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Die Erde ist ein Ökosystem, das sich innerhalb bestimmter Grenzen in einem stabilen Gleichgewichtszustand befindet. Dies kann nur durch drastische menschliche Eingriffe über lange Zeiträume hinweg leicht gestört werden. Der Treibhauseffekt ist die Erwärmung der Erdatmosphäre (die Erdatmosphäre ist die Gasschicht, allgemein bekannt als Luft, die den Planeten Erde umgibt und durch die Schwerkraft der Erde zurückgehalten wird) durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (fossile Brennstoffe sind Brennstoffe, die durch natürliche Prozesse wie den anaeroben Abbau von vergrabenen toten Organismen, die Energie aus der alten Photosynthese enthalten, gebildet werden), bei denen Kohlendioxid freigesetzt und in der Atmosphäre angereichert wird. Jedes organische Material besteht aus Kohlenstoffverbindungen und jede Verbrennung setzt CO2 frei. Der Kohlenstoff, den Pflanzen für ihr Wachstum benötigen, wird über das CO2 in der Luft eingeatmet. Beim natürlichen Absterben einer Pflanze durch Verrottung wird genau so viel Kohlenstoff in die Atmosphäre zurückgeführt, wie während ihres Wachstums aus der Luft zugeführt wurde. Durch natürliche Prozesse kommt es zu keiner Anreicherung von Kohlendioxid in der Luftschicht. Weder das Verbrennen von Holz, einschließlich Brandrodung , noch das Rauchen von Tabak hat schädliche Auswirkungen auf die Natur und führt auch nicht zu einer Erhöhung de
s CO2-Gehalts. Dies gilt nicht für Kohlenstoff, der direkt aus dem Erdinneren gewonnen wird, also in fester oder gebundener Form, wie es bei Kohle, Öl und Erdgas der Fall ist (Erdgas ist ein natürlich vorkommendes Kohlenwasserstoffgasgemisch, das hauptsächlich aus Methan besteht, aber üblicherweise unterschiedliche Mengen anderer höherer Alkane und manchmal einen geringen Anteil an Kohlendioxid , Stickstoff, Schwefelwasserstoff oder Helium enthält). Das bei Vulkanausbrüchen aus dem Erdinneren austretende Kohlendioxid kann nicht zu einer Nettoansammlung in der Erdatmosphäre führen, auch wenn es sich dabei um enorme Mengen handelt, sonst wäre dies längst geschehen. Der Magmatismus scheint daher im Gleichgewicht mit anderen natürlichen Prozessen zu sein, die das freigesetzte Gas in die feste Phase zurückführen, wie zum Beispiel die langsame Gebirgsbildung, in der sich Kalkstein aus marinen Ablagerungen bildet. Die Erde befindet sich auf wundersame Weise im Gleichgewicht, wenn der Mensch es nicht geschafft hat, in kurzen Zeiträumen auf der geologischen Zeitskala werden alle Kohle- und Ölreserven, die sich über Millionen von Jahren aus organischem Material gebildet haben, durch Verbrennung in die Gasform zurückgeführt. In relativ kurzer Zeit, wie in einem Kreisprozess, entsteht der Zustand der Erde, wie er in der Urzeit herrschte, als die Atmosphäre viel mehr CO2 enthielt als unsere heutige Atmosphäre, und die Erde durch üppiges Pflanzenwachstum gekennzeichnet war und vielen kaltblütigen Lebewesen, insbesondere den Dinosauriern, einen Lebensraum bot.
