Der natürliche Klimawandel

1: WAS IST KLIMA?

Auf seiner Internetseite definiert der Deutsche Wetterdienst (DWD) das Klima, im meteorologischen Sinne, "als die Zusammenfassung der Wettererscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem mehr oder weniger großen Gebiet charakterisieren. Es wird repräsentiert durch die statistischen Gesamteigenschaften (Mittelwerte, Extremwerte, Häufigkeiten, Andauerwerte u.a.) über einen genügend langen Zeitraum. Im Allgemeinen wird ein Zeitraum von 30 Jahren zugrunde gelegt, die sog. Normalperiode, es sind aber durchaus auch kürzere Zeitabschnitte gebräuchlich." Das Wetter hingegen, bezieht sich auf physikalische Zustände der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt, oder einem kürzeren Zeitraum, und an einem bestimmten Ort, oder einem begrenzten Gebiet, und wird bestimmt von verschiedenen meteorologischen Variablen, wie der Lufttemperatur, dem Luftdruck, der Luftfeuchtigkeit, dem Wind, der Sonnenstrahlung und dem Niederschlag. Deshalb ist es wichtig, das Wetter vom Klima zu unterscheiden, welches die Gesamtheit aller Wetterereignisse über einen sehr langen Zeitraum (Jahrzehnte oder Jahrhunderte) und in einer größeren Region, bzw. Gebiet, beschreibt. Unter Witterung wiederum, versteht man Wetterverhältnisse und -abläufe in einer bestimmten Region über einen bestimmten Zeitraum von wenigen Tagen bis zu einer Jahreszeit, die langfristig (über mindestens 30 Jahre, so die Konvention) das jeweilige Klima definieren.

KLIMAZONEN IN BEWEGUNG

Basierend auf dem Vorherrschen typischer Temperaturen, Wetter- und Klimaphänomen, und damit verbunden bestimmter Vegetationen, lässt sich die Erde in verschiedene, charakteristische Klimazonen unterteilen: polar, subpolar, gemäßigt, subtropisch, tropisch - von den Polen zum Äquator. Der Pionier der Klimaforschung, WLADIMIR PETROWITSCH KÖPPEN, deutschrussischer Geograph, Meteorologe, Klimatologe und Botaniker, geboren in Sankt Petersburg 1846, gestorben 1940 in Graz, definierte schon vor über 100 Jahren folgende Hauptklimatypen (von den Polen zum Äquator): Dauerfrostklima, Tundrenklima, warmes sommertrockenes Klima, warmes wintertrockenes Klima, feuchttemperiertes Klima, Wüstenklima, Steppen- oder Trockensavannenklima, Savannenklima, tropisches Regenwaldklima (KÖPPEN 1884 und 1936). Wobei man erklärend sagen muss, dass zu seiner Zeit relativ wenig Wissen über die arktischen Klimazonen vorhanden war, im Gegensatz zu den "ewig" bewohnten anderen Klimazonen. Das heißt, der Ausdruck "globales Klima" ist eigentlich nicht korrekt, da es sehr verschieden ausgeprägte Klimate gibt, aber kein "globales Klima".

Das Klima kann humid (feucht) oder arid (trocken), mediterran oder kontinental sein. Es kann sich aber nicht, wie die Luft oder das Wasser, erwärmen oder abkühlen. Es verändert sich in dem Sinne, dass sich die Klimazonen in geologischen Zeiträumen kontinuierlich verschieben bzw. ändern. Anders ausgedrückt, es sind die Isothermen (Linien gleicher Temperatur, hier speziell die der gleichen mittleren Jahrestemperatur), die sich während Eiszeiten in Richtung Äquator verschieben, bzw. während Warmzeiten in Richtung der Pole. Der Ausdruck "Klimaerwärmung" ist deshalb ebenfalls nicht korrekt, "globale Klimaerwärmung" schon gar nicht. Gemeint sind Temperaturschwankungen, die zu kontinuierlichen Änderungen des Klimas, bzw. Verschieben der Klimazonen geführt haben, einhergehend mit einem Wandel der Landschaften und der dazugehörenden Vegetation, wie auch der Fauna. Die Tundren, zum Beispiel, sind charakteristisch für sehr kalte Umweltbedingungen randlich der vereisten arktischen Regionen, wo in Gebieten mit Permafrostböden hauptsächlich nur noch Moose und Flechten überleben, während in Übergangsbereichen mit subarktischem Klima auch Nadelbäume, wie Fichten, Tannen, Lärchen und Kiefern, wachsen können. Dies bedeutet, dass aufgrund des ständigen Klimawandels sich auch die Gleichgewichte in der Atmosphäre (Luft), in der Hydrosphäre (Wasser), in der Lithosphäre (Böden), in der Biosphäre (Fauna und Flora) und in der Kryosphäre (Eis) ändern, und damit die Gleichgewichte zwischen diesen Einheiten. Wenn etwas nie gleich bleibt oder still steht, dann ist es das Klima. Es ändert sich permanent.

