Die Geochemie von CO2

Das IPCC nimmt an, dass das atmosphärische CO₂ in der jüngsten Erdgeschichte immer konstant war, bis dann ab 1750 die Menschheit in der industriellen Revolution begann, größere Mengen fossiler Energieträger zu verbrennen. Das daraus stammende Kohlendioxid akkumuliere sich seither in der Atmosphäre, denn es habe dort eine sehr lange Verweildauer. In seinem 4. Assessment Report von 2007 macht das IPCC dazu keine genauen Angaben, sondern spricht nur von einer "rough indication 50 - 200 years". Andere Vertreter der Theorie einer katastrophalen anthropogenen globalen Erwärmung nehmen eine Verweildauer von mehr als tausend Jahren an, so z. B. Solomon, S.; Plattner, G.K.; Knutti, R.; Friedlingstein, P. Irreversible climate change due to carbon dioxide emissions. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 1704-1709.

Diese Annahmen stehen in Widerspruch zu einer Vielzahl von empirischen Untersuchungen, in denen mit den verschiedensten Methoden eine Verweildauer des Kohlendioxids in der Atmosphäre von circa 5 - 6 Jahren festgestellt wurde. Die folgende Grafik gibt einen Überblick über den bisherigen Forschungsstand (Tom Segalstad, Geochemistry of CO2: The Whereabouts of CO2 on Earth, presented at the Fourth International Conference on Climate Change, Chicago, IL, USA, 18. Mai 2010):



Das in der Atmosphäre befindliche Kohlendioxid stammt aus unterschiedlichen Quellen, die sich anhand ihrer spezifischen Kohlenstoff-Isotope identifizieren lassen. Pflanzen bevorzugen das leichtere ¹²C Isotop, während z. B. CO₂ aus Vulkanen reicher an ¹³C ist. Deshalb lässt das Verhältnis ¹³C/¹²C die Herkunft des atmosphärischen Kohlendioxid erkennen. Die in der obigen Grafik erwähnten empirischen Messungen der Kohlenstoff-Isotope haben ergeben, dass maximal 4% des Kohlendioxids in der Atmosphäre aus anthropogenen Emissionen stammen, während 96% anderen Ursprungs, wie z.B. ozeanischer oder vulkanischer Herkunft sind. Da die Aufenthaltsdauer von CO₂ in der Atmosphäre nur etwa 5 Jahre beträgt, ist seine jährliche Austauschmenge von 134 Gt (18% des atmosphärischen CO₂ von insgesamt 748 Gt) viel größer als vom IPCC angenommen. Im Vergleich dazu ist die jährliche Emission von 7 Gt Kohlendioxid aus der Verbrennung fossiler Energieträger unbedeutend. Daraus ergibt sich, dass der Beitrag der menschengemachten CO₂-Emissionen zur globalen Treibhauswirkung sehr gering ist, wie die nächste Grafik zeigt (Tom Segalstad, op. cit.):



Der Treibhauseffekt beträgt insgesamt 146 W/m². Dazu trägt der Mensch durch die Nutzung fossiler Brennstoffe 0,4 W/m² bei, das ist ein Anteil von 0,27% am Energieeintrag und von weniger als 0,1% am dadurch bewirkten Temperaturanstieg. Diese Zahlen sind das Ergebnis einer Vielzahl empirischer Studien, die alle in einem fundamentalen Widerspruch zu den Behauptungen des IPCC stehen. Es gibt keine wissenschaftliche Rechtfertigung der Klimapolitik. Weitere Informationen zu dem Thema finden sich auf der Website des Geochemikers Tom Segalstad.

Kohlendioxid in der Erdgeschichte

Ein Blick in die Erdgeschichte zeigt, dass das atmosphärische CO₂ in keinem ursächlichen Zusammenhang mit der globalen Lufttemperatur steht. Die folgende Grafik stammt aus dem empfehlenswerten Buch von Ulrich Berner und Hansjörg Streif (Hrsg.), Klimafakten, Der Rückblick - Ein Schlüssel für die Zukunft, 4. Auflage, 2004, Seite 84:



