Die meisten Klimadebatten scheitern nicht an den Daten. Sie scheitern daran, dass niemand sagt, welcher Art eine Aussage ist.
Ein Messwert, ein aus Messwerten abgeleiteter Wert, ein Modellergebnis und eine strittige Rekonstruktion sind vier verschiedene Dinge. Sie tauchen in derselben Debatte auf, in denselben Sätzen, mit demselben Tonfall. Die eine Seite behandelt Modellergebnisse wie Messungen. Die andere behandelt Messungen wie Modellergebnisse. Und weil beide dasselbe Wort benutzen — „die Wissenschaft sagt" —, redet niemand mehr über das, worüber gestritten wird.
Diese Reihe zeichnet deshalb jede Aussage aus. Vier Stufen:
- [gemessen] — direkte Instrumentenmessung, mit Messunsicherheit
- [abgeleitet] — aus Messungen über eine explizite Bilanz gewonnen
- [modelliert] — Modellergebnis, keine direkte Beobachtung
- [strittig] — die Fachliteratur ist uneins, beide Positionen sind publiziert
Und wo eine einzelne Annahme das Ergebnis erzeugt, wird sie benannt. Wo eine Zahl aus Auftragsforschung stammt, steht der Auftraggeber dabei.
Dieser erste Teil behandelt die einfachste aller Fragen — und die, bei der die Antwort am eindeutigsten ist: Woher kommt der zusätzliche Kohlenstoff in der Atmosphäre?
Vier unabhängige Wege zur selben Antwort#
1. Die Massenbilanz#
Der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre wird seit 1958 kontinuierlich gemessen, zuerst auf Mauna Loa, heute an über hundert Stationen weltweit. [gemessen] Er lag vorindustriell bei etwa 280 ppm und liegt heute bei rund 425 ppm.
Die fossilen Emissionen sind aus Fördermengen, Handelsstatistiken und Verbrennungsstöchiometrie bekannt. [abgeleitet] Sie liegen zusammen mit Landnutzungsänderungen in der Größenordnung von 40 Gigatonnen CO₂ pro Jahr.
Der jährliche Zuwachs in der Atmosphäre entspricht etwa der Hälfte davon. [abgeleitet]
Damit ist die Sache im Prinzip erledigt, und zwar ohne Isotope, ohne Strahlungsphysik und ohne ein einziges Klimamodell. Wenn ein Konto trotz doppelt so hoher Einzahlung nur halb so stark wächst, kommt das Geld nicht von woanders. Die Natur nimmt netto auf. Sie gibt nicht ab.
Wer behauptet, der Anstieg sei natürlichen Ursprungs, muss erklären, wo die Hälfte der menschlichen Emissionen geblieben ist — und gleichzeitig eine natürliche Quelle benennen, die genau so viel nachliefert. Zwei unentdeckte Ströme, die sich zufällig fast aufheben.
2. Die Kohlenstoff-Isotope#
Pflanzen bevorzugen bei der Photosynthese das leichtere Kohlenstoffisotop ¹²C. Fossile Brennstoffe stammen aus Pflanzenmaterial und sind deshalb an ¹³C abgereichert. [gemessen] Kohle liegt bei rund −24 ‰, Erdgas bei rund −40 ‰, gegenüber einer vorindustriellen Atmosphäre von etwa −6,4 ‰.
Wenn abgereicherter Kohlenstoff in die Atmosphäre gelangt, muss deren Isotopenverhältnis sinken. Genau das wird beobachtet: Der atmosphärische Wert liegt heute bei etwa −8,5 ‰, mit kontinuierlichem Rückgang seit Beginn der Industrialisierung. [gemessen] Die vorindustrielle Referenz stammt aus Eisbohrkernen. [abgeleitet]
3. Das Radiokohlenstoff-Signal#
¹⁴C zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 5.700 Jahren. Fossile Lagerstätten sind Millionen Jahre alt und enthalten deshalb keines mehr. [gemessen]
Wer fossilen Kohlenstoff verbrennt, verdünnt also den ¹⁴C-Gehalt der Atmosphäre. Der Effekt ist seit den 1950er Jahren beschrieben und nach Hans Suess benannt.
Hier ist der Einwand gegen die eigene Argumentation, und er ist berechtigt: Die Kernwaffentests der 1950er und 60er Jahre haben den atmosphärischen ¹⁴C-Gehalt nahezu verdoppelt. Dieser Bombenpeak überlagert das fossile Signal über Jahrzehnte und macht die Kurve für diesen Zeitraum als Beweismittel unbrauchbar. Erst seit der Überschuss weitgehend in die umlaufenden Kohlenstoffreservoire eingemischt ist, dominieren fossile Emissionen den weiteren Rückgang.
Wer ¹⁴C ohne diese Einschränkung anführt, argumentiert schwach. Der δ¹³C-Strang trägt über die gesamte Industrieperiode, der ¹⁴C-Strang nicht.
4. Der Sauerstoff#
Das ist der Strang, den fast niemand kennt, und er ist der sauberste.
Verbrennung verbraucht Sauerstoff. Ausgasung nicht.
Seit den 1990er Jahren wird der atmosphärische Sauerstoffgehalt mit hinreichender Präzision gemessen, um den Rückgang aufzulösen. [gemessen] Er sinkt — und zwar in dem Verhältnis, das die Verbrennungsstöchiometrie der eingesetzten Brennstoffe vorgibt: Erdgas verbraucht etwa 1,95 Mol O₂ je Mol CO₂, Öl 1,44, Kohle 1,17. [abgeleitet]
Ein ausgasender Ozean würde CO₂ freisetzen, ohne Sauerstoff zu verbrauchen. Das Signal sähe völlig anders aus.
