Die Geschichte der Klimaforschung und des IPCC

Von der Erkennung des Treibhauseffektes zum modernen Klimamodell

Im Jahr 1895 sagte der schwedische Chemiker und Physiker Svante Arrhenius: „Die Reduzierung oder der Anstieg von atmosphärischem Kohlendioxid um etwa 40% mag Rückkopplungen steuern, die für das Voranschreiten oder den Rückzug der Eiszeiten verantwortlich sind.“

1. Bild: Svante Arrhenius (public domain)

Schon vor dem Jahr 1900 waren sich Wissenschaftler der Wirkung des Treibhausgases bewusst, obwohl sein Anteil an der Luft nur etwa 280 Millionstel Teile ausmacht.
 

100 Jahre später bestätigt die moderne Forschung, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre zwischen Eiszeit (ca. 180 ppm) und Warmzeit (ca. 280 ppm) tatsächlich um etwa plusminus 40% schwankt. Freilich wissen wir heute, dass es noch andere Antriebsfaktoren gibt.

Dennoch ist die Klimaforschung im Gegensatz zur Wetterbeobachtung relativ jung. Erst in den 1950er Jahren warnten Wissenschaftler ernsthaft davor, dass die permanente Freisetzung von CO₂ eine Änderung des Weltklimas mit sich bringen könnte.

Es war im Jahr 1958 als Charles David Keeling am Mauna Loa Observatorium in Hawaii eine Messreihe startete, die heute wohl die wichtigste Dokumentation der menschlichen Aktivität darstellt: die exakte Messung von Kohlendioxid in der Luft. Die keelingsche Kurve wird bis heute fortgeführt. Jahr für Jahr zeigt sie die jahreszeitliche Schwankung des CO₂ (u.a. durch die Aufnahme von CO₂ in der Wachstumszeit der Pflanzen und die verstärkte Abgabe in der Heizperiode im Winter) und genauso regelmäßig zeigt sie den gleichmäßigen Anstieg über die Jahre hinweg.
 

Die Kurve beginnt nach ca. 200 Jahren industrieller Aktivität bei 320 ppm (Millionstel Anteilen) etwa 40 ppm über dem für diese Warmzeit typischen Wert. Über die 10.000 Jahre der derzeitigen Warmzeit (d.h. nach dem Rückzug der eiszeitlichen Gletscher) schwankte CO₂ um nicht mehr als 20 ppm. Die Kurve belegt in weiteren fast 50 Jahren Industriezeitalter einen Anstieg um mehr weitere 60 ppm auf 380 ppm. Und dieser Anstieg setzt sich fort.
 

Ebenfalls in den 1950er Jahren begannen die ersten Versuche, die Zirkulation in der Atmosphäre mathematisch zu beschreiben und zu simulieren. Enorm ist natürlich der Fortschritt bis zu den heutigen Klimamodellen, der vor allem durch die explosionsartige Entwicklung der Computer und der Computerkapazität möglich wurde.

Heute verfügen wir über moderne Klimamodelle, die das Weltklima auf riesigen Computern mit akzeptabler (aber immer noch nicht hinreichend feiner) Genauigkeit beschreiben. Es gibt ein relativ dichtes Netzwerk von Wetter-Messstationen und immer mehr auch fortschrittliche Satelliten, die Klimadaten aus dem Weltall liefern.
 

5. Der japanische Earth Simulator war im Jahr 2002 der schnellste Computer der Welt. Das Bild zeigt die Computerhalle. © JAMSTEC / Earth Simulator Center

 Die Geschichte der Wetterbeobachtung

Für uns heute ist es jedoch immer noch und vielleicht mehr als zuvor wichtig zu nutzen, was die Pioniere der Wetterbeobachtung geleistet haben. Das Bewusstwerden dessen, was wir tun, fand zwischen 1950 und 1960 in einer Zeit statt, als die Veränderung schon in vollem Gange war. Und noch länger dauerte es, bis sich die Nationen dieser Welt des Problems gemeinsam annahmen. Uns interessiert natürlich: Wie war es vorher, als das Klima noch wenig vom Menschen beeinflusst war? Können wir nicht nur den Anstieg des CO₂ verfolgen, sondern auch einen Anstieg der globalen Temperatur?
 

Kleine Geschichte der Wetter- und Klimakunde

• 1592 Die erste Variante des Thermometers wurde erfunden, basierend auf dem Thermoskop von Galileo Galilei.
• 1653 bildete sich das erste Netzwerk von Meteorologen (bis 1900 erfasste die systematische Wetterbeobachtung praktisch alle besiedelten Gebiete)
• 1853 erfolgte systematische Wetterbeobachtung erstmals von Schiffen
• 1873 wurde die International Meteorological Organisation (IMO) gegründet
• 1873 stellte Köppen die erste meteorologische Datenbank zusammen, basierend auf Daten von 100 Stationen der Zeit von 1820 bis 1871, deren überwiegende Mehrheit zuverlässig war.
• 1923 regte die IMO die Weltwetteraufzeichung (World Weather Record WWR) an. Das WWR-Projekt wird bis heute fortgesetzt.
• 1938 stellte Callendar einen Weltwetter-Überblick basierend aus Daten von mehr als 200 Stationen zusammen.
• 1950 trat die World Meteorological Organisation (WMO) die Nachfolge der IMO an.
   

• 1958 ... ca. 300 Jahre nach den ersten Temperaturmessungen, beginnt Keeling systematisch CO₂ zu messen.
• 1960 etwa ist ein Vergleich verschiedener unabhängiger Wetterdatenbanken möglich. Es beginnt der Weg zu einer Messung der mittleren Temperatur auf der Welt.

