Wissenschaftsgeschichte der globalen Erwärmung

Die Wissenschaftsgeschichte der globalen Erwärmung beginnt mit der Entdeckung des Treibhauseffektes 1824 und umfasst das seitdem entwickelte naturwissenschaftliche Verständnis über den menschlichen Einfluss auf das Weltklima. Eine Beschreibung der Geschichte der Wissenschaft über die globale Erwärmung findet sich beispielsweise im 1. Kapitel des jüngsten IPCC-Berichts^[1] und ausführlicher bei dem US-amerikanischen Wissenschaftshistoriker Spencer R. Weart.^[2]

19. Jahrhundert: Die Entdeckung der Grundlagen

Svante Arrhenius, einer der Pioniere in der Geschichte der Wissenschaft über die globale Erwärmung

Aufbauend auf die Entdeckung des Treibhauseffektes durch Jean Baptiste Joseph Fourier im Jahr 1824, identifizierte John Tyndall 1862 einige der für diesen Effekt verantwortlichen Gase, allen voran Wasserdampf und Kohlendioxid (CO₂). Hieran anknüpfend, veröffentlichte Svante Arrhenius^[3] 1896 als erster die Hypothese, dass die anthropogene CO₂-Anreicherung in der Atmosphäre die Erdtemperaur erhöhen könne^[4]. Wenngleich viele Wissenschaftler aufgrund der damals nur sehr ungenauen Daten zu den Absorptionsbanden von Kohlendioxid davon ausgingen, dass der Effekt von CO₂ von der viel stärkeren Absorptionswirkung von Wasserdampf vollständig überdeckt würde, erfuhr er prominente Unterstützung, u.a. von Thomas Chrowder Chamberlin.^[5]

Für die Klimasensitivität ermittelte Arrhenius 5 bis 6 °C. Eine merkliche Temperaturzunahme erwartete er erst nach einigen Jahrhunderten^[2], und er hoffte dabei auf "gleichmäßigere und bessere klimatische Verhältnisse" sowie "um das Vielfache erhöhte Ernten".^[6]

Erste Hälfte des 20. Jahrhunderts: Die Auswirkungen der umstrittenen Theorie einer möglichen globalen Erwärmung werden überwiegend positiv gesehen

In den 1930er Jahren bemerkten die Menschen in den USA, dass sich die Temperaturen in ihrer Region in den vorangehenden Jahrzehnten erhöht hatten; die Wissenschaftler gingen jedoch mehrheitlich von einem natürlichen Klimazyklus aus und ein verstärkter Treibhauseffekt war nur eine von vielen möglichen Ursachen.^[2]

Im Jahr 1937 wies Guy Stewart Callendar, der Sohn von Hugh Longbourne Callendar, erneut auf die wärmende Wirkung der bei Nutzung fossiler Brennstoffe entstehenden Kohlendioxidemissionen hin. Basierend auf einer Auswertung der Temperaturdaten der letzten 50 Jahre von 200 meteorologischen Stationen konnte er eine globale jährliche Erwärmungsrate von 0,005° ermitteln, was er für statistisch signifikant hielt. Die aus den damaligen, durch den Menschen zusätzlich ausgelösten Kohlendioxid-Emissionen in Höhe von 150.000 Mio. Tonnen resultierende Erwärmung, schätzte er auf 0,003°/Jahr (Stand 2011: 0,02°/Jahr). Er ging von einer CO₂-Konzentration von 274 ppm im Jahr 1900 aus; durch Fortschreiben der damaligen, geschätzten jährlichen Emissionsrate von 4300 Mio. Tonnen Kohlendioxid erwartete er für das Jahr 2100 eine atmosphärische Kohlendioxidkonzentration von 396 ppm (Stand 2011: 390 ppm). Die aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe resultierende Erwärmung schätzte er für das 20. Jahrhundert auf 0,16°, für das 21. Jahrhundert auf 0,39° und für das 22. Jahrhundert auf 0,57°. Seine Arbeit wurde gelobt, jedoch wurden einige Punkte kritisiert. U.a. gab es zur damaligen Zeit keinen stichhaltigen Beleg dafür, dass der atmosphärische CO2-Gehalt tatsächlich ansteigt, da die verfügbaren Daten zum atmosphärischen CO₂-Gehalt sehr ungenau waren und niemand wusste, wie hoch der Anteil des Gases ist, der von den Weltmeeren absorbiert wird.

