Anthropogene Klimabeeinflussung

Die Atmosphäre als vergleichsweise kleiner Kohlenstoff-Speicher kann durch Verstärkung der Kohlendioxidflüsse in ihren Eigenschaften beeinflusst werden. Es gibt aber mehrere sehr mächtige Gleichgewichts-Reaktionen des globalen Systems, vor allem der Austausch von inorganischem Kohlenstoff mit dem Ozean, aber auch der Kreislauf von organischem Kohlenstoff über die Landpflanzen. [Corfield in: Cockell 2007/ 2008]

Eine starke Erwärmung des Klimas kann die ozeanische Kohlenstoff-Senke wieder schwächen, durch die erhöhte Silikat-Verwitterung aber eine andere Senke verstärken.

Die Luft besteht im Wesentlichen aus 21 % Sauerstoff und 78 % Stickstoff. Die Zunahme des winzig kleinen Anteils von 0,04 % CO2 in der Luft kann für die Photosynthese eigentlich nur von Vorteil sein, denn nach dem ‘Gesetz des Minimums’ (Justus v. Liebig) wird das Pflanzenwachstum von demjenigen Nährstoff begrenzt, der im Verhältnis zum Bedarf in der geringsten Menge vorhanden ist [Schudel 2008].

Bakterien und Pilze im Boden bauen tote organische Substanz wieder ab und produzieren Kohlendioxid oder bei Sauerstoffmangel Methangas (CH4).
Tierische Konsumenten und die Mikroorganismen sorgen also für die Rückführung des zuvor durch die Pflanzen gebundenen Kohlenstoffs in die Atmosphäre.

"Aus einer Hektare guten Ackerbodens werden stündlich etwa 2 bis 5 kg Kohlendioxid frei." [Schudel 2008]

Leider würde der CO2-Anteil der Atmosphäre auch durch die Vernichtung der Photosynthese betreibenden Vegetation infolge der immer ungünstiger werdenden Lebensbedingungen erhöht.

In der Erdgeschichte wurden dem atmosphärischen Kreislauf große Mengen Kohlenstoff entzogen, indem Biomasse fossilisierte.

Kohle soll durch das Absinken von Sumpfwäldern in anaerobe Schichten entstanden sein, Erdöl und Erdgas durch Sedimentation von Lebewesen in offenen Gewässern, ohne mikrobiell vollständig abgebaut zu werden [Schudel 2008].

Diese prähistorische Biomasse wird nun “in sehr grossen Mengen” oder in naher Zukunft sogar vollständig verbrannt, wodurch der atmosphärische CO2-Gehalt bereits wieder stark anstieg, überwiegend “in den letzten 50 Jahren” [Schudel 2008].

Es gab in der Erdgeschichte zwar immer Schwankungen des Kohlendioxid-Gehaltes der Atmosphäre, dieser hat sich aber seit dem letzten Maximum glazialer Vereisung von 200 ppm auf 400 ppm verdoppelt.

Aber erst seit 200 Jahren, seit der industriellen Revolution kam es zu einem nie dagewesener Anstieg infolge der
- Verbrennung fossiler Kohlenstoffquellen,
- Produktion von Kalk und Zement durch Erhitzung von Kalkstein CaCO3,
- Zerstörung und Verbrennung von Wäldern,
- Freisetzung aus organischen C-Vorräten (Humus) des Bodens.
[Martin/ Sauerborn 2006]

Das freigesetzte Kohlendioxid gelangt nur zu etwa 40 % in die Atmosphäre, etwa 20 % wird durch die Ozeane absorbiert, während die terrestrischen Ökosysteme trotz weltweiter Zerstörung die wichtigste Senke zu sein scheinen [Martin/ Sauerborn 2006].

Es wurde angenommen, dass ein Klimawandel erst bei einer durchschnittlichen Temperaturerhöhung von > 0,8° C zu erwarten sei, die allerdings längst erreicht ist. Im Falle einer Verdoppelung des CO2-Gehaltes der Atmosphäre, die ebenfalls längst eingetreten ist, wurde mit einer Zunahme der durchschnittlichen Temperatur um 2° C gerechnet [Fellenberg 1992].

