Klimawandel. Dies geschah oft dramatisch im Laufe der geologischen Zeitskalen der Erde, gemessen in Hunderttausenden und Millionen von Jahren. Einige dieser Veränderungen könnten ein Phänomen namens Schneeballerde verursacht haben, eine Zeit, in der der gesamte Planet zugefroren ist. Andere Veränderungen haben den Planeten in die entgegengesetzte Richtung geführt.
Während die Wissenschaft immer besser darin wird, Beweise aus diesen Atmosphären der Vergangenheit zu messen und zu entschlüsseln, entdecken Forscher, dass große klimatische Episoden mit Massensterben verbunden sind, als ein Großteil des Lebens auf der Erde starb.
Also, wenn sich das Klima ändert und in der Vergangenheit eher zum Drastischen tendierte, warum dann die Kerfuffle, wenn wir heute über den Klimawandel sprechen?
Einer der Hauptstreitpunkte unter den verbleibenden Skeptikern und der Punkt, in dem sich die meisten Klimawissenschaftler – sowie Wissenschaftler aus vielen anderen Bereichen – einig sind, ist, ob menschliche Aktivitäten die Haupttreiber des schnellen Klimawandels sind.
Was einst diese langen geologischen Perioden dauerte, um Gletscher zu schmelzen oder üppige Tropenwälder in trockene Savanne zu verwandeln, geschieht jetzt im Ausmaß eines Menschenlebens oder sogar noch schneller.
Wir nennen dies anthropogenen oder vom Menschen verursachten Wandel.
Forscher des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) arbeiten daran, die Details zu klären und ein klareres Verständnis des Klimawandels zu liefern.
Sie sind beispielsweise an der Erstellung von Profilen der täglichen Wind-, Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen beteiligt, um genaue Wettervorhersagen zu ermöglichen. Sie haben bahnbrechende Modelle entwickelt, die zukünftige gefährliche Bedingungen wie Waldbrände, Dürren und tropische Stürme vorhersagen. Und sie nutzen diese Modelle, um Gemeinden dabei zu helfen, bessere Entscheidungen darüber zu treffen, wie kritische Infrastrukturen, die für die Lieferung von Strom, Gas und Kommunikation benötigt werden, lokalisiert oder unterstützt werden können.
Einer dieser Forscher ist Scott Collis, ein auf Gewitter spezialisierter Atmosphärenwissenschaftler. Collis ist eine öffentliche Stimme zum Thema Klimawandel und hat versucht, dem Publikum wissenschaftliche Informationen in Sendungen von PBS bis Fox zugänglich zu machen.
Das umfassendere Bild des Klimawandels zu skizzieren, ist einfach, schlägt Collis vor, es sind die Feinheiten – die Wechselwirkungen von Meeresströmungen, Hitze und Wolken zum Beispiel – wo die Dinge kompliziert werden. Aber das bedeutet nicht, dass die Hauptideen schwer zu verstehen sind.
Also, lass es uns aufschlüsseln.
Wetter hin oder her
Ein guter Anfang ist es, den Unterschied zwischen Wetter und Klima zu definieren, ein gemeinsamer Knackpunkt für viele Menschen.
Videoüberblick über Argonnes Arbeit zur Bekämpfung des Klimawandels. Bildnachweis: Argonne National Laboratory
Sie können jemanden sagen hören, dass es zu einer bestimmten Jahreszeit kälter ist, als es sein sollte, oder dass es an Orten, die normalerweise nicht für Schnee bekannt sind, mehr Schnee gibt.
Für einige ist dies ein Beweis dafür, dass es keinen Klimawandel gibt oder dass er die Idee der globalen Erwärmung widerlegt. Aber es ist nicht so einfach.
In Anspielung auf einen ehemaligen Argonne-Mentor sagte Collis, das Klima sei das, was man erwarte, das Wetter das, was man bekomme.
