Schlagwort-Archive: Klimawandel

Steht eine neue Eiszeit bevor? – Die Rolle der Sonnenzyklen beim Klimawandel

Vergletscherung
Vor allem der Ausstoß von Kohlendioxid, verursacht durch die Menschen, ist für die globale Erwärmung verantwortlich – das ist die vorherrschende Meinung in der Debatte um den Klimawandel. Aber auch andere Faktoren wirken auf das Klima: Der Physiker Prof. Werner Weber, Inhaber des Lehrstuhls für Theoretische Festkörperphysik der TU Dortmund, untersucht, welche Rolle die Sonnenzyklen beim Klimawandel spielen. Anhand von langjährigen Daten zur Sonneneinstrahlung fand er starke Hinweise dafür, dass die Sonnenaktivität die Aerosolbildung in der Atmosphäre und damit die Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche beeinflusst.

Seine Erkenntnisse wurden nun im Fachmagazin »Annalen der Physik« veröffentlicht. Dass die Sonnenaktivität einen Einfluss auf unser Klima hat, wird schon lange vermutet, nur ist bisher umstritten, wie hoch er ist. Eine Theorie lautet, dass der Klimawandel direkt mit der Sonnenabstrahlung zusammenhängt: Während eines meist elf Jahre dauernden Zyklus der Sonnenaktivität verändert die Sonne auch ihre mittlere Temperatur. Bei steigender Aktivität wird sie etwas heißer und strahlt mehr Licht ab. Da in den letzten 50 Jahren mehrere starke Sonnenzyklen auftraten, hat auch die Sonnenabstrahlung zugenommen. Dieser Beitrag allein kann aber den Klimawandel nicht erklären. Doch es gibt eine weitere indirekte Beeinflussung, und zwar durch die kosmische Strahlung, erklärt Dr. Patrick Grete, der an Webers Lehrstuhl mitarbeitete und dessen Ergebnisse im populärwissenschaftlichen Onlinejournal SOLONline veröffentlicht hat.

Diese Strahlung, in der Regel Protonen und Alpha-Teilchen, wird durch die Magnetfelder der Sonne abgelenkt und damit teilweise von der Erde ferngehalten. Auch das hängt von der Sonne ab: In Zeiten schwacher Sonnenaktivität sind auch die solaren Magnetfelder schwach und lassen mehr kosmische Strahlung zur Erde durch. In der Erdatmosphäre erzeugt sie Ionen von Luftmolekülen, die sich sofort mit einer Hülle von Wassermolekülen umgeben. Dies ist seit langem bekannt. Weber allerdings nimmt an, dass diese Wasserhülle die positiv und negativ geladenen Ionen davon abhält, sich beim Zusammentreffen durch Ladungsaustausch auszulöschen – sie bleiben als neutrale Wassertröpfchen bestehen, die beide Ionensorten enthalten. Die Ionen der Luftmoleküle sind also im Wasser in gleicher Weise gelöst wie die Ionen eines Salzes. So sind sie sehr stabil und können sich als Aerosole lange in der Atmosphäre aufhalten.

Ist die Sonne schwach aktiv, lassen also die solaren Magnetfelder viel kosmische Strahlung zur Erde durch, werden besonders viele Aerosole in der Atmosphäre gebildet. Sie streuen und absorbieren das einfallende Sonnenlicht – darum kommt bei geringer Aktivität deutlich weniger Licht auf der Erdoberfläche an als in aktiven Zeiten. Die Auswertung der Messdaten aus 100 Jahren zeigt, dass dieser Effekt etwa zehnmal so stark auf die Erderwärmung wirkt wie die Änderung der direkten Sonnenabstrahlung.
Das solare Minimum zwischen dem Ende des letzten und dem Beginn des jetzigen Zyklus der Sonnenaktivität dauerte sehr lange. Auch im neuen Zyklus, der 2008 begann, ist die Sonne bisher sehr ruhig. Darum, so glaubt Werner Weber, wird die globale Erwärmung in den kommenden Jahren stagnieren, vielleicht sogar in eine Abkühlphase umschlagen.

Er hält es auch für möglich, den von ihm postulierten Effekt für die strategische Bekämpfung der Erderwärmung einzusetzen: Unter dem Oberbegriff »Geo-Engineering« werden schon heute Methoden erdacht, gezielt in die Kreisläufe der Erde einzugreifen um den Klimawandel abzuschwächen. Der Abkühlungseffekt könnte verstärkt werden, wenn solche Ionen zur Aerosolbildung zusätzlich in die Atmosphäre eingebracht würden. Es wäre womöglich nicht das erste Mal: Während des Kalten Krieges gelangte im Zuge der Kernwaffenversuche ähnlich viel ionisierende Strahlung in die Atmosphäre wie sonst durch die kosmische Strahlung. Die globale Kälteperiode von 1950 bis 1970 nannten die Medien damals „kleine Eiszeit“. (Quelle:idw, Foto: cc-by Stephen Hudson)

Zunahme von Naturkatastrophen durch Klimawandel?