Treibhausgas-Emissionen

Der Treibhauseffekt und die erhöhte Absorption der Infrarotstrahlung verursacht durch Kohleverbrennung waren schon seit den Anfängen der Industrialisierung bekannt, wurden aber als positiver Effekt zur Abmilderung von Kälteextremen angesehen [Hauck/ Leuschner/ Homeier 2019].

In den 60er Jahren wurde vielen Menschen bewusst, dass die massenhafte Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas "ein geophysikalisches Experiment größten Stiles" und noch größerer Anrüchigkeit sei, "ein Experiment, das in der vergangenen Zeit nicht hätte vor sich gehen können und das auch künftig nicht reproduzierbar ist." [Strugger/ Härtel 1970]

Um 1990 lagen die anthropogenen Kohlendioxid-Emissionen bei 3,7 % der natürlichen: 22000 gegenüber 600000 Megatonnen (Millionen t) [Fellenberg 1992]. Der natürliche C-Fluxus war offenbar in einem kurzen biologischen Kreislauf abgepuffert, der aber durch die Zerstörung der Vegetationsdecke ebenfalls bedroht wurde.

Kohlendioxid hat im Gegensatz zu dem kühlenden Schwefeldioxid und den Stickoxiden eine lange Verweilzeit in der Troposphäre (2 - 4 Jahre).

Die Furcht vor einer Klimaänderung entstand besonders wegen der ständig zunehmenden CO2-Emissionen. Bei konstant gehaltenen Emissionen wäre eine Verdoppelung des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre erst 2200 zu erwarten gewesen.
Die Freisetzung großer Mengen CO2 wird vor allem durch Verbrennungsprozesse hervorgerufen.

In den 1980er Jahren stand einer jährlichen C-Freisetzung durch fossile Brennstoffe von 5 Mrd. t sowie einer Freisetzung durch Vernichtung von Wäldern in Höhe von 2 Mrd. t C nur eine C-Zunahme in der Atmosphäre von 3 Mrd. t gegenüber. Es gibt also schwer zu identifizierende zusätzliche Senken.
[Fellenberg 1992]

Die kumulierte Gesamtmenge an Treibhausgas-Emissionen soll sich im Jahr 2000 auf 10 Billiarden Tonnen CO2 belaufen haben. Davon entfielen 27 % auf die USA, 24 % auf Europa, 16 % auf Ostasien (davon nur ein Drittel auf Japan) und 15 % auf die Länder der ehemaligen Sowjetunion. [Dow/ Downing 2007]
18 % entfielen demnach auf die klassischen erdölproduzierenden Länder und ihre armen Nachbarn.

Am Anfang des 21. Jahrhunderts fand ein Anstieg des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre um 1,5 ppm oder 0,4 % im Jahr statt [Corfield in: Cockell 2007/ 2008]. Nach neueren Quellen wurden diese Steigerungsraten schon in den 1990er Jahren erreicht.

Obwohl die bedrohlichen Klimasituation bekannt war, wurde nach dem (US-)National Intelligence Council ein Viertel aller CO2-Emissionen erst im ersten Jahrzehnt des neuen Jahrhunderts ausgestoßen [National Intelligence Council: Global Trend 2030. Washington DC, 2012].

Die jährlichen CO2-Emissionen erhöhen sich weiter:
60er Jahre: 3,1 Gt/a C
Jahr 2000: 25,4 Gt/a C
Jahr 2011: 34 Gt/a C
Nun stieß China mit 29 % mehr C-Emissionen aus als USA (16 %) und EU (11 %) zusammengenommen.
[Kalusche 2016]

Die Jahresemission im Jahr 2000 soll sich auf knapp 42 Milliarden Tonnen CO2 belaufen haben [Dow/ Downing 2007].