Das obige Bild zeigt zwei konkurrierende Rekonstruktionen der früheren Kohlendioxidgehalte. Die Unterschiede zwischen den beiden Kurven verdeutlichen die Unsicherheiten, mit den solche Rückrechnungen behaftet sind, die hunderte Millionen Jahre in die Vergangenheit zurückgehen. Berner und Streif stellen dazu fest: "Die einzelnen Verfahren basieren auf unterschiedlichen Ansätzen, wie etwa Abschätzungen des atmosphärischen Kohlendioxids aus Kohlenstoffisotopenwerten von Karbonaten, Böden oder aber aus den Isotopenunterschieden zwischen Tiefseekarbonaten verschiedener Meeresbecken. Die Ergebnisse derartiger Rechnungen weichen teilweise erheblich von einander ab. Trotzdem wird aus all diesen Berechnungen deutlich, dass die Menge des Kohlendioxids in der Atmosphäre im Erdaltertum teilweise höher gewesen sein muss als heute. Dies trifft auch auf Zeiten zu, in denen sich die großen Eisschilde von den Polen her ausbreiteten, so etwa im Karbon und im Perm."

Derzeit kommt Kohlendioxid in einer Konzentration von 390 ppm (parts per million oder 0,039%) in der Erdatmosphäre vor, ein Wert, der deutlich unter dem liegt, was während der vergangenen 600 Millionen Jahre gegeben war. Trotzdem versucht die politische Klasse, die Bevölkerung darüber in Hysterie und Panik zu versetzen.

Die offiziellen Messungen der atmosphärischen CO₂-Konzentration, die seit 1958 am Mauna Loa Observatorium stattfinden, haben einen Anstieg ergeben, der überwiegend menschlichen Aktivitäten zugeschrieben wird. Dass dafür andere Gründe verantwortlich sind, beweist die Erdgeschichte, in der ganz ohne menschliches Zutun der Kohlendioxidgehalt massiv geschwankt hat. Dabei ist bemerkenswert, dass seine Änderungen nicht den Temperaturänderungen voran gingen, sondern ihnen folgten, wie die nächste Grafik zeigt (Quelle: Berner/Streif, op. cit.):



Die obige Grafik verdeutlicht, dass der Kohlendioxid-Gehalt die abhängige Variable ist, die von der Temperatur bestimmt wird. CO₂ ist ein Gas, das sich gut in Wasser löst. Je kälter das Wasser, desto mehr CO₂ kann es aufnehmen. Ein globaler Temperaturanstieg führt daher immer zu einer Ausgasung von Kohlendioxid aus dem sich erwärmenden Meereswasser, wobei riesige Mengen des Gases freigesetzt werden. Die Ozeane enthalten etwa fünfzigmal mehr Kohlenstoff als die Atmosphäre. Wenn es zu einer Abkühlung des globalen Klimas kommt, nehmen die Meere zusätzliches CO₂ auf, da kaltes Wasser mehr davon löst. Nicht das Kohlendioxid treibt die Temperatur, sondern es ist umgekehrt. Die geologische Forschung beweist, dass die Klimapolitik auf einer Lehre beruht, die Ursache und Wirkung mit einander verwechselt.

Die abnehmende Treibhauswirkung von Kohlendioxid

Viele Annahmen der Klimapolitik stehen in Widerspruch zur Wissenschaft. Wir wollen uns hier mit einem dieser Widersprüche befassen, der allein für sich schon ausreicht, um dem staatlichen "Klimaschutz" jede wissenschaftliche Rechtfertigung zu nehmen.

Die Erde ist von einer Gashülle, Atmosphäre genannt, umgeben. Sie besteht aus einem Gemisch unterschiedlicher Gase, von denen einige, wie Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Stickoxide und Ozon die Eigenschaft haben, Strahlungsenergie aufzunehmen und als Wärmeenergie abzugeben. Man bezeichnet letztere als Treibhausgase. Unter ihnen ist Wasserdampf der bei weitem größte Energiespeicher der Atmosphäre.

Die Treibhausgase bestimmen die Energiebilanz der Atmosphäre. Ohne sie würde die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche -18 °C betragen, tatsächlich erfreuen wir uns aber, dank des Treibhauseffektes, einer Durchschnittstemperatur von +15 °C. Diese Erwärmung ist möglich, weil die Treibhausgase den Strahlungshaushalt der Erde beeinflussen, der durch die Energie der Sonne angetrieben wird. Von der kurzwelligen Sonnenstrahlung werden circa 30% durch Reflexion an Wolken, in der Atmosphäre und an der Erdoberfläche in den Weltraum zurückgestrahlt. Die verbleibenden 70% der Strahlungsenergie erwärmen sowohl die Atmosphäre als auch die Erdoberfläche, die im erwärmten Zustand langwellige Wärmestrahlung abgibt, die zu einem Teil in der Atmosphäre von den Treibhausgasen absorbiert wird, während die restliche langwellige Strahlung in den Weltraum abfließt.