Kohlendioxid ist ein symmetrisches Molekül, das langwellige elektromagnetische Strahlung absorbiert, nämlich Infrarot- oder Wärmestrahlung (Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die durch die thermische Bewegung geladener Teilchen in Materie erzeugt wird) im Bereich von 4,5 bis 14,5 µm. Wenn Sonnenlicht, das seine maximale Strahlung im sichtbaren Bereich hat, auf die Erde trifft, erwärmt sich die Erde und gibt einen Teil ihrer Energie in Form von Wärmestrahlung wieder ab, und zwar genau im Infrarot (Infrarotstrahlung, oder einfach Infrarot oder IR, ist elektromagnetische Strahlung mit längeren Wellenlängen als die des sichtbaren Lichts, und ist daher unsichtbar, obwohl sie manchmal lose Infrarotlicht genannt wird) Bereich, in dem das Kohlendioxidmolekül seine Absorptionsbanden hat. Das CO2-Molekül (Ein Molekül ist eine elektrisch neutrale Gruppe von zwei oder mehr Atomen, die durch chemische Bindungen zusammengehalten werden) hält also Wärme zurück. Es wird durch das absorbierte Photon (Ein Photon ist ein Elementarteilchen, das Quantum des elektromagnetischen Feldes einschließlich elektromagnetischer Strahlung wie Licht, und der Kraftträger für die elektromagnetische Kraft) zu Schwingungen angeregt, deren Energie durch molekulare Bewegung in Form von Schocks auf andere Luftmoleküle übertragen wird. Die Temperatur steigt. Kohlendioxid ist nur als sogenanntes Spurengas in der Atmosphäre enthalten, aber schon ein geringer Anstieg seiner Konzentration führt zu einer relativ hohen Temperaturänderung. Auf dem Mars ist die CO2-Atmosphäre nur sehr dünn, und doch wird diese dünne Atmosphäre dafür verantwortlich gemacht, dass es auf dem Mars nicht viel kälter ist.
Die globale Erwärmung der Atmosphäre hat folgende fatale Auswirkungen: Warmere Luft kann viel mehr Feuchtigkeit aufnehmen als kältere Luft. Dies führt zu stärkeren Niederschlägen, da parallel dazu eine erhöhte Wolkenbildung stattfindet. Warmere Luft steigt höher und schneller als kühlere Luft und führt in der Regel auch zu höherem Luftdruck in Hochdruckbereichen und durch die stärkere Absaugung zu niedrigerem Druck in Niederdruckbereichen. Dadurch werden die Luftdruckunterschiede zwischen Hoch- und Tiefdruckgebieten größer, und durch das größere Druckgefälle treten auch stärkere Winde auf, besonders in den Sommermonaten, wenn der Lichteinfall sehr steil ist. Der planetarische Wind (atmosphärische Flucht ist der Verlust von atmosphärischen Gasen in den Weltraum) das System verändert sich, die regenreichen Zonen verschieben sich nach Norden, die Wüstengürtel und regenarmen Zonen erweitern sich. Welche Auswirkungen hat der Treibhauseffekt auf die Natur? Über Jahrtausende haben sich die Anlagen an die vorhandenen Niederschlags- und Temperaturverhältnisse angepasst, kleinere Schwankungen spielen für sie keine Rolle. Wenn sich die Niederschlagsbedingungen jedoch dramatisch ändern, sind bestimmte Arten, die auf weniger Niederschlag angewiesen sind, genauso bedroht wie diejenigen, die mehr Niederschlag benötigen, aber plötzlich aufgrund einer Verschiebung des gemäßigten Regenwaldes (gemäßigte Regenwälder sind Nadel- oder Laubwälder , die in der gemäßigten Zone vorkommen und starke Niederschläge erhalten) fehlen. Die Sahara hat sich gebildet, weil sie nach der Eiszeit plötzlich wärmer geworden ist (Eine Eiszeit ist eine Periode der langfristigen Absenkung der Temperatur der Erdoberfläche und der Atmosphäre, die zum Vorhandensein oder zur Ausdehnung von kontinentalen und polaren Eisschilden und alpinen Gletschern führt). Jetzt wird es wärmer und die Wüste schreitet voran, der Raum für kulturellen Boden wird knapper. Wo die mageren Böden liegen, regnet es plötzlich viel, und die bereits dünne Erdkruste wird weggespült. Erosionen, Schlammlawinen und Überschwemmungen zerstören zunehmend Ernten, Felder und Straßen, ganz zu schweigen von den finanziellen Schäden, die sie verursachen. Hurrikanartige Winde biegen den Wald wie Strohhalme, ganz zu schweigen von den Gefahren für die Schifffahrt. Die globale Erwärmung lässt Gletscher und Polkappen schmelzen, Wasserreservoirs versiegen und der Meeresspiegel steigt. Das Meeresplankton (Plankton ist die vielfältige Ansammlung von Organismen, die in der Wassersäule großer Gewässer leben und nicht gegen eine Strömung schwimmen können) ist an genau konstante Temperaturbedingungen gewöhnt, Fischgründe könnten austrocknen, Korallenbildung ist ausgesetzt. Die Tierwelt ist eng mit der Pflanzenwelt verbunden, und mit dem Niedergang der Pflanzenwelt könnte auch der Niedergang der Pflanzenwelt eingeleitet werden. Ökosysteme sind sensibel und fein aufeinander abgestimmt, und die Natur verkraftet keine abrupten Übergänge. Es ist offensichtlich, dass die Natur am Ende immer den Menschen beeinflusst. Ein Albtraum-Szenario? Was kann man dagegen tun?