• 1980 startet der Aufbau eines Messnetzes auf dem Ozean auf der Basis von Messbojen. Gleichzeitig beginnen Satelliten aus dem All Klimadaten zu liefern.
• 1987 regen u.a. Hansen und Lebedeff Standards an, um eine systematische Mittelwertbildung aus den Wetterstationen zu ermöglichen.*
• 1988 schließlich führen WMO und das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) den Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC ein, dessen vierter Sachstandsbericht (Assessment Report AR4) nun vorliegt.
• 1992 wird die Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen (United Nations Framework Convention on Climate Change UNFCCC) aus der Taufe gehoben. 1994 tritt sie in Kraft.

Wir sehen, dass es Wetteraufzeichnungen schon lange gibt, dass die systmatische Erfassung und die Ermittlung globaler Trends aber noch so jung sind, dass die letzten 6 Jahre seit dem dritten IPCC Bericht auch in der Bestätigung der Trends durchaus Relevanz haben.
 

 Auftrag und Struktur des IPCC

Als der IPCC 1988 als gemeinsamer Rat der Klimaexperten und Umweltwissenschaftler aus fast allen Nationen der Erde eingeführt wurde, erhielt er folgenden Auftrag:
Die wissenschaftliche, technische und sozial-ökonomische Information sollte zusammengefasst werden, die wichtig ist, um das Risiko eines vom Menschen verursachten Klimawandels zu verstehen.
 

Die Aufgabe wurde an drei Arbeitsgruppen (Workgroups WG) verteilt:

Workgroup 1:
Wissenschaftliche Aspekte zum Klimasystem und zum Klimawandel
(Was wissen wir über das Klima?)

Workgroup 2:
Gefährdung und Anpassung von Gesellschaft, Wirtschaft und Natur infolge des Klimawandels.
(Wie gefährdet sind wir?)

Workgroup 3:
Optionen der Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen
(Was können wir tun?)

 Das Klima vergangener Erdzeitalter

Wir wissen nun, dass sich die Erde erwärmt. Wir wissen auch, dass der Kohlendioxid-Anteil der Luft über die letzten 50-100 Jahre hinweg weit aus dem Bereich herausläuft, der über die Entwicklung der menschlichen Hochkulturen hinweg (Babylon, Ägypten, Römisches Reich) immer stabil war. Wir wissen, dass wir reagieren müssen.
 

Wir wissen aber auch, dass wir viel zu langsam reagieren und immer weiter in den Klimawandel hineinlaufen. Es stellt sich die Frage, wie die Erde darauf reagieren könnte, nicht zuletzt, weil wir uns anpassen müssen.

Für Mutter Erde ist eine Erwärmung des Planeten um 2-3°C keine Tragödie. Die Paleoklimatologen erforschen das Klima der Vergangenheit anhand von Sedimentproben, von Eisbohrkernen und für die jüngere Zeit auch Baumringen. Die Erde erzählt uns, dass es über die letzten 600 Millionen Jahre zeitweise kälter und zeitweise wärmer war als heute.

In dieser Zeit entwickelten sich Arten, die von den heutigen völlig verschieden waren, z.B. die Dinosaurier. Dadurch, dass es nur einen Kontinent gab, war die Wärmeverteilung im Ozean viel gleichmäßiger. Erst mit dem Auseinanderbrechen des Urkontinentes Pangäa (oberstes Bild) begann sich ein Weltklima herauszubilden, das dem heutigen ähnelt.

Die letzten 65 Millionen Jahre war es durchweg wärmer als heute, selbst wenn wir einen mäßigen Klimawandel einrechnen.
 

Auch das Meer stand damals einige Meter höher. (Links eine Weltkarte aus dem Eozän vor ca. 50 Millionen Jahren.) Schauen wir auf die letzten zwei Millionen Jahre und damit in den Bereich der Entwicklung der Spezies Mensch, so finden wir einen steten Wechsel zwischen Eiszeiten und Warmzeiten.

Der Forscher Milankovitch erklärt dies über die inzwischen bestätigte Theorie, dass die Neigung der Erdachse in bestimmten Zyklen von ca. 41.000 Jahren zwischen 22 und 25 Grad schwankt.
 

Dadurch kam es zu Wechselwirkungen und manchmal zu ziemlich raschen Klimaänderungen, da der Wärmetransport in den Weltmeeren umschlug.
Seit 10.000 Jahren (0,01 Millionen Jahre) leben wir in einer sehr stabilen Warmzeit, in der sich die menschlichen Hochkulturen entwickelt haben. Der Mensch profitierte von diesen stabilen Bedingungen.

Das Weltklima hat allerdings in der Erdgeschichte schon einige Kapriolen geschlagen, kleinere selbst in den letzten 10.000 Jahren. Die Erde ist hiernach immer wieder irgendwann ins Gleichgewicht gekommen.

Allerdings kosten solche extremen Änderungen immer vielen Arten das Leben, die sich nicht schnell genug anpassen können. So wird es den Eisbären, den Korallen und vielen anderen Tieren und Pflanzen gehen. Auch wir sind in unseren biologischen Anlagen, mit unseren zahlreichen Küstenstädten, unserer Landwirtschaft, Nutzung der Natur und Kultur stark an die stabilen Klimabedingungen der letzten 10.000 Jahre angepasst.
 

*Man muss bedenken, dass viele Stationen in den Industrienationen (Europa, USA) vorhanden waren und sind, es aber nur sehr wenige Messdaten aus kaum besiedelten Gebieten gibt (Wüstenregionen, Sibirien, Polargebiete, Ozeane). Für eine globale Mittelwertbildung muss eine entsprechende Gewichtung erfolgen.