Während den Eiszeiten dehnten sich die Permafrostzonen einige tausend Kilometer in Richtung Äquator aus, während die gemäßigten bis tropischen Klimazonen in ihrer Ausdehnung insgesamt schrumpfen. Einige Grad Abkühlung reichen schon aus, dass sich bestimmte Baum- und Straucharten viele Hundert Kilometer in Richtung niedrigere geographische Breiten (Wärme) zurückziehen, bzw. in den Gebirgen mehrere hundert Höhenmeter talabwärts wandern. Über systematische Pollen- und Sporenanalysen unterschiedlicher Bodenhorizonte und Sedimentabfolgen, in Kombination mit absoluten Altersbestimmungen, kann die Klimageschichte der Vergangenheit sehr präzise bestimmt werden. Eine Folge dieser klimatisch bedingten Landschaft- und Vegetationsveränderungen war auch ein Wandel der Wildwechsel und der Tierwanderungen, was einschneidende Auswirkungen auf die steinzeitlichen Jäger und Sammler hatte.

Aus naturwissenschaftlicher Sicht kann übrigens nicht von einer "Klimarettung" gesprochen werden. Das Klima kann nicht gerettet werden, da es sich kontinuierlich auf natürliche Weise ändert, wie noch zu beschreiben sein wird. In einem Bericht der Tageszeitung WELT (05.03.2022) erklärt der südtiroler Extrembergsteiger und Buchautor REINHOLD MESSNER zutreffend "Klima ist Wandel" und "Klimaschutz gibt es gar nicht". Wohl kaum ein anderer hat wie er extreme Klimate, sowohl in eisigen Höhen des Himalayas als auch in den eisigen Weiten der Antarktis, erlebt und überlebt. Wir werden in den folgenden Kapiteln sehen, dass Klimaänderungen letztendlich von der Sonne über ihre Energie, die die Erde erreicht, ausgesteuert werden. Wenn im Folgenden von Temperaturen ohne weitere Spezifizierung gesprochen wird, so sind Temperaturen der unteren Erdatmosphäre gemeint.

AUFBAU DER ATMOSPHÄRE

Das Wettergeschehen spielt sich hauptsächlich in der unteren Schicht der Atmosphäre, in der Troposphäre, ab (Abbildung 1). Diese reicht am Äquator bis in 16 km Höhe, über den Polen jedoch nur bis in 8 km Höhe. An der Erdoberfläche liegt die Atmosphärentemperatur heute im Mittel bei +15°C und nimmt in Richtung der Übergangszone Troposphäre/Stratosphäre auf bis zu -60°C ab. Die Lufttemperatur verringert sich im Allgemeinen innerhalb der Troposphäre mit jedem Höhenkilometer um im Mittel 6,5°C. Die Tropopause ist die Übergangszone zwischen Troposphäre und Stratosphäre, in der die Lufttemperaturen wieder leicht ansteigen bis knapp unter 0°C in zirka 50 km Höhe. Darüber kühlt die Luft dann wieder schnell ab, auf bis zu -80 bis -90°C in rund 85 km Höhe, bevor sie sich in weiterer Höhe (über 100 km) wieder auf über 0°C erwärmt. Die Thermosphäre, in der auch die Internationale Raumstation ISS (International Space Station) in rund 400 Kilometer Höhe ihre Bahnen um die Erde dreht, reicht bis in 1.000 Kilometer Höhe. Darüber beginnt die Exosphäre, die schon zum interplanetaren Raum gehört.

Abbildung 1: Aufbau der nach oben offenen Atmosphäre und durchschnittlicher Temperaturverlauf der Luft (rote Kurve) in Abhängigkeit von der Höhe (Höhenskala der y-Achse ist logarithmisch) bzw. den unterschiedlichen Atmosphärenschichten. Das Wettergeschehen spielt sich im Wesentlichen in der Troposphäre ab, in deren höheren Bereichen sich die Luft bis auf -60°C abkühlt.

Im Kapitel 13 wird bei der Diskussion des Ozons näher auf die Stratosphäre und die Komplexität der dort ablaufenden thermischen, chemischen und spektralen Prozesse eingegangen. Auch wenn die unterschiedlichen Atmosphärenschichten durch Grenzzonen, wie die Tropopause oder die Stratopause, voneinander getrennt sind, was man auch am Temperaturverlauf erkennen kann, so bildet die Atmosphäre kein geschlossenes System, ähnlich einem Gewächshaus, sondern erlaubt einen internen Austausch von Luftströmungen und strahlenphysikalischen Interaktionen zwischen den verschiedenen Atmosphärenbereichen. Durch Rückkopplungseffekte und über die wechselnden Atmosphärenzirkulationen nimmt die Stratosphäre Einfluss auf die Troposphäre und somit auf die Wetterentwicklung und letztendlich auf das Klima. Durch bodennahe Verdunstung erhalten die unteren Bereiche der Atmosphäre ihre Feuchte in Form von Wasserdampf, vor allem aus den Ozeanen. Der gasförmige Wasseranteil (Wasserdampf) der Troposphäre beträgt durchschnittlich 0,3 - 0,4 % (d.h. 3.000 - 4.000 ppm = "parts per...