Die kumulierten CO2-Emissionen (1950 - 2000) pro Person sind auch in Industrieländern ganz unterschiedlich:
# USA 212800 t/ Person
# Russland 77100 t/ Person
# China 71800 t/ Person
# Deutschland 47300 t/ Person
# Japan 37300 t/ Person
[Dow/ Downing 2007]

Zu beachten ist aber auch der Bevölkerungsreichtum eines Landes; die individuellen Emissionen Indiens gleichen denen Frankreichs (je etwa 18800 t/ Person), summieren sich aber zu ganz anderen Mengen.

Auch hochentwickelte Länder konnten mit moderaten pro Kopf - Emissionen leben, z.B.
# Belgien 5700 t/ Person
# Türkei 4100 t/ Person
[Dow/ Downing 2007]

In geringerem Ausmaß als die fossilen Energieträger verursachen auch die Zementproduktion und der Ausstoß kleinerer Mengen besonders klimaschädlicher Gase den atmosphärischen Treibhauseffekt.

Die Kohlenstoff-Emissionen aus fossilen Brennstoffen stiegen von 0,003 Pg jährlich (1750) auf etwa 9,5 Pg/a in den 2010er Jahren; die emittierte Gesamtmenge in diesem Zeitraum belief sich 375 Pg (Mrd. Tonnen) Kohlenstoff [Hauck/ Leuschner/ Homeier 2019].
Hinzu kamen noch 180 Pg C-Emissionen durch Rodung von Wäldern und andere Landnutzungsänderungen.

Infolgedessen stieg die CO2-Konzentration in der Atmosphäre von 278 ppm (1750) auf 409 ppm (2018) an, und zwar schon in den 90er Jahren um jährlich 1,5 ppm, inzwischen aber um fast 2,5 ppm/a [Hauck/ Leuschner/ Homeier 2019].

Dieser rasche Anstieg ist in der Erdgeschichte einzigartig.

Allein schon die CO2-Konzentration der Atmosphäre gleicht inzwischen den Verhältnissen des unteren Pliozän vor 3 - 5 Mio. Jahren. Damals waren bei nur 2 - 3° höheren Temperaturen die Eiskappen Grönlands und der Westantarktis abgeschmolzen, der Meeresspiegel lag um 10 - 20 m höher. [Hauck/ Leuschner/ Homeier 2019]

Hinzu kommt in der Gegenwart noch die Emission weiterer und im Falle künstlicher Halogenkohlenwasserstoffe besonders gefährlicher Klimagase.

Durch die erhöhte Methan-Freisetzung aus Nassreisfeldern, der Tierhaltung, aus Müllkippen usw. stieg die atmosphärische CH4-Konzentration von vorindustriellen 700 ppb auf 1857 ppb (2017) an [Hauck/ Leuschner/ Homeier 2019].

Die atmosphärische Lachgas-Konzentration ist seit vorindustrieller Zeit weniger signifikant, aber deutlich von 230 ppb auf 331 ppb (2018) angestiegen. N2O entstammt dem erhöhten landwirtschaftlichen Stickstoff-Umsatz und Verbrennungsprozessen auch aus vermehrten Vegetationsbränden. [Hauck/ Leuschner/ Homeier 2019]

Auch Ruß-Aerosole aus der Verbrennung organischer Stoffe tragen beträchtlich zur Erderwärmung bei, indem sie sogar kurzwellige Sonnenstrahlen absorbieren und außerdem durch Ablagerung auf Schnee und Eis den Albedoeffekt vermindern.
Allerdings haben sie wegen ihrer geringen Verweildauer in der Atmosphäre eine regional begrenzte Wirkung, die aber gerade im Raum China und Indien beträchtlich ist (Veränderung des Niederschlagsverhaltens, Schmelze der Himalaya-Gletscher). [Hauck/ Leuschner/ Homeier 2019]

Treibhausgas-Emittenten

Verantwortlich für den Treibhauseffekt ist die Hochindustrialisierung.
Sogenannte Entwicklungsländer würden daher noch relativ lange brauchen, bis ihre kumulierten Treibhausgas-Emissionen das Volumen der Industrieländer erreicht hätten [Dow/ Downing 2007].
Ihr zunehmender Wohlstand äußerte sich allerdings seit mehreren Generationen darin, dass ein wachsender Anteil der Bevölkerung die Produkte der Industrieländer konsumieren konnte.
Letztendlich geht es auch darum, dass Abfallprodukte der Industrien den Klimaschaden verursachen, Industrieprodukte also keineswegs ausschließlich wohltätig sind, wie immer dargestellt.