Während sich das Wetter ständig ändert, gibt es langfristig beständige Muster. Wenn Sie beispielsweise in oder um Chicago leben, haben Sie wahrscheinlich mehrere Jahreszeiten an einem Tag erlebt (daher die Maxime: „Wenn Ihnen das Wetter in Chicago nicht gefällt, warten Sie 15 Minuten“).
Die Bewohner des Mittleren Westens erwarten jedoch, dass der Sommer im August am wärmsten sein wird und der Januar fast immer kalte Temperaturen, heftige Winde und glatte Straßen bringen wird.
Dieser wiederholte und konsistente Wetterzyklus über eine bestimmte Region und einen bestimmten Zeitraum hinweg wird als Klima bezeichnet.
Die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) verfolgt sowohl Wetter als auch Klima. Alle 10 Jahre veröffentlicht es Klimanormale oder gemittelte Wetterbeobachtungen, die von Wetterstationen in einer Region, auf einem Kontinent oder auf der ganzen Welt gesammelt wurden.
Jeder 10-Jahres-Bericht basiert auf Wetterbeobachtungen aus 30 Jahren und hilft Wissenschaftlern bei der Vorhersage, wie Temperaturen und andere Bedingungen in den nächsten 10 Jahren aussehen könnten. Der jüngste Klimanormalbericht umfasst die zwei heißesten Jahrzehnte seit Beginn der Aufzeichnungen weltweit von 2000 bis 2019.
„Das jüngste Klimanormal zeigte nicht nur einen massiven Anstieg der Temperaturen, sondern auch interessante Veränderungen des Niederschlags“, sagte Collis.
Diese Niederschlagsänderungen führen zu größeren, heftigeren Stürmen – ja, sogar Schnee – und wecken das Interesse von Wissenschaftlern wie Collis.
Das ist also Wetter und Klima. Nun, hier ist der Grund, warum Wissenschaftler aktuelle Ereignisse anthropogenen Klimawandel nennen.
Die Ursache verstehen
So wie das Klima eine Anhäufung von Wetter ist, wird der Klimawandel durch die übermäßige Ansammlung bestimmter Gase in der Atmosphäre verursacht.
Erhöhte Treibhausgase in der Atmosphäre, wie Kohlendioxid und Methan, die durch Transport und industrielle und landwirtschaftliche Prozesse entstehen, sind die Haupttreiber des vom Menschen verursachten oder anthropogenen Klimawandels. Bildnachweis: NASA-JPL/Caltech
Einige dieser Gase, wie Kohlendioxid (CO2), sind wichtig, um die Infrarotstrahlung der Sonne einzufangen, die uns schaden kann – Sonnenbrand und Hautkrebs – und um zu verhindern, dass unser Planet zu kalt wird. Aber zu viel kann einen Treibhauseffekt verursachen, der Wärme in der Atmosphäre einfängt und die Dinge wirklich zu erwärmen beginnt.
„Kohlendioxid wird richtig aufgeregt, wenn es von Infrarotstrahlung getroffen wird“, erklärt Collis. „Es absorbiert diese Energie und gibt sie wieder ab. Aber anstatt sie zurück ins All zu schicken, sendet es etwas zurück zur Erde.“
Collis verglich dies mit dem Inneren eines Autos an einem heißen Tag. Die Fenster eines Autos verhalten sich wie CO2, lassen sichtbare Strahlung durch, blockieren aber die Wärme, die zu entweichen versucht; wir spüren es sofort, wenn wir an einem heißen Tag in ein Auto steigen, dessen Fenster hochgekurbelt sind.
Unser Planet wird zu diesem Vehikel, und die Gase, die wir in die Atmosphäre abgeben, sind die Schuldigen.
Woher wissen wir das?
Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem erhöhten CO2-Gehalt in der Atmosphäre und dem derzeitigen Temperaturanstieg. Wissenschaftler datieren diese Verbindung auf den Beginn der Industriellen Revolution in Europa und den Vereinigten Staaten im 18. Jahrhundert, als die Gesellschaften die groß angelegte Umstellung auf Kohle – einen großen Beitrag zum CO2 – erlebten, um die Produktion voranzutreiben.