Auch Callendar betrachtete die globale Erwärmung als etwas Positives und durch die anthropogene Erwärmung das Risiko einer baldigen Wiederkehr einer Eiszeit auf absehbare Zeit gebannt.^[5]

Der deutsche Klimatologe Hermann Flohn war in Deutschland der erste Wissenschaftler, welcher im Jahr 1941 aufgrund empirischer Daten auf eine seines Erachtens nach bereits laufende globale Klimaerwärmung aufmerksam machte.^[7]

1950er - 1980er Jahre: Die ersten Warnungen vor dem kommenden Klimawandel

In den späten 1950er Jahren wurde dann erstmals nachgewiesen, dass das Kohlendioxid in der Atmosphäre laufend zunimmt. Auf Initiative von Roger Revelle, Direktor der US-amerikanischen Scripps Institution of Oceanography, startete Charles David Keeling 1958 auf dem Berg Mauna Loa (Hawaii, Big Island) seine regelmäßigen Messungen des CO₂-Gehalts in der Atmosphäre (Keeling-Kurve). - Gilbert Plass nutzte 1956 erstmals Computer zur genaueren Berechnung der zu erwartenden Erwärmung. Zudem konnte er seine Rechnungen auf ebenso erst seit kurzem verfügbare, erheblich genauere Absorptionsspektren des CO₂ aufbauen. Er erhielt 3,6 °C als Wert für die Klimasensitivität.^[8]

Nachdem nun einerseits der Konzentrationsanstieg des Treibhausgases Kohlendioxid belegt war und sich andererseits die wärmende Wirkung dieses Anstiegs immer klarer abzeichnete, wurde die globale Erwärmung zunehmend als ein ernstzunehmender klimatologischer Prozess und nicht mehr nur als eine theoretische Möglichkeit betrachtet. Da die stattgefundene Industrialisierung im 19. und 20. Jahrhundert die Kohlendioxid-Emissionen drastisch ansteigen ließen, war auch nicht mehr von einem langsamen, erst in Jahrhunderten wahrnehmbaren Vorgang auszugehen, sondern von einem in wenigen Jahrzehnten klar sichtbaren Prozess, der bedrohliche Ausmaße annehmen könnte.

Im Jahr 1965 warnte daher ein Beratungsgremium der US-Regierung, dass die globale Erwärmung eine ernsthafte Bedrohung darstelle (... a matter of "real concern").^[9] Mit dem Verstärkung der Umweltbewegung in den 1970er Jahren wurde die Klima-Problematik auch einer breiteren Öffentlichkeit bekannt. Irritationen^[10] waren durch die Globale Abkühlung der vorangegangenen drei Jahrzehnte entstanden, die nun durch Minderung der als Ursache erkannten atmosphärischen Umweltverschmutzung beendet wurde.

In den ersten beiden Berichten an den Club of Rome von 1972^[11] und 1974^[12] wurden als Ursachen für eine globale Erwärmung der anthropogene Treibhauseffekt und die "thermische Umweltverschmutzung" durch Abwärme diskutiert. Die Wirkung der enthropogenen Einflüsse auf das Klima wurden richtigerweise erst in einigen Jahren erwartet. Dann aber könne diese Erwärmung sich als die bedrohlichere erweisen, "wenn wir so glücklich sein sollten, den anderen Einflüssen zu entgehen".^[13]