Flut

Bis vor kurzem war es noch gängige Meinung, dass es einen direkten Zusammenhang zwischen globaler Erwärmung und einer Zunahme von Naturkatastrophen gäbe. Dann wurden Mängel im Statusbericht des Weltklimarates (IPPC, 2007) aufgedeckt. Was gilt jetzt?

Sind Stürme, Überschwemmungen, Flutwellen, Unwetter und Dürren womöglich gar nicht auf einen Klimawandel zurückzuführen? Rat und Aufklärung verspricht der „Master of Disaster“ (Meister der Katastrophen), wie Gerhard Berz, der Chef der Georisikoforschung eines großen Rückversicherers von der Zeitschrift Focus genannt wurde. Sein aktuell im Februar 2010 erschienenes Buch mit dem Titel „Wie aus heiterem Himmel?“ behandelt das Thema der Naturkatastrophen unter dem Gesichtspunkt, was uns erwartet und wie wir vorsorgen können.

„Wenn es so weitergeht, geht es bald nicht mehr weiter“, betitelt Berz ein Kapitel in der zweiten Buchhälfte, in der er die Versicherungsstatistik der 60er Jahre über große Naturkatastrophen mit der des Jahrzehnts zwischen 1999 und 2008 vergleicht. Demnach hat sich die jährliche Zahl großer Naturkatastrophen nahezu verdoppelt. Ist diese dramatische Zunahme tatsächlich auf einen menschengemachten Klimawandel zurückzuführen?

Berz ist allerdings zu sehr Kenner der Materie, als dass er die minimalen Klimaschwankungen innerhalb von 50 Jahren als Hauptursache ansehen würde. Er listet vielmehr acht Gründe auf. Der erste Grund ist die Bevölkerungszunahme. Klimawandel als Grund für die Zunahme von Naturkatastrophen erscheint dagegen an letzter Stelle.

Als Leser frage ich mich unwillkürlich: Wie kann die Bevölkerungszunahme seit den 60er Jahren, immerhin auf das Dreifache ihres ursprünglichen Werts, der Grund für Naturkatastrophen sein? Es ist kaum denkbar, dass das Erdbeben von Haiti mit Hunderttausenden Toten oder das kürzliche Beben in Chile mit anschließendem Tsunami von einer wachsenden Erdbevölkerung ausgelöst wurde. Auch der Hurrikan 2005, der New Orleans verwüstete, wird wohl kaum seine Ursache in der Fruchtbarkeit der Bevölkerung haben.

Berz erklärt zunächst systematisch alle vorkommenden Extremereignisse der Natur. Beispielsweise hängen neunzig Prozent aller Erdbeben mit den Bewegungen der Erdkruste zusammen. Die Kontinentalplatten verschieben sich permanent, weil sie auf einem heißen zähflüssigen Erdinneren schwimmen. Wenn zwei Platten aneinander reiben, geht das nicht ohne Beben ab. Für die Natur ist das keine Katastrophe, sondern ein gewöhnlicher Vorgang: „Die Natur kennt keine Katastrophen“ (Max Frisch).

Berz überrascht in einem späteren Kapitel den Leser, wenn auch eher unbeabsichtigt. Die Überraschung hängt mit der Definition des Begriffs „Große Katastrophen“ zusammen. So werden nämlich Ereignisse bezeichnet, welche die Selbsthilfefähigkeit der betroffenen Region deutlich übersteigen. Dazu müssen zwei Dinge zusammenkommen. Erstens müssen Menschen von dem Ereignis betroffen sein und zweitens muss es deren Selbsthilfefähigkeit weit übersteigen. Eine verheerende Überschwemmung in der Sahara, bei der keine Menschen betroffen sind, ist demnach keine große Naturkatastrophe.

Als aufmerksamer Leser wundere ich mich nun, dass sich die Zahl der großen Naturkatastrophen seit den 60er Jahren nur verdoppelt hat, während die Weltbevölkerung bekanntlich auf das Dreifache anstieg. Wegen des Zusammenhangs zwischen der betroffenen Bevölkerungszahl und der Definition großer Katastrophen hätte eigentlich auch die Zahl der Menschen, deren Selbsthilfefähigkeit deutlich übertroffen wird, auf das Dreifache steigen müssen. So macht es fast den Eindruck, als habe die absolute Zahl an Extremereignissen eher abgenommen. Berz löst zwar nicht das Paradoxon, aber mithilfe der gegebenen Information kommt man als Leser selbst auf die Lösung.

