CO2-Anstieg der letzten 160 Jahre durch Entgasung aus dem Ozean?

Der CO2-Gehalt der Atmosphäre ist seit 1850 um etwa 110 ppm angestiegen, das ist unbestritten. Im Jahr 1958 begann hierzu am fast dreieinhalb Kilometer hoch gelegenen Mauna Loa Observatorium auf Hawaii eine CO2-Messreihe, die die Werte seitdem tagesgenau erfasst hat. Die gängige Lehrmeinung ist, dass der CO2-Anstieg durch den menschlichen CO2-Eintrag im Zusammenhang mit der Verbrennung fossiler Energieträger verursacht worden ist. Bei der Verbrennung von Erdöl, Gas und Kohle wird Kohlendioxid frei, das irgendwo hin muss.

Nun gibt es einige renommierte und daher durchaus ernst zu nehmende Wissenschaftler, die seit einigen Jahren an den Grundfesten dieses simplen Modells rütteln. Wir möchten die Argumente und möglichen Konsequenzen hier einmal vorstellen. Selbst wenn sich nur ein kleiner Teil der Hypothese als richtig herausstellen sollte, hätte dies große Auswirkungen auf die existierenden Klimamodelle.

Wie in der Finanzwelt, stellt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre den aktuellen Kontostand dar, nachdem Einnahmen und Ausgaben voneinander abgezogen wurden. Zu den „Einnahmen“ gehören etwa 5 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr, die aus menschlichen Quellen stammen. Das ist viel. Jedoch kommen dazu noch einmal etwa 150 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr aus natürlichen Quellen. Diese Zahl ist leider nicht ganz so gut bekannt und enthält große Unsicherheiten. Auf der Ausgabenseite sieht es ähnlich aus. Es wird angenommen, dass wiederum etwa 150 Milliarden Tonnen Kohlenstoff jährlich in natürlichen Kohlenstoffsenken verschwinden, wobei dieser Wert ebenfalls nicht genau bestimmt werden kann, jedoch ein natürliches Gleichgewicht gegenüber den natürlichen Kohlenstoffquellen angenommen wird (Abbildung 1). Der zusätzliche, menschengemachte CO2-Beitrag ist also relativ klein gegenüber dem hohen Gesamtumsatz. Und aufgrund der großen Unsicherheiten in der Rechnung ist nicht vollkommen auszuschließen, dass das zusätzliche anthropogene CO2 nicht vielleicht gänzlich im Gesamtkreislauf ohne größere Folgen untergehen könnte und möglicherweise ganz andere Effekte eine viel größere Rolle spielen. 

Abbildung 1: Kohlenstoffzyklus der Erde (modifiziert nach UNEP, aus Salby-Vortrag 2011).

 

Der in der Fachwelt anerkannte australische Klimawissenschaftler Murry Salby hat 2011 in einem Vortrag das gängige Modell zum CO2-Anstieg seit 1850 angezweifelt. Eine Videoaufzeichnung seines sehenswerten Vortrages vom 3. August 2011 am Sydney Institute ist seit kurzem auf youtube verfügbar. Salby ist Professor und Leiter der Klimawissenschaften an der Macquarie University in Sydney, Autor des bekannten Buches “Physics of the Atmosphere and Climate” und ehemaliger Gutachter des IPCC. Salby sagt, dass ein sehr großer Teil des atmosphärischen CO2-Anstiegs durch den Temperaturanstieg der letzten zwei Jahrhunderte verursacht worden sein könnte. Durch Erwärmung des Ozeans verringert sich hierbei das Löslichkeitsvermögen für CO2, das in der Folge ausgast. Im Klartext würde dies bedeuten, dass neu produziertes, anthropogenes CO2 im System weitgehend abgepuffert wird, die Gesamtkonzentration der Atmosphäre jedoch vielmehr von der globalen Durchschnittstemperatur abhängen würde. Ähnliches hatte bereits Roy Spencer 2008 vorgeschlagen.