Alle bisher angebotenen Lösungen sind wirtschaftlich nicht sinnvoll. Unmittelbar und unverzichtbar ist jedoch ein sofortiger Stopp der Verbrennung fossiler Brennstoffe, ein Verzicht auf Heizöl und Verbrennungsmotoren weltweit. Dies sollte die Erträge der Ölgesellschaften reduzieren und deren Widerstand ist zu erwarten. Die wahre Ursache des Treibhauseffekts und seine Nebenwirkungen sollten auch allen klar sein. Hätte die Weltbevölkerung nicht die Gesamtzahl vor Beginn des rasanten Bevölkerungswachstums überschritten, wäre der Verbrauch an fossilen Brennstoffen natürlich viel geringer gewesen, und wer weiß, ob dann der Gleichgewichtszustand überhaupt gestört worden wäre. Der Pro-Kopf-Energieverbrauch ist vielleicht das kleinere Problem, aber multipliziert mit der Mitarbeiterzahl ist der Gesamtenergieverbrauch offenbar zu hoch. In einer Gleichung, in der der Energieverbrauch dem Pro-Kopf-Verbrauch entspricht, kann entweder der Pro-Kopf-Verbrauch reduziert oder der Personalbestand reduziert werden, um zu sparen. Da ein konstanter Pro-Kopf-Verbrauch mit unserem Wohlstand gleichgesetzt wird, muss, wenn es ohnehin nicht zu spät ist, der Personalbestand reduziert werden, d.h. ein Rückgang der Geburtenrate muss zwangsläufig folgen. Dies wiederum wird als sozial inakzeptabel angesehen, weil es die Welt ihrer Lieferanten berauben würde. Aber der Mensch muss wissen, was er will. Will er selbst um jeden Preis überleben, oder sollte dies nicht besser seinen Nachkommen vorbehalten sein als den Trägern des Lebens? Die Menschheit wird entscheiden müssen, egal was passiert, unkontrollierte Fortpflanzung als eine Verletzung des Überlebens aller zu betrachten, vor allem dort, wo die Populationen bereits weit über einem vernünftigen Niveau liegen, sonst wird der drohende Hitzetod viel früher als geplant eintreten.
