaffen werden, die globale Erwärmung unter 2 Grad Celsius zu halten. Aber alles, was aber über zwei Grad Celsius liegt, wird in der Wissenschaft als sehr gefährlich für die Menschheit angesehen. Wir werden daher über obige CO2 Emissionskurve noch zu sprechen kommen.
Ich teile zumindest die Ansichten von Harald Lesch zum Thema Klimawandel und alles, was damit zusammenhängt.
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