Untergrenzen für die entsprechende Erwärmung bei unterschiedlichen Wachstums-Szenarien der globalen Energieproduktion wurden bereits damals berechnet^[14], wobei auch ein Beispiel für erneuerbare Energie und die Grenzen ihrer Verfügbarkeit berücksichtigt wurden. Unter der Annahme ausschließlicher Nutzung der Photovoltaik zur globalen Energieproduktion ab 1970 wurde für diese Grenze bei anhaltender, exponentieller Produktions-Wachstumsrate in der damaligen Höhe mit Stromausbeuten, die etwa den heutigen entsprechen, die Mitte unseres Jahrhunderts abgeschätzt. - Durch die 1. Ölpreiskrise von 1973 sanken jedoch die jährlichen Energieproduktions-Wachstumsraten von vorher bis zu 7 % zunächst auf negative Werte ab, und sie betrugen im Mittel von 1970 bis 2005 nur noch 2 %.^[15] Mit deren hypothetischer Fortsetzung für ausschließlich photovoltaische Energie würde die globale Wachstumsgrenze schätzungsweise am Ende des nächsten Jahrhunderts erreicht.^[16]

Noch 1979 schrieb die National Academy of Sciences der USA im sog. Charney-Report, dass ein Anstieg der Kohlendioxidkonzentration ohne Zweifel mit einer signifikanten Klimaerwärmung verknüpft sei. Spürbare Effekte seien aufgrund der Trägheit des Klimasystems jedoch erst in einigen Jahrzehnten zu erwarten.^[17] Erste Computerprogramme zur Modellierung des Klimas wurden geschrieben und begannen die Wirkung eines erhöhten CO₂-Gehalts in der Atmosphäre zu simulieren.

1988: Das IPCC wird gegründet

Im Jahr 1988, dem damals wärmsten seit Beginn der Aufzeichnungen, trat die Wissenschaft von der globalen Erwärmung und ihre internationale Koordinierung mit der Gründung des IPCC in ein neues Stadium ein. Der weitere Verlauf sei im Zusammenhang mit der Geschichte dieses Weltklimarates beschrieben, die im jüngsten Bericht der Arbeitsgruppe I^[1] speziell im Abschnitt 1.6 dargestellt ist.

Der Zwischenstaatliche Ausschuss über den Klimawandel (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)) wurde vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) gemeinsam mit der der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) im November 1988 eingerichtet und ist der 1992 abgeschlossenen Klimarahmenkonvention beigeordnet. Er fasst für seine im Abstand von etwa 6 Jahren erscheinenden Berichte die weltweiten Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Klimaveränderung zusammen und bildet damit den aktuellen Stand des Wissens in der Klimatologie ab. In jedem Sachstandsbericht werden mehrere tausend wissenschaftliche Einzelbeiträge gesichtet und unter Beachtung der Möglichkeiten für eine politischen Konsens zusammenfassend dargestellt. Zudem erscheinen zu wichtigen Einzelthemen Sonderberichte, wie beispielsweise Spezial-Reports für diverse Emissionsszenarien.^[18]

Der Konsens innerhalb des IPCC, dessen Berichte die relevanten Informationen und Ergebnisse aus Fachbeiträgen bündeln, wird von den wichtigsten nationalen Wissenschaftsakademien unter anderem aller G8-Länder ausdrücklich unterstützt.^{[19][20][21][22][23]} Wenigstens weitere 30 nationale und internationale wissenschaftliche Gesellschaften teilen ebenfalls prinzipiell die IPCC-Positionen, darunter die European Science Foundation^[24] und die European Geosciences Union^[25], die Weltorganisation für Meteorologie (WMO)^[26], die American^[27] und die britische Royal Meteorological Society^[28], die Australian^[29] und die Canadian Meteorological and Oceanographic Society^[30], die American Physical Society^[31] und das Network of African Science Academies.^[32] Diesen Konsens verdeutlicht schließlich auch ein Essay der Wissenschaftshistorikerin Naomi Oreskes, dem zufolge sich in einer Auswahl von 928 Abstracts aus einer wissenschaftlichen Datenbank mit dem Stichwort „global climate change“ unter diesen kein einziger finden ließ, der den grundlegenden vom IPCC vertretenen Thesen widersprochen hätte.^[33]

Das 21. Jahrhundert: Der Klimawandel ist da

Räumliche Verteilung der globalen Erwärmung: Die Grafik zeigt die Temperaturanomalien im Zeitraum 2000-2009 (oben), dem wärmsten bisher gemessenen Jahrzehnt, und im Vergleich dazu die Jahre 1970-79. Dargestellt sind jeweils Anomalien, also Abweichungen vom langjährigen Mittel des Zeitraums 1951-1980, nicht absolute Temperaturen.