Es gibt Thesen, denen zufolge es keinen Treibhauseffekt gibt (Der Treibhauseffekt ist der Prozess , bei dem die Strahlung aus der Atmosphäre eines Planeten die Oberfläche des Planeten auf eine Temperatur erwärmt, die über dem liegt, was sie ohne seine Atmosphäre wäre) mit der Begründung, dass die Absorptionsbanden von CO2 bereits gesättigt sind und somit weiter emittiertes Kohlendioxid nicht zu einer weiteren Erwärmung der Erdatmosphäre führen kann. Dass dies nicht der Fall ist, lässt sich mit Hilfe des Prinzips der Energieeinsparung, das wir aufschreiben müssen, leicht nachweisen. An jeder kugelförmigen Grenzschicht der Atmosphäre, deren Zentrum mit dem Erdmittelpunkt zusammenfällt, bleibt die Summe der aufgenommenen und übertragenen Energie konstant. Der Einfluss der Reflexion kann bei der folgenden Betrachtung vernachlässigt werden. Normalisiert (Eine Wellenfunktion in der Quantenphysik ist eine Beschreibung des Quantenzustands eines Systems) auf die Intensität J0, die von der Erdoberfläche abgestrahlt wird, kann das Gesetz der Energieerhaltung (in der Physik besagt das Gesetz der Energieerhaltung, dass die Gesamtenergie eines isolierten Systems konstant bleibt – es soll über die Zeit erhalten bleiben) auf die folgende einfache Form reduziert werden: A + T = 1, wobei A die Absorption und T die Transmission des Mediums ist. Die Transmission wiederum ist definiert als das Verhältnis der transmittierten Intensität zur einfallenden Intensität, T = J/J0, wobei die transmittierte Intensität J eine Funktion der von der elektromagnetischen Strahlung zurückgelegten Wegstrecke ist (in der Physik bezieht sich die elektromagnetische Strahlung auf die Wellen des elektromagnetischen Feldes, die sich durch den Raum ausbreiten und elektromagnetische Strahlungsenergie tragen) d, J = J0-exp{-a-d}, und folgt einem Exponentialgesetz. a gibt den Absorptionskoeffizienten (für “Dämpfungskoeffizient”, wie er in der elektromagnetischen Theorie und Telekommunikation gilt, siehe Ausbreitungskonstante) des Mediums an und ist das Produkt aus Absorptionsgrad E und Konzentration c des Absorbers. Daher: a = E-c. Die Extinktion ist eine medienspezifische Konstante, die einen bestimmten Wert für Kohlendioxid hat. Da der Absorptionskoeffizient nun proportional zur Konzentration von Kohlendioxid in der Erdatmosphäre ist, könnte er theoretisch einen Wert erreichen, der einer 100-prozentigen CO2-Konzentration entspricht, wie sie in einer ausschließlich aus Kohlendioxid bestehenden Atmosphäre vorhanden wäre. CO2 ist in der Atmosphäre nur noch als Spurengas vorhanden, aber jede Verdoppelung der Konzentration hat aufgrund des Absorptionsgesetzes einen quadratischen Effekt in der ursprünglichen Transmission (in der Algebra ist das Absorptionsgesetz oder die Absorptions-Identität eine Identität, die ein Paar von binären Operationen verbindet), und je schneller die Absorption A = 1 – T gegen 1 geht, d.h. in die Sättigung. Nun zu behaupten, dass die Absorption bereits gesättigt ist, d.h. A = 1, wäre ein völliges Missverständnis der logarithmischen Natur des Absorptionsverhaltens, ln(J/J0) = E-c-d. Eine Exponentialfunktion (in der Mathematik ist eine Exponentialfunktion eine Funktion der Form) kann niemals Null werden, außer wie hier für d gleich unendlich; aber der Weg durch die Erdatmosphäre ist nicht unendlich. Eine Sättigung der Absorptionsbanden ist daher auch bei einer 100%igen Konzentration des Absorbers, d.h. a = amax, nicht möglich. Die maximal mögliche Absorption ist also Amax = 1 – exp{-amax-d}.< 1, und ein Ende des Treibhauseffektes ist nicht in Sicht. Übrigens finden einige Leute auch den Namen Treibhauseffekt nicht passend, weil angeblich die Glasscheibe fehlt, die zu jedem Treibhaus gehört. So wie aber Glas absorbiert und Wärmestrahlung am Austritt hindert, so verhindert hier eine Gasschicht aus CO2-Molekülen ein Entkommen der Infrarotphotonen ins All. Also ist der Begriff durchaus anschaulich und zutreffend gewählt. Wem nun noch einfällt zu behaupten, andere Spurengase seien viel aggressiver als Kohlendioxid, der mag zwar formal recht haben, braucht sich jedoch nur die Relation vor Augen führen, in welchem Ausmaß Methan produziert wird und in welchem CO2, und er wird erkennen, daß die anderen Gase kaum eine Rolle spielen.