Wissenschaftler stellen diese Beziehung her, indem sie historische Wetteraufzeichnungen und CO2-Messungen aus Eiskern- und Meeressedimentproben, Baumringen und Korallenriffen verwenden, die alle solche Daten erfassen, die 150 Jahre, in einigen Fällen Jahrtausende, zurückreichen.
Aus solchen Beweisen wissen wir, dass die Temperaturen so gestiegen sind wie die Treibhausgase. Und als die Menschen begannen, Veränderungen in ihrer Umgebung aufzuzeichnen, sei es durch wissenschaftliche Instrumente oder Fotos und Videos, begannen wir, die Auswirkungen zu beobachten, während sie auftraten.
Kohle blieb die wichtigste Quelle der Energieerzeugung, bis Ende der 1950er Jahre sauberere Kernenergie eingeführt wurde und seit den 1970er Jahren langsam, aber zunehmend erneuerbare Energien genutzt wurden. Aber die Vereinigten Staaten und Nationen auf der ganzen Welt setzen weiterhin riesige Mengen an CO2 und anderen starken Treibhausgasen wie Methan aus vielen anderen Quellen frei, die das Leben, wie wir es kennen, antreiben.
Der Verkehr beispielsweise ist für über ein Viertel der in den Vereinigten Staaten freigesetzten CO2-Emissionen verantwortlich, während die Stromerzeugung – Kohle, Öl und Gas – nur etwas weniger ausmacht. Auf die Industrie entfallen etwa 20 % und auf die Landwirtschaft 10 %.
Aber landwirtschaftliche Praktiken, insbesondere die Viehzucht, setzen mehr Methan frei als jede andere Form der Industrie. Und während CO2 häufiger vorkommt, ist Methan ein stärkeres Treibhausgas. Während lang gefrorenes Land oder Permafrostregionen in der Nähe des Polarkreises zu tauen beginnen, sind Wissenschaftler besorgt über die Freisetzung großer Mengen von gespeichertem Methan, die das Problem weiter verschärfen könnten.
Um die Beziehung zwischen Menschen, der Freisetzung von Treibhausgasen und dem Klimawandel besser zu verstehen, verwenden Wissenschaftler die neuesten und besten verfügbaren Werkzeuge. Collis weist zum Beispiel auf das Orbiting Carbon Observatory 2 der NASA hin, einen Satelliten, der die Freisetzung von CO2 auf der ganzen Welt verfolgt, sei es aus natürlichen oder menschlichen Quellen.
Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt verwenden auch Simulationen oder Modelle, um Vorstellungen über vergangene Klima- und CO2-Werte zu bestätigen und zukünftige Szenarien vorherzusagen.
„Bei Argonne führen wir Simulationen über Temperatur und Wetter durch und erhalten einen Wert, der möglicherweise die vorindustrielle Ära widerspiegelt“, beschrieb Collis. „Dann fügen wir mehr CO2 hinzu, die Menge, die wir produzieren, und erhalten einen anderen Wert. Und dann tun wir Dinge wie das Einbringen riesiger Mengen CO2, um zu sehen, was passiert. Und ja, die Wissenschaft sagt uns, dass wir es sind.“
Laut der Klimawebseite der NASA hat sich die CO2-Menge in der heutigen Atmosphäre, gemessen in Teilen pro Million (ppm), seit 1850 – als vorindustriell betrachtet – auf etwa 415 ppm fast verdoppelt. „Dies ist mehr als das, was in einem Zeitraum von 20.000 Jahren (vom letzten Gletschermaximum bis 1850, als der Wert von 185 ppm auf 280 ppm anstieg) auf natürliche Weise passiert war“, stellt die Site fest.
Sie können weitere Zahlen über diese Beziehung zwischen Treibhausgasen und steigenden Temperaturen von einer Vielzahl von Forschungseinrichtungen finden, aber das überzeugendste Argument für den vom Menschen verursachten Klimawandel ist die Beobachtung.