Veränderungen in den Mengen der atmosphärischen Treibhausgase führen zu Änderungen im Strahlungshaushalt der Erde und damit zu Veränderungen des Klimas. Wasserdampf ist das wirkungsvollste Treibhausgas in der Atmosphäre, weil es in einem breiten Wellenlängenbereich von 1 bis 50 Mikrometer die langwellige Strahlung aufnehmen kann. Die anderen Treibhausgase, so auch das von der Klimapolitik bekämpfte Kohlendioxid, sind im Vergleich dazu von viel geringerer Bedeutung, da der Wasserdampf bereits einen großen Teil der vorhandenen Strahlungsenergie absorbiert.

In der grünen Propaganda wird unterstellt, dass zusätzliches Kohlendioxid in der Atmosphäre zu proportional steigenden Temperaturen führt, weil der Treibhauseffekt sich in einer direkt-linearen Beziehung zwischen Treibhausgas und Temperatur ausdrücke. Aber Treibhausgase verhalten sich nicht so. Das Hinzufügen einer gegebenen Menge an Treibhausgas bewirkt eine von Mal zu Mal immer kleiner werdende Temperaturerhöhung, die hierbei je Hinzufügung einer abnehmenden logarithmischen Funktion folgt. Die folgende Grafik verdeutlicht diesen Zusammenhang anhand des Atmosphärenmodells MODTRAN (Quelle: Willis Eschenbach auf Climate Audit):



Die nächste Grafik, die wir dem informativen Artikel The Logarithmic Effect of Carbon Dioxide von David Archibald entnommen haben, zeigt die Treibhauswirkung von jeweils 20 ppm zusätzlichem Kohlendioxid:



Man sieht, dass die ersten 20 ppm Kohlendioxid die größte Treibhauswirkung hatten und wie sehr diese zurückgeht, je mehr Treibhausgas hinzukommt. Eine Erhöhung der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration über die vorindustriellen 280 ppm hinaus hat kaum messbare Auswirkungen auf die Temperatur: ab 280 ppm bedeutet jede Vermehrung um 20 ppm einen Temperaturanstieg von etwa 0,03 °C.

Auf diesem logarithmischen Treibhauseffekt kann man keine Schreckensszenarien aufbauen. Um doch noch zu den von den Klimapolitikern gewünschtem Drohpotential zu kommen, geht das IPCC in seinen Klimamodellen davon aus, dass die von den zusätzlichen Treibhausgasen bewirkte Erwärmung eine positive Rückkopplung hervorruft, die sich wie folgt beschreiben lässt: mit zunehmender Temperatur des Oberflächenwassers der Ozeane steigt aufgrund der erhöhten Verdunstung die Wasserdampfmenge in der Atmosphäre. Dadurch erhöht sich die Menge dieses Treibhausgases und das führe zu einem zusätzlichen Temperaturanstieg, der mindestens zehnmal höher sei als der oben dargestellte logarithmische Treibhauseffekt. Da in der vorindustriellen Zeit eine derartige Rückkopplung nicht nachweisbar ist, behauptet das IPCC, dass dieses Phänomen erst ab einer atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration von 280 ppm auftrete. Mit anderen Worten: erst das böse anthropogene Kohlendioxid bewirkt plötzlich eine temperaturtreibende Verdampfung der Weltmeere.

Nun ist unbestritten, dass bei steigenden Temperaturen der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre zunimmt, aber viele Beobachtungen beweisen, dass dieser zusätzliche Wasserdampf eher zu einer verstärkten Wolkenbildung beiträgt und dadurch eine kühlende Wirkung hat. William Happer, Professor für Physik an der Princeton University, stellt dazu fest: "With each passing year, experimental observations further undermine the claim of a large positive feedback from water. In fact, observations suggest that the feedback is close to zero and may even be negative. That is, water vapor and clouds may actually diminish the already small global warming expected from CO₂, not amplify it." (William Happer, Erklärung vor dem U.S. Senate Environment and Public Works Committee, 25. Februar, 2009)

Die Erdgeschichte zeigt, dass es keinen Zusammenhang zwischen dem Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre und der Lufttemperatur gab, siehe dazu die folgende Grafik, die wir dem Internet-Vademecum von Alfred Brandenberger verdanken:

Klimapolitik und Kohlenstoffkreislauf

Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) wurde 1988 von interessierten Regierungen gegründet, um der von ihnen gewünschten Klimapolitik eine wissenschaftliche Rechtfertigung zu geben. Entsprechend diesem Auftrag behauptet das IPCC in seinem letzten Bericht, dem Fourth Assessment Report (AR4) von 2007, Seite 514: "The additional burden of CO₂ added to the atmosphere by human activities ... leads to the current 'perturbed' global carbon cycle ... These perturbations to the natural carbon cycle are the dominant driver of climate change because of their persistent effect on the atmosphere."