Was bewegte Salby zu dieser provokanten These? Die CO2-Messungen auf Hawaii haben ergeben, dass der jährliche CO2-Anstiegsbetrag im Bereich von 0,4 bis 2,8 ppm schwankt. Diese bemerkenswerte Variabilität steht ganz im Gegensatz zu den anthropogenen CO2-Emissionen, die einen glatten, stetigen Verlauf zeigen. Offensichtlich muss es einen natürlichen Prozess geben, der die Schwankungen verursacht hat. Salby schaute sich nach möglichen Kandidaten um – und wurde fündig: Der globale Temperaturverlauf verlief beeindruckend synchron zur Kurve des jährlichen CO2-Zuwachses. Fasst man die Temperatur mit der Bodenfeuchtigkeit in einem gemeinsamen Parameter zusammen, so ist fast ein perfekter Gleichlauf zu beobachten (Abbildung 2). Während warmer El Nino-Jahre (z.B. 1997/1998) kam sehr viel CO2 dazu, während kalter Jahre (z.B. nach dem Pinatubo-Ausbruch 1991) stieg das CO2 kaum an. Aus den beobachteten Zusammenhängen schloss Salby, dass die CO2-Entwicklung sehr sensitiv auf Temperaturänderungen reagiert und berechnete empirisch, um wie viel sich die CO2-Konzentration erhöht, wenn die Temperatur ansteigt. Salby folgerte aufgrund dieser Werte, dass fast der gesamte CO2-Anstieg seit 1880 Folge der Erwärmung sein könnten.

 

Abbildung 2: Schwankung des jährlichen CO2-Anstiegsbetrages (grüne Kurve) während der letzten 35 Jahre. Die Änderungen verlaufen weitgehend synchron zur Temperaturentwicklung, die zusammen mit der nur zweitrangig beteiligten Bodenfeuchtigkeit zu einem Gemeinschaftsparameter „Oberflächenbedingungen“ zusammengefasst wurde (blaue Kurve). Abbildung aus Salby-Vortrag 2011, El Nino/Pinatubo-Beschriftung ergänzt).

 

Kritiker warfen Salby daraufhin vor, dass die Temperatur lediglich einen generellen CO2-Anstiegstrend moduliert, welcher jedoch selber einen rein anthropogenen Ursprung hätte. Wenn man die empirische CO2-Temperatur-Beziehung in die letzte Eiszeit ausdehnen würde, so hätte die CO2-Konzentration bereits negativ sein müssen, was natürlich unmöglich ist. Wichtig: Auch bei kurzfristiger Abkühlung (z.B. nach dem Pinatubo-Ausbruch) hatte es einen CO2-Zuwachs gegeben, auch wenn er geringer war als sonst. Hier kommt also eventuell ein anthropogener CO2-Grundzuwachs ins Spiel, so dass die CO2-Konzentration in der Atmosphäre im Jahresdurchschnitt in den letzten 160 Jahren niemals gesunken ist.

Es ist nicht auszuschließen, dass die Wahrheit irgendwo in der Mitte liegt und der CO2-Anstieg sowohl anthropogene als auch Temperatur-Ursachen hat. In dem Fall würde der CO2-Anstieg bei einer bevorstehenden natürlichen Abkühlungsphase abgebremst werden. Eine weitere Konsequenz wäre aber auch eine merkliche Reduktion der CO2-Klimawirkung, da Ursache/Wirkung von Temperatur und CO2 neu evaluiert werden muss.

Falls die Temperatur wirklich der Hauptantrieb der CO2-Entwicklung in der Atmosphäre wäre, so müsste man logischerweise fordern, dass die CO2-Konzentration während der Mittelalterlichen Wärmeperiode vor 1000 Jahren bereits einmal ähnlich hohe Werte wie heute erreicht hatte. Die gängigen CO2-Rekonstruktionen auf Basis von Eiskernen zeigen jedoch konstant tiefe Wert an, die erst zu Beginn der industriellen Revolution 1850 ansteigen. Eine Erklärungsmöglichkeit gäbe es jedoch. Die Zuverlässigkeit von CO2-Rekonstruktionen anhand von Gasbläschen in Eiskernen wird von einigen Forschern angezweifelt (Jaworowski et al. 1992, Jaworowski 2007). Die im Eis eingeschlossenen Bläschen sind möglicherweise gar nicht so dicht abgeschlossen wie immer angenommen und würden wie ein feinlöchriger Luftballon allmählich ihre Gasfüllung verlieren, bis nur noch eine Restmenge übrigbleibt, die dann fälschlicherweise als Originalgaskonzentration interpretiert wird. Die mit dieser Technik ermittelte CO2-Konzentration für die Mittelalterliche Wärmeperiode und andere vorindustrielle Zeiten ist daher vielleicht alles andere als sattelfest. Falls dies zuträfe, sollte man sich auch erneut die Beiträge von Ernst-Georg Beck anschauen, der anhand von historischen Messungen eine deutlich bewegtere CO2-Entwicklung für die letzten 200 Jahre postuliert hat.