Rekordhitze, zunehmende Häufigkeit und Schwere von Stürmen, schmelzende Gletscher und steigende Meeresspiegel sind schwer zu ignorieren.
Noch härter sind die Dürren und Waldbrände, die nicht nur den Westen der Vereinigten Staaten, sondern auch so weit entfernte Regionen wie Sibirien heimsuchen und Millionen Hektar Land unfruchtbar machen.
Einige mögen immer noch argumentieren, dass dies nur der natürliche Lauf der Dinge ist, aber die Forschung legt etwas anderes nahe. Ein Artikel im Wissenschaftsjournal Natur berichteten, dass die rekordbrechende Hitze in den Vereinigten Staaten und Kanada 150-mal wahrscheinlicher auf den Klimawandel als auf einen reinen Zufall zurückzuführen sei und mit steigenden Temperaturen häufiger auftreten würde.
Negatives Feedback ist schwer zu ignorieren
Wenn die Temperaturen steigen und im Laufe der Zeit konstant werden, beginnt die Erde in vielen verschiedenen Ökosystemen eine so genannte Rückkopplungsschleife zu entwickeln.
Der Grund, warum sich Wissenschaftler zum Beispiel um den Verlust der Schneedecke und der Eisdecke in Regionen wie der Antarktis und Grönland sorgen, ist, dass das Weiß des Eises die Wärme zurück zum Himmel reflektiert, während das dunkle Wasser, das sie umgibt, sie absorbiert.
Wärme schmilzt also Eis und Schnee und lässt weniger davon zurück, um die Wärme zu reflektieren. Dies öffnet größere Bereiche des umgebenden Ozeans, um mehr Wärme aufzunehmen, wodurch die Eiskappen weiter schmelzen und die Wärme auf dem Planeten eingeschlossen bleibt.
Neben steigenden Temperaturen durch diesen Prozess ist die andere Sorge der steigende Meeresspiegel. Eis verschwindet nicht einfach; Es vergrößert das Volumen der Ozeane und verändert die Gezeiten und verdrängt Menschen entlang der ohnehin schon prekären Küsten von New Orleans bis Bangladesch.
Ein weiterer, vielleicht direkter wahrnehmbarer Effekt der Rückkopplungsschleife ist das Auftreten stärkerer Stürme.
„Das Treibhausgas, das manche Menschen überraschen könnte, ist Wasserdampf“, sagte Collis. „Es wirft auch einige sehr interessante Rückkopplungsprobleme auf. Um eine komplizierte physikalische Gleichung zu vereinfachen, die wir verwenden, je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasserdampf befindet sich in der Atmosphäre. Dies führt zu mehr Regen und größeren Stürmen und Hurrikanen.“
Erinnern Sie sich als Beweis für dieses Phänomen an die massiven Überschwemmungen im Jahr 2021 in Teilen Europas und Chinas, von denen viele in Gebieten auftraten, die nicht für starke Regenfälle bekannt sind.
„Wir bekommen diese schwerwiegenden Rückkopplungszyklen, weil die Dinge nicht auf geologischen Zeitskalen passieren. Sie passieren viele Größenordnungen schneller“, sagte Collis. „Statt Anpassung haben wir Migration. Orte, die einst landwirtschaftlich genutzt werden konnten, sind es nicht mehr, Änderungen des Meeresspiegels verdrängen Menschen, Arten suchen nach kühleren Breiten. Die Dinge passieren viel zu schnell, als dass sich Arten, Menschen und Pflanzen anpassen könnten.“
Trotz dieser Vorahnungen ist nicht alles düster, wie Scrooge während der letzten seiner gespenstischen Besuche in „A Christmas Carol“ anerkennt: „Aber wenn die Kurse verlassen werden, werden sich die Enden ändern.“ In unserer Geschichte wird die Zukunft von denen von uns entschieden, die umweltbewusste Entscheidungen in unserem täglichen Leben treffen; von Regierungen und Industrien, die sich bemühen, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren; und von Forschungseinrichtungen wie Argonne, die bei Innovationen für einen saubereren Planeten an vorderster Front stehen.