Wir wollen hier der Frage nachgehen, ob die anthropogenen "Störungen" des Kohlenstoffkreislaufs wirklich eine so "dauerhafte Wirkung auf die Atmosphäre" haben, dass sie zum "Hauptverursacher des Klimawandels" werden. Die folgende Grafik zeigt die wichtigsten Komponenten des Kohlenstoffkreislaufs:



Alle Zahlen in der obigen Grafik stammen aus dem AR4 des IPCC. Sie bezeichnen Milliarden Tonnen (Gigatonnen, Gt) von Kohlenstoff (vor allem Kohlendioxid, aber auch Methan und andere Kohlenwasserstoffe). Wir sehen in den Subsystemen deren Reservoir an Kohlenstoff, die Werte neben den Pfeilen geben die Kohlenstoffflüsse an. Es ist bemerkenswert, dass die Ozeane mit 38.000 Gt circa fünfzigmal mehr an Kohlenstoff enthalten als die Atmosphäre mit 750 Gt. Jedes Jahr absorbieren die Weltmeere 92 Gt Kohlenstoff und die Biosphäre nimmt weitere 123 Gt auf. Insgesamt entziehen die beiden großen Kohlenstoffsenken der Atmosphäre 215 Gt jährlich, das sind beachtliche 29% des atmosphärischen Kohlenstoffvorrats.

Im Vergleich dazu sind die menschlichen Emissionen von 6 Gt geringfügig, denn sie betragen nur 2,8% dessen, was jährlich durch Hydro- und Biosphäre aufgenommen wird. Das IPCC schafft hier künstlich ein Problem, indem es annimmt, dass seine Kohlenstoffkreislaufzahlen bis auf die Gt genau sind. Das ist aber nicht der Fall und kann es auch gar nicht sein. Die wissenschaftlichen Kenntnisse über diesen Kreislauf sind viel zu lückenhaft, um mehr als grobe Schätzungen zu liefern. Es ist deshalb unvermeidlich, dass die von verschiedenen Forschergruppen angegebenen Kohlenstoffflussmengen sich erheblich von einander unterscheiden. So geben z. B. Ulrich Berner und Hansjörg Streif in ihrem von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe mit herausgegebenen Buch Klimafakten, Der Rückblick - Ein Schlüssel für die Zukunft, 4. Auflage, 2004, Seite 90, für die Ozeane jeweils 80 Gt Kohlenstoff an, die sie aus der Atmosphäre aufnehmen bzw. an diese abgeben.

Wir können nicht sagen wer recht hat. Das kann niemand, denn die Forschung auf diesem Gebiet steht erst ganz am Anfang. Es ist eine lächerliche Anmaßung des IPCC, die eigenen Zahlen als sakrosankt anzusehen. Die anthropogenen 6 Gt sind im Vergleich zu den anderen Kohlenstoffflüssen so klein, dass sie sich im Rahmen der normalen und unvermeidlichen Messfehler befinden. Eine Änderung der vom IPCC angegebenen Kohlenstoffaustauschwerte um wenige Hundertstel könnte ausreichen, um alle vom Menschen verursachten Kohlenstoffemissionen aus der Atmosphäre zu nehmen.

Um die menschlichen Kohlenstoffeinträge als Gefahr darzustellen, muss das IPCC unterstellen, dass diese Emissionen sehr lange in der Atmosphäre verweilen und deshalb sich dort über Jahrzehnte und sogar Jahrhunderte akkumulieren können. Im AR4 des IPCC steht auf Seite 501 die Behauptung: "About 50% of a CO₂ increase will be removed from the atmosphere within 30 years, and a further 30% will be removed within a few centuries. The remaining 20% may stay in the atmosphere for many thousands of years."