Salby geht auch auf das Standard-Argument ein, dass den CO2-Anstieg als menschengemacht charakterisieren soll. Misst man die Isotopenzusammensetzung des CO2 der letzte 150 Jahre, so erkennt man eine stete Abnahme des schweren C13-Anteils. Das CO2 wurde isotopisch immer leichter. Traditionell wird dies damit erklärt, dass Lebewesen bevorzugt das leichte C12 aufnehmen. Da fossile Lebewesen die Grundlage von Öl, Gas und Kohle bilden, wird bei der Verbrennung isotopisch relativ leichteres CO2 produziert, das dann den Gesamtanteil von C13 im CO2 der Atmosphäre erniedrigt.

Salby hat sich hierzu den C13 Gehalt des CO2 in den letzten 35 Jahren genauer angeschaut und fand erneut eine Überraschung. Erstaunlicherweise erniedrigte sich der C13-Gehalt immer dann, wenn die Temperatur (und der CO2-Zuwachs) stieg. Entsprechend erhöhte sich der C13-Gehalt bei kälteren Temperaturen (und geringerem CO2-Zuwachs). Temperatur und C13 verhalten sich offenbar spiegelbildlich (siehe Salby-Vortragsvideo ab Minute 18:25). Das Grundmuster scheint daher qualitativ nicht von dem abzuweichen, was wir in den vergangenen 150 Jahren beobachtet haben: Es gab eine Erwärmung von 0,8°C und einen Rückgang des C13-Gehaltes der Atmosphäre. Ist das beliebte Totschlag-Argument mit Verweis auf die Isotopenzusammensetzung möglicherweise fehlerhaft? Bereits Roy Spencer und der Australier Tom Quirk hatten vor einigen Jahren darauf hingewiesen, dass natürliche Faktoren das Kohlenstoff-Isotopenverhältnis maßgeblich beeinflussen.

Murry Salby war lange Jahre treuer IPCC-Anhänger. Durch seine überraschenden Funde kam sein Weltbild nun allerdings ins Schwanken. Er drückt dies in seinem Vortrag so aus: Die gängige Sichtweise ist, dass CO2 den Bus fährt und die Temperatur nur Fahrgast ist. Nun deutet jedoch alles darauf hin, dass vielmehr die Temperatur am Steurrad sitzt und das CO2 ganz hinten auf der Lümmelbank im Bus sitzt.

Klimavorhersagen basieren auf der CO2-Entwicklung in der Atmosphäre. Momentan wird davon ausgegangen, dass die CO2-Konzentration ausschließlich von anthropogenen Quellen beeinflusst wird. Die vorliegenden Daten scheinen diese Aussage in dieser Absolutheit nicht zu bestätigen, so dass die Annahme auf den Prüfstand gehört. Salby: „Wenn wir Menschen das CO2 in der Atmosphäre nicht signifikant beeinflussen können, dann gelingt es uns auch nicht, die CO2-Entwicklung der Atmosphäre vorherzusagen. Und wenn wir diese CO2-Vorhersage nicht hinbekommen, dann können wir auch nicht das Klima prognostizieren.“ Vor etlichen Jahren noch wagten IPCC-Forscher zu behaupten „The Science is settled.” Salby zeigt mit seinem Diskussionsbeitrag deutlich, wie viele Rätsel es in Wirklichkeit noch zu lösen gibt.

Bereits der vielfach mit Forschungspreisen ausgezeichnete Geowissenschaftler Jan Veizer hatte vor einigen Jahren postuliert, dass der CO2-Anstieg wohl eher ein passiver Effekt ist. Veizer ist emeritierter Professor an der Universität Ottawa, arbeitete früher auch an der Ruhr-Universität Bochum. Laut seinen Berechnungen folgt das CO2 lediglich dem Wasserdampf, der seinerseits der solar-gesteuerten globalen Durchschnittstemperatur folgt. Veizers Vortrag auf der IV. Internationalen Klima & Energiekonferenz in München im Dezember 2011 ist übrigens jetzt auf Youtube verfügbar:

Siehe auch Beiträge auf JoNova, WUWT, jennifermarohasy, meteoLCD.
Mit Dank an Christian Bartsch für Recherchehilfen.