"Die Emissionen an Treibhausgasen sind zwischen 1970 und 2004 um 70 Prozent gestiegen; die des wichtigsten Treibhausgases, Kohlendioxid, um etwa 80 Prozent. Den höchsten Anteil an diesem Anstieg hatten die Energieversorgung (+ 145 Prozent) und der Verkehr (+ 120 Prozent). Wenn die gegenwärtige Politik nicht geändert wird, können wir bis 2030 – je nach Annahme über Wirtschafts- und Technologieentwicklung – mit einem weiteren Anstieg um 25 bis 90 Prozent rechnen (für Kohlendioxid sogar um 45 bis 110 Prozent)." IPCC/ Arbeitsgruppe III: Verminderung des Klimawandels
[Wikipedia-Artikel "Vierter Sachstandsbericht des IPCC", Stand: 28. Oktober 2013]

Möglicherweise ist der Beitrag der fossilen Energieträger von 50 % am Treibhauseffekt noch im Steigen begriffen. Die landwirtschaftliche Produktion und die Rodung der Tropenwälder hatten in den 90ern einen Anteil von jeweils 15 %.
Die chemische Industrie hat wegen der Klimaschädlichkeit von FCKWs und Halonen einen recht hohen Anteil von 20 % am Treibhauseffekt. [Kalusche 2016]

Andere Quellen halten für den wichtigsten Faktor des Klimawandels nach den mit fossilen Energien betriebenen Elektrizitätskraftwerken und noch vor dem Autoverkehr die Entwaldung [DLG 2008].

Beispielsweise wurden für Ölpalmenplantagen große Regenwald-Parzellen durch Kanäle entwässert. Dadurch trockneten tropische Torfböden aus, die nun unterirdische Schwelbrände unterhalten, wobei uralte und sehr große CO2-Speicher in die Atmosphäre freigesetzt werden [arte-TV 2019].

Noch ein weiterer Aspekt der Landwirtschaft wirkt sich klimatisch verheerend aus. Die Tierhaltung allein soll nach dem Stand der FAO-Reporte 2006 mehr Treibhausgase als alle Verkehrsmittel zusammen hinterlassen [Bommert 2009]. Dabei sind die Klimaauswirkungen der Entwaldungen für Futtermittelbeschaffung und Weideland zweifellos größer als die Methan-Ausgasungen der Tierverdauung.

Die aktuelle (2019) IPCC-Analyse "Special Report on Climate Change, Desertification, Land Degradation, Sustainable Land Management, Food Security, and Greenhouse Gas Fluxes in Terrestrial Ecosystems (SRCCL)" bestätigt die außerordentliche Bedeutung der Formen der Landnutzung für die Klimastabilität [Levin/ Parsons 2019].

Etwa 23 % der Klimagas-Emissionen werden auf land- und forstwirtschaftliche Nutzungen, besonders die Veränderung von Ökosystemen zurückgeführt [Levin/ Parsons 2019].
Von den anthropogenen Methangas-Emissionen waren sogar 44 % auf die Intensivierung der Landnutzung zurückzuführen, insbesondere durch Zerstörung natürlicher Sumpfländer.

Aber trotz der globalen Intensivierung der Landnutzungen und Waldzerstörung stellen die Landflächen der Erde immer noch eine Senke für die CO2-Emissionen der menschlichen Zivilisation dar.
Laut den dem SRCCL vorliegenden Daten für 2007 - 2016 wurden von den Landflächen zwar jährlich 5,2 Gt CO2 freigesetzt, sie konnten aber immer noch 11,2 Gt CO2 festlegen, waren also eine Senke für 6 Gt CO2 jährlich [Levin/ Parsons 2019].