Die absolute Schadenszunahme hängt einerseits mit den immer ausgedehnteren und zahlreicheren Großstadtregionen zusammen, die von Extremereignissen betroffen werden. Andererseits müssen aber die Vorsorgemaßnahmen gegen die Naturkatastrophen zugenommen haben und zwar noch mehr als die Zunahme der Schäden.

Das Treffen von Vorsorgemaßnahmen ist ein wichtiges Anliegen von Berz. Zu jeder beschriebenen Katastrophenart schildert er, wie man Katastrophen entweder vermeidet, und wenn das nicht möglich ist, durch vorbeugende Maßnahmen zumindest soweit abmildern kann, sodass selbst bei Eintritt eines Extremereignisses nicht mehr von einer großen Naturkatastrophe die Rede sein kann.

Es sind keineswegs die extrem kostenträchtigen und kaum wirksamen Maßnahmen gegen CO2-Emissionen, welche der Vorsorge gegen große Naturkatastrophen dienen. Es sind einfache und direkt wirksame Maßnahmen, wie die folgenden Beispiele zeigen.

Die Kölner Altstadt wird durch mobile Schutzwände gegen Überschwemmungen des Rheins geschützt. Die Kosten betragen nur einen Bruchteil der sonst möglichen Schäden. Gegen Tsunamis kann man Warn- und Kommunikationssysteme aufbauen: Es braucht keine Hunderttausende Tote zu geben. In Bangladesh dienen Betonschutzbauten auf Stelzen zur Vorsorge gegen Killer-Zyklonen. Die Einhaltung und Kontrolle spezieller Bauvorschriften verhindert ein Erdbebeninferno. Ein gutes Warnsystem kann dafür sorgen, dass wertvolle bewegliche Gegenstände vor einem drohenden Extremereignis in Sicherheit gebracht werden. Mögliche Schäden an unbeweglichen Gütern brauchen deshalb nicht zum völligen Ruin des Geschädigten zu führen.

Die Klimamärchen des Weltklimarats haben uns lange den Blick getrübt für wirklich sinnvolle Vorsorgemaßnahmen gegen große Naturkatastrophen. Berz öffnet uns mit seinem Buch die Augen und zählt auf, wie wir zwar nicht Extremereignisse, aber doch große Naturkatastrophen mit relativ einfachen und wirksamen Mitteln weitgehend verhindern können. – Klaus-Dieter Sedlacek – Bild: Flut cc-by-sa Joy Garnett (archive)(flickr)

Klimawandel: Wie Bioreaktoren und Algen den Klimawandel aufhalten sollen

Wird es gelingen den Klimawandel aufzuhalten? – WISSEN DER ZUKUNFT berichtet über das Wunderwelt Wissen. Zum Thema Klimawandel zunächst ein einführendes Video:

(idw) Der Klimawandel gilt als eines der größten Probleme des 21. Jahrhunderts. Hauptverantwortlich ist der hohe CO2-Ausstoß, der vor allem durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe – also Öl, Kohle, Gas oder Holz – entsteht. Um den Treibhauseffekt aufzuhalten, versuchen sich Wissenschaftler an unterschiedlichen technischen Entwicklungen. Eine Lösung macht die Natur vor: Grünpflanzen filtern durch Photosynthese das Treibhausgas aus der Luft. Ähnliches passiert in Bioreaktoren, wo Grünalgen, bekannt für ihr schnelles Wachstum, zugeführtes CO2 zu Biomasse umwandeln. Diesen Prozess wollen Physiker der Uni Duisburg-Essen (UDE) industriell nutzen. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Hilmar Franke hat einen faseroptischen Photo-Bioreaktor entwickelt. Das bislang einzigartige System filtert Kohlendioxid aus dem Abgas fossiler Energieerzeugung.

Oder anders ausgedrückt: Die Wissenschaftler haben einen Algenreaktor gebaut, der CO2-Emissionen aus Heizungsanlagen zu Biomasse, sprich Sauerstoff und Algen macht. Der CO2-Vernichter funktioniert so: Auf einem Gebäudedach wird über einen Lichtsammler Tageslicht eingefangen. Dünne hocheffiziente Kabel, so genannte Lichtleitfasern, transportieren das Licht in den Bioreaktor. Hier wird die Algensuppe mit den Emissionen einer Industrieanlage begast. Die Algen verwerten dank des Lichts das CO2 und vermehren sich.