Diese Annahme über die Verweildauer von Kohlendioxid in der Atmosphäre widerspricht allen wissenschaftlichen Erkenntnissen. Der Geologe Ian Plimer schreibt in seinem Buch Heaven and Earth: Global Warming, the Missing Science, Seite 422:

• "Calculations of the lifetime of atmospheric CO₂ based on natural C¹⁴ give lifetime values of 3 to 25 years (18 separate studies),


• dilution of atmosphere from fossil fuel burning a lifetime of 2 to 7 years (two separate studies),


• atomic bomb C¹⁴ lifetime value of 2 to more than 10 years (12 separate studies),


• measurements of Rn²²² [gas Radon] give CO₂ atmospheric lifetime of 7.8 to 13.2 years (three separate studies),


• CO₂ solubility gives an atmospheric lifetime of 5.4 years and C¹² to C¹³ mass balance value for the lifetime as 5.4 years."

Außerhalb des IPCC gibt es kaum Meinungsverschiedenheiten über die Verweildauer von Kohlendioxid in der Atmosphäre, die, wie sich in vielen unabhängigen Messungen gezeigt hat, im Durchschnitt 5 Jahre beträgt. Im Gegensatz dazu nimmt das IPCC 50 bis 200 Jahre an. Plimer stellt dazu fest: "There is a considerable difference in the atmospheric CO₂ lifetime between the 37 independent measurements and calculations using six different methods and the IPCC computer model. This discrepancy has not been explained by the IPCC. Why is this important? If the CO₂ atmospheric lifetime were 5 years, then the amount of the total atmospheric CO₂ derived from fossil fuel burning would be 1.2%, not the 21% assumed by the IPCC."

Die vom IPCC angenommene Steigerung der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration von 280 ppm in der vorindustriellen Zeit auf 385 ppm heute kann viele natürliche Ursachen haben, die noch zu erforschen sind. Wir können aber sicher sein, dass der Beitrag des Menschen zu diesem Anstieg nur sehr gering ist und daher einen kaum messbaren Einfluss auf den Treibhauseffekt hat.

Die Konzentrationen des atmosphärischen Kohlendioxids haben in der Erdgeschichte in hohem Maße geschwankt, und das ganz ohne Zutun des Menschen. Die folgende Grafik (Quelle: Berner/Streif: Klimafakten, Seite 84) zeigt zwei Rekonstruktionen des Verlaufs dieser Werte während der letzten 600 Millionen Jahre:



Die Unterschiede in den beiden Kurven zeigen, dass derartige Rückrechnungen immer mit Unsicherheiten behaftet sind. Es besteht aber große Übereinstimmung darin, dass in der geologischen Vergangenheit die Menge des Kohlendioxids in der Atmosphäre zeitweise erheblich höher gewesen ist als heute. So war im Perm dieser Wert ungefähr viermal höher als heute. Dabei ist bemerkenswert, dass das Perm ein sehr kaltes Zeitalter war, in dem sich große Eisschilde von den Polen her ausbreiteten. Man findet heute die Spuren der Vereisungen des Perm von Äthiopien, über den Jemen bis in die Region von Oman.

Das beweist, dass die atmosphärische Kohlendioxidkonzentration in den letzten 600 Millionen Jahren die Lufttemperatur nicht maßgeblich gesteuert hat. Vielmehr war der Wasserdampf auch schon in der geologischen Vergangenheit der weitaus wichtigste Treibhausfaktor. Die folgende Grafik (Quelle: Berner/Streif: Klimafakten, Seite 84) zeigt die Änderungen der Treibhauswirkung von Wasserdampf und Kohlendioxid:



Man sieht, dass die Treibhauswirkung des Kohlendioxids recht konstant war, während der Wasserdampf-Effekt in drastischen Schwüngen verlief. In der Gegenwart ist das nicht anders. Berner/Streif schreiben dazu in "Klimafakten", Seite 89: "Die Zunahme an anthropogenen Emissionen hat seit ca. 1750 einen Anstieg des Kohlendioxid-Treibhauseffektes um 1,56 Watt pro m² bewirkt; die übrigen anthropogenen Gase wie Methan, Stickoxide, FCKW summieren sich zu einem weiteren Treibhauseffekt von 1,14 Watt pro m². Im Vergleich mit dem Gesamt-Treibhauseffekt unserer Erde machen diese anthropogenen Anteile beim Kohlendioxid 1,2% und bei den Nicht-Kohlendioxidgasen 0,9% aus. Beide Werte liegen noch deutlich im Bereich der Unsicherheiten, die bei der heutigen Bestimmung des Gesamt-Treibhauseffektes zu veranschlagen sind." Das bedeutet: der menschliche Einfluss auf das Klima ist so klein, dass er kaum messbar ist. Die Klimapolitik steht in Widerspruch zum gegenwärtigen Stand der Wissenschaft.