Das erste Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts war das wärmste seit Beginn systematischer Temperaturaufzeichnungen.^[34] Betrachtet man die einzelnen Jahre, so waren 2010 und 2005 die wärmsten Jahre seit Beginn der Messungen.^[35]

Im Vierten Sachstandsbericht des IPCC von 2007 wird als Bandbreite aller Modelle und aller Szenarien bis 2100 eine Erhöhung der bodennahen Lufttemperatur von 1,1 °C bis 6,4 °C und eine Erhöhung des Meeresspiegels von 0,19 m bis 0,58 m prognostiziert. Die hauptsächliche Ursache der Erderwärmung sind mit einer angegebenen Wahrscheinlichkeit von über 90 % „sehr wahrscheinlich“ die vom Menschen verursachten Emissionen von Treibhausgasen. Ebenfalls 2007 erhält das IPCC zusammen mit dem ehemaligen US-Vizepräsidenten Al Gore den Friedensnobelpreis.

Im Jahr 2009 erschien mit der "Copenhagen Diagnosis" das letzte größere Update seit Erscheinen des AR4 von 2007. Die Autoren schreiben, dass einige im letzten IPCC-Report angebene Entwicklungen in ihrem Ausmaß unterschätzt wurden. So lag die arktische Meereisbedeckung im Erscheinungsjahr des AR4 (2007) um 40% niedriger als die Computermodelle vorausgesagt hatten. Der Meeresspiegelanstieg der letzten 15 Jahre lag um 80% über den Vorhersagen des IPCC und der von den Autoren erwartete Meeresspiegelanstieg bis zum Jahr 2100 ist doppelt so hoch als vom IPCC noch im Jahre 2007 beschrieben wurde.^[36]

2010 war das Jahr mit den weltweit größten je gemessenen Kohlendioxid-Emissionen. Aufgrund der aktuell stattfindenden Investitionen in Kohlendioxid emittierende Energieträger sind 80% der Emissionsrate von 2010 bis zum Jahr 2020 nahezu sicher.^[37]

Weblinks

• Spencer Weart: The Discovery of Global Warming, Geschichte der Wissenschaft über den menschlichen Klimawandel (englisch)