Aus den zwei Effekten – Vernichtung von Treibhausgas und Entstehung von Biomasse – lässt sich trefflich Kapital schlagen, erklärt Prof. Franke: “Stichwort Emissionshandel: Wer durch umweltfreundliche Technologien Kohlendioxid einspart, kann überschüssige Verschmutzungs-Zertifikate verkaufen. Stichwort Biomasse: Algen werden schon jetzt in vielen Industriezweigen verwertet. In unserem Fall ließen sie sich als Biotreibstoff oder für Baustoffe vermarkten.”

Die technische Entwicklung des Algenreaktors ist abgeschlossen. Was den UDE-Forschern noch fehlt, sind interessierte Investoren. Die hoffen sie auf der Hannovermesse zu finden, wo sie im April den Prototypen ihrer Entwicklung, ein gläsernes Modell, vorstellen. “Wir denken da an die Biogastechnologie oder an Betreiber von Klär- oder Heizanlagen”, so Franke und rechnet vor: “Ein 50qm großes Dach würde ausreichen, eine Tonne CO2-Emissionen im Jahr umzusetzen. Ein Hallendach von einem Hektar könnte in Deutschland rund 200 Tonnen Treibhausgas vernichten.”

Und auch das spricht aus Sicht des Physikers für das System made in Duisburg-Essen: “Ein Algenreaktor mit einem Hektar Lichtsammelfläche kann mehr als 200 Mal mehr CO2 umsetzen als ein Buchen- oder Eichenwald gleicher Fläche. Auch die Ausbeute gegenüber einem Hektar Mais ist bis zu 20 Mal höher.”

Für Privathaushalte wird der Bioreaktor erst in zweiter Generation geeignet sein. Ein CO2-Filter für kleine Objekte, zum Beispiel für ein Einfamilienhaus, stelle ganz andere Anforderungen an die Technik, sagt Franke. “Die Idee, dass der Schornsteinfeger nicht den Ruß, sondern Algenpulver aus dem Kamin kehrt, ist allerdings sehr reizvoll.”

Entstehung von Wolken: Rätsel geknackt!

“DAS WISSEN” ( toppx.newzs.de ) berichtet über das Wunderwelt Wissen.

Paul Wagner bei der Expansionskammer

Paul Wagner kontrolliert die Kondensation von Wasserdampf an Aerosolpartikeln uns die Wolkenbildung, Foto: (idw) Universität Wien

(idw) Aerosolpartikel – ein Gemisch aus festen und/oder flüssigen Schwebeteilchen und Luft – spielen beim Klimawandel eine wichtige Rolle. Da sie für die Wolkenbildung verantwortlich sind, würde es ohne sie keine Wolken und damit keinen Wasserkreislauf geben. Ist die Atmosphäre mit Wasserdampf übersättigt, kondensiert dieser Wasserdampf an Aerosolpartikeln, bildet Tröpfchen und in der Folge Wolken. Die Kondensation von Wasserdampf findet jedoch nur an ganz bestimmten Aerosolpartikeln statt.

Dem Aerosolphysiker Physiker Paul Wagner und seinem Team ist nun insofern ein Durchbruch gelungen, als dass sie erstmals in Modellexperimenten die Kondensation an Aerosolpartikeln im Nanobereich sichtbar machen konnten. “Im Bereich von einem Nanometer bestehen die Aerosolpartikel aus Molekül-Clustern”, so Paul Wagner: “Da wir die Partikel in ihren einzelnen Bestandteilen sehen, können wir nun beobachten, wie Wolkenkondensationskerne entstehen.” Das Forschungsteam kann also entschlüsseln, welche Kriterien Aerosolpartikel zu erfüllen haben, damit sich Wolken bilden.

Der Modellversuch in der Expansionskammer im Detail

In der Expansionskammer wird zuerst eine mit einem organischen Dampf gesättigte Atmosphäre erzeugt, dann werden Nanopartikel, also Aerosolpartikel in Nanometergröße, eingebracht. Innerhalb von wenigen Millisekunden wird durch Expansion Dampfübersättigung erzeugt. Mit Hilfe eines Lasers werden nun jene Teilchen sichtbar, an denen sich Tröpfchen bilden und in der Folge Wolkenkondensationskerne heranwachsen. “Dieser Vorgang mag recht simpel klingen, dahinter steckt aber unglaublich viel Arbeit. Allein die Entwicklung der Expansionskammer dauerte Jahre”, so Wagner.