Abschließend eine kurze Bemerkung zu dem oft geäußerten Argument, es sei nicht eindeutig zu entscheiden, ob die derzeitige globale Erwärmung (globale Erwärmung und Klimawandel sind Begriffe für den beobachteten jahrhundertelangen Anstieg der Durchschnittstemperatur des Klimasystems der Erde und der damit verbundenen Auswirkungen) von mehr als 0,7°C auf natürliche Ursachen oder auf menschlichen Einfluss zurückzuführen ist. Schauen Sie sich die folgende Grafik an, die die Veränderung der Solarkonstanten seit dem Ende der “Kleinen Eiszeit (Die Kleine Eiszeit war eine Zeit der Abkühlung nach der Mittelalterlichen Warmzeit)” um 1700 zeigt.
Selbst das einfachste Modell nach Stefan Boltzmanns Gesetz (Die Boltzmann-Gleichung oder Boltzmann-Transportgleichung beschreibt das statistische Verhalten eines thermodynamischen Systems ohne Gleichgewichtszustand, entwickelt von Ludwig Boltzmann 1872) der Strahlung kann nur eine maximale mittlere Temperaturerhöhung von 0,25 °C durch Veränderung der Sonnenkonstante um 5 W/m² zulassen, d.h. die Differenz von ca. 0,5 °C ist eindeutig auf den Einfluss des Menschen zurückzuführen. Die Interessen der Automobil- und Ölindustrie spiegeln sich somit weitgehend hinter solchen Täuschungsmanövern wider und nicht im ehrlichen Umgang mit physikalischen Gesetzen. Die langfristige durchschnittliche CO2-Konzentration betrug 1860 0,028 Vol.-% der Zusammensetzung der Erdatmosphäre. Im Jahr 1985 stieg dieser Anteil um 30% auf 0,036%. Wenn 0,035% Kohlendioxid im Vergleich zu einer Atmosphäre, in der Kohlendioxid (Kohlendioxid ist ein farbloses und geruchloses Gas, das für das Leben auf der Erde lebenswichtig ist) vollständig fehlt, einer Temperaturerhöhung von 7,2 °C entspricht, bedeutet eine 30%ige Konzentrationssteigerung eine durchschnittliche Temperaturerhöhung von 1,73 °C. Damit ist dieser Wert um ein Grad zu hoch gegenüber dem offiziell angekündigten Wert von 0,7 °C. Dies konnte nur dadurch erklärt werden, dass die amtlichen Mittelwerte im langjährigen Mittel der letzten dreißig Jahre, also vor fünfzehn Jahren, gemessen wurden, da die arithmetische Mittelung einen systematischen Temperaturanstieg nicht berücksichtigt und der”Effekt” in der Statistik verloren geht. Eine falsche Mittelwertbildung ist jedoch ein sehr gefährliches Unterfangen, da sie den wahren Kontext verschleiert. Nach dem subjektiven Empfinden kann dieser Wert überhaupt nicht stimmen, wie die zunehmend milderen Winter und heißeren Sommer der letzten Jahre beweisen. Vielmehr ist es wahrscheinlich, und hier ist es eher eine grobe Schätzung als ein komplexes Modell, dass der oben berechnete Wert den Tatsachen viel näher kommt. Mit den angegebenen Werten lässt sich ein Temperaturanstieg von 5,7 °C für eine Verdoppelung des CO2-Gehaltes prognostizieren. Wann und ob dies der Fall sein wird, hängt jedoch stark vom zukünftigen Verhalten und den Treibhausgasemissionen ab. Wenn nichts geschieht und die weitere Verbrennung fossiler Brennstoffe nicht sofort gestoppt wird, d.h. die Erdölförderung auf fast Null reduziert wird, bedeutet dies definitiv das Ende des größten Teils der Menschheit in diesem Jahrhundert, ein Schicksal, das die Erde ohne den menschlichen Geist Milliarden Jahre lang verschont geblieben wäre.