Einzelnachweis

1. ↑ ^{a b} Intergovernmental Panel on Climate Change (2007): IPCC Fourth Assessment Report - Working Group I Report on "The Physical Science Basis" mit Zusammenfassung für Entscheidungsträger deutsch
2. ↑ ^{a b c} Spencer Weart: The Discovery of Global Warming, Center of History am American Institute of Physics, 2003. Siehe online
3. ↑ Jaime Wisniak: Svante Arrhenius and the Greenhouse Effect, Indian Journal of Chem Technology 9 (2002) S. 165-173
4. ↑ Svante Arrhenius (1896): On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground, in: Philosophical Magazine and Journal of Science, Vol. 41, S. 239–276 (PDF, 8 MB)
5. ↑ ^{a b} G.S. Callendar: The artificial production of carbon dioxide and its influence on temperature Online, PDF
6. ↑ Svante Arrhenius: Världarnas utveckling (1906), dt. Das Werden der Welten. Akademische Verlagsgesellschaft Leipzig 1908.
7. ↑ Hermann Flohn: Die Tätigkeit des Menschen als Klimafaktor, Zeitschrift für Erdkunde 9 (1941), S. 13-21
8. ↑ The Carbon Dioxide Theory of Climatic Change, G.N. Plass, Tellus 8, 140–154, 1956 Online, PDF
9. ↑ President's Science Advisory Committee (1965). Restoring the Quality of Our Environment. Report of the Environmental Pollution Panel. Washington, DC: The White House, quote p. 9, see pp. 111-31, Quellenangabe von der Website von Spencer Weart
10. ↑ Reid A. Bryson:A Reconciliation of several Theories of Climate Change, in: John P. Holdren (Herausg.): Global Ecology. Readings toward a Rational Strategy for Man, New York etc. 1971, S. 78-84
11. ↑ D. Meadows et al.: Die Grenzen des Wachstums, Stuttgart 1972.
12. ↑ M. Mesarovic und E. Pestel: Menschheit am Wendepunkt, Stuttgart 1974.
13. ↑ "It could prove to be the most inexorable, however, if we are fortunate enough to evade all the rest." Zitiert nach John P. Holdren: Global Thermal Pollution, in: John P. Holdren (Herausg.): Global Ecology. Readings toward a Rational Strategy for Man, New York etc. 1971, S. 85-88.
14. ↑ Robert Döpel: Über die geophysikalische Schranke der industriellen Energieerzeugung. Wissenschaftl. Zeitschrift der TH Ilmenau, ISSN 0043-6917, Bd. 19 (1973, H.2), S. 37-52, online:
15. ↑ Deutsches Nationalkomitee des Internationalen Weltenergierates, Broschüre: Energie für Deutschland 2006.
16. ↑ Heinrich Arnold: Global warming by anthropogenic heat release (2009) http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=12474. Robert Döpel und sein Modell der globalen Erwärmung. Eine frühe Warnung - und die Aktualisierung (2010) http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15768
17. ↑ Charney Report Online, PDF
18. ↑ IPCC Special Report on Emission Scenarios, Cambridge Univ. Press (2000) SRES
19. ↑ Royal Society (2001): The Science of Climate Change (PDF)
20. ↑ The Royal Society (Hrsg.) (2005): Joint science academies’ statement: Global response to climate change, Ref 08/05 (PDF)
21. ↑ The National Academies (2007): Joint science academies’ statement on growth and responsibility: sustainability, energy efficiency and climate protection (PDF)
22. ↑ The National Academies (2008): Joint Science Academies’ Statement: Climate Change Adaptation and the Transition to a Low Carbon Society (PDF)
23. ↑ Siehe hierzu auch den englischen Wikipedia-Artikel Scientific opinion on climate change
24. ↑ European Science Foundation Position Paper Impacts of Climate Change on the European Marine and Coastal Environment - Ecosystems Approach pp. 7-10
25. ↑ Position Statement of the Division of Atmospheric and Climate Sciences of the European Geosciences Union on Climate Change.
26. ↑ WMO’s Statement at the Twelfth Session of the Conference of the Parties to the U.N. Framework Convention on Climate Change.
27. ↑ Climate Change Research: Issues for the Atmospheric and Related Sciences from www.ametsoc.org
28. ↑ Royal Meteorological Society’s statement on the IPCC’s Fourth Assessment Report.
29. ↑ AMOS Statement on Climate Change
30. ↑ Position Statement on Global Warming - Canadian Meteorological and Oceanographic Society (Updated, 2007)
31. ↑ American Physical Society: National Policy - 07.1: CLIMATE CHANGE
32. ↑ Network of African Science Academies (2007): Joint statement by the Network of African Science Academies (NASAC) to the G8 on sustainability, energy efficiency and climate change (PDF)
33. ↑ Naomi Oreskes (2004): The Scientific Consensus on Climate Change, in: Science Vol. 306 vom 4. Dezember (korrigiert: 21. Januar 2005) (PDF, 81 KB)
34. ↑ UK MetOffice: “Noughties’ confirmed as the warmest decade on record vom 7. Dezember 2009
35. ↑ NOAA National Climatic Data Center:State of the climate, Global Analysis, Annual 2010
36. ↑ The Copenhagen Diagnosis (2009): Updating the World on the Latest Climate Science., I. Allison, N.L. Bindoff, R.A. Bindschadler, P.M. Cox, N. de Noblet, M.H. England, J.E. Francis, N. Gruber, A.M. Haywood, D.J. Karoly, G. Kaser, C. Le Quéré, T.M. Lenton, M.E. Mann, B.I. McNeil, A.J. Pitman, S. Rahmstorf, E. Rignot, H.J. Schellnhuber, S.H. Schneider, S.C. Sherwood, R.C.J. Somerville, K. Steffen, E.J. Steig, M. Visbeck, A.J. Weaver. The University of New South Wales Climate Change Research Centre (CCRC), Sydney, Australia, 60pp, online (PDF)
37. ↑ IEA Press Realease Prospect of limiting the global increase in temperature to 2ºC is getting bleaker