Die technologisch forcierte Störung des biologischen Kohlenstoffkreislaufes hat ein derartiges Ausmaß erreicht, dass vom Rechnerischen her der neunmalkluge Versuch gemacht werden könnte, das Mehr an CO2 aus der Verheizung fossiler Biomasse gegen das Weniger an CO2 aus der metabolitischen Freisetzung abgestorbener Biomasse in Wäldern aufzurechnen, da sie schon abgeholzt und abgefackelt wurden.
Die Wüste wäre auch besser zur Gewinnung von Sonnenenergie geeignet als der Urwald. Dieser erzeugt allerdings auch Biodiversität und Sauerstoff.
Und die Wüste bietet, obwohl sie in globalem Maßstab wegen ihrer Albedo kühlend wirken soll, weder einen Hitzeschutz (Schatten) gegen die Einstrahlung noch einen Kälteschutz gegen die Kälte des Weltalls.

Auch die großräumige Versiegelung der weltweit erweiterten urbanen Zone führt zu einer massiven Störung des Wärme- und Wasserhaushaltes.
Versiegelung führt zur Verhinderung einer lokalen Wasseraufnahme und des anschließenden Kühleffektes durch Verdunstung.

Selbst Kälteeinbrüche trotz allgemein überdurchschnittlicher Erhitzung könnten durch vervielfachte Wärmeabstrahlung auf die kahlgeschlagenen, asphaltierten und betonierten Flächen zukommen.

Quellenangaben

Siegfried Strugger/ Otto Härtel: Das Fischer Lexikon Biologie 1 (Botanik). Neuausgabe, Frankfurt /M., 1970.

D. Heinrich/ M. Hergt: dtv-Atlas zur Ökologie; 2. Aufl.. München, 1991.

Günter Fellenberg: Chemie der Umweltbelastung; 2.Aufl.. Stuttgart, 1992.

Hans Breuer: dtv-Atlas zur Physik; 2 Bde.; 3.Aufl.. München, 1992.

Wilhelm Kuttler: Treibhauseffekt [in: Wilhelm Kuttler (Hg.): Handbuch zur Ökologie; 2., revid. Aufl.. Berlin, 1995.]

Konrad Martin/ Joachim Sauerborn: Agrarökologie. Stuttgart, 2006.

Kirstin Dow/ Thomas Downing: Weltatlas des Klimawandels. Hamburg, 2007.

Charles Cockell (ed.): An Introduction to the Earth-Life System. Cambridge (UK), 2007/ 2008.

Richard Corfield: The Carbon Cycle [in: Charles Cockell (ed.): An Introduction to the Earth-Life System. Cambridge (UK), 2007/ 2008.]

Paul Schudel: Ökologie und Pflanzenschutz - Grundlagen für die Verwendung von Pflanzenschutzmitteln. Schweizer. Bundesamt für Umwelt (BAFU), Bern, 2008.

DLG e.V. (Hg.): Schonende Bodenbearbeitung - Systemlösungen für Profis. Frankfurt, 2008.

Wilfried Bommert: Kein Brot für die Welt - Die Zukunft der Welternährung. München, 2009.

Wikipedia-Artikel "Vierter Sachstandsbericht des IPCC", Stand: 28. Oktober 2013.

Dietmar Kalusche: Ökologie in Zahlen; 2. Aufl.. Berlin/ Heidelberg, 2016.

Markus Hauck/ Christoph Leuschner/ Jürgen Homeier: Klimawandel und Vegetation - Eine globale Übersicht. Berlin, 2019.
-- Kap. 1: Globaler Klimawandel - die Grundlagen

arte-TV: "Megafeuer - Der Planet brennt"; Regie: Cosima Danaoritza. Frankreich, 2019.

Kelly Levin/ Sarah Parsons: 7 Things to Know About the IPCC’s Special Report on Climate Change and Land. World Resources Institute online, am 8.8.2019.

Earth System Science Data: "Indicators of Global Climate Change 2022: annual update of large-scale indicators of the state of the climate system and human influence", veröffentlicht am 8.7.2023.