Warum die beiden Alternativen ausscheiden#
Vulkanismus#
Die globale vulkanische CO₂-Abgabe — subaerisch und submarin zusammen — liegt bei 0,13 bis 0,44 Gt pro Jahr. [abgeleitet] Anthropogen sind es rund 40.
Das ist eine Größenordnungsfrage, keine Interpretationsfrage. Selbst wenn die vulkanische Abschätzung um den Faktor drei danebenläge, bliebe sie unter zwei Prozent.
Ozeanausgasung#
Hier greifen drei unabhängige Argumente:
Erstens die Massenbilanz von oben — der Ozean ist netto eine Senke.
Zweitens der Sauerstoff — Ausgasung erklärt den O₂-Rückgang nicht.
Drittens der pH-Wert. Wenn der Ozean CO₂ abgibt, steigt sein pH. Gemessen wird das Gegenteil: Der pH der Oberflächenschicht ist seit vorindustriell um etwa 0,1 Einheiten gefallen. [gemessen] Das entspricht rund 30 Prozent mehr Wasserstoffionen.
Ein Ozean, der ausgast, wird basischer. Der gemessene Ozean wird saurer.
Was dieser Text nicht zeigt#
Das ist der wichtigste Abschnitt, und in den meisten Beiträgen zu diesem Thema fehlt er.
Gezeigt ist: Der zusätzliche Kohlenstoff in der Atmosphäre stammt aus fossilen Quellen. Das ist über vier unabhängige Messgrößen belegt, deren Fehler nicht korreliert sind.
Nicht gezeigt ist:
- wie stark das Klima darauf reagiert. Die Klimasensitivität liegt bei 2,5 bis 4,0 °C [modelliert] und ist seit vierzig Jahren nicht enger geworden.
- wie viel davon bereits eingetreten ist und wie viel noch kommt.
- wie gefährlich das ist — das ist überhaupt keine naturwissenschaftliche Frage, sondern eine über Toleranzbänder, die wir selbst gesetzt haben.
- was zu tun wäre. Aus einer Ursache folgt keine Maßnahme. Sie folgt aus einer Kosten-Wirkungs-Rechnung, und die ist in weiten Teilen katastrophal geführt worden.
Diese Trennung ist der Kern der Reihe. Wer sie nicht macht, landet zwangsläufig in einem der beiden Lager — und beide haben unrecht, weil beide vier verschiedene Fragen zu einer verrühren.
Und eine Einschränkung in eigener Sache: Die Formulierung „ohne jedes Klimamodell" gilt für die Zuordnung der Quelle. Sie gilt nicht für die Quantifizierung der Anteile. Um zu beziffern, welcher Bruchteil des Anstiegs genau fossil ist, braucht es eine Kohlenstoffkreislauf-Bilanz mit Annahmen über Senkenverhalten. Kein Klimamodell, aber auch keine reine Ablesung. Wer den stärkeren Satz benutzt, überzieht.
Der nächste Teil#
Teil 2 behandelt die Gegenrichtung: die ehrlichen Lücken. Der Aerosolantrieb mit einem Unsicherheitsfaktor von drei. Die Klimasensitivität, die seit vier Jahrzehnten dieselbe Bandbreite hat. Wolkenrückkopplungen. Und regionale Niederschlagsprojektionen, bei denen sich die Modelle stellenweise nicht einmal im Vorzeichen einig sind.
Wer sagt, es sei alles geklärt, irrt genauso wie der, der sagt, es sei alles erfunden.
Quellen#
Massenbilanz
- Global Carbon Project, Global Carbon Budget (jährlich): https://globalcarbonbudget.org
- NOAA Global Monitoring Laboratory, Trends in CO₂: https://gml.noaa.gov/ccgg/trends/
- Scripps CO₂ Program, Keeling-Kurve: https://scrippsco2.ucsd.edu
Isotope
- Graven et al. (2020), Global Biogeochemical Cycles 34, doi:10.1029/2019GB006170 — Übersicht zu δ¹³C und ¹⁴C in der Quellenzuordnung
- Rubino et al. (2019), Earth System Science Data 11:473–492 — δ¹³C-Reihe aus Eisbohrkernen, 2000 Jahre
- Suess, H. (1955), Science 122:415–417 — Erstbeschreibung der ¹⁴C-Verdünnung
- Levin & Kromer, Messreihe Schauinsland — kontinentaler ¹⁴C-Rückgang
- Graven, Guilderson & Keeling (2012), JGR 117:D02302 — Δ¹⁴C-Trends und Bombenpeak-Einmischung
Sauerstoff
- Keeling & Shertz (1992), Nature 358:723–727
- Keeling & Manning (2014), Treatise on Geochemistry, Kap. 5.15
- Scripps O₂ Program: https://scrippso2.ucsd.edu
Vulkanismus
- Gerlach, T. (2011), Eos 92(24):201–202
- Burton, Sawyer & Granieri (2013), Reviews in Mineralogy and Geochemistry 75:323–354
- Fischer et al. (2020), G-Cubed, doi:10.1029/2019GC008690
Ozeanchemie
- Doney et al. (2009), Annual Review of Marine Science 1:169–192 — Ozeanversauerung
- Bates et al. (2014), Oceanography 27(1):126–141 — Zeitreihen aus Ozeanstationen
- IPCC AR6 WG1, Kapitel 5 — Kohlenstoffkreislauf und Ozeanchemie