Sind die jüngsten CO2-Werte der Atmosphäre ungewöhnlich?

Untersucht werden sollen die am Mauna Loa (Haweii) gemessenen CO2 Konzentrationen in den Monaten April, Mai und Juni seit deren Aufzeichnung 1958. In dieser Arbeit werden die Änderungen zum jeweiligen Vorjahr untersucht. Außerdem werden Vergleiche zu früheren Krisenzeiten vorgenommen. Abb. 1 zeigt eine Übersicht über den Beobachtungszeitraum:

Abb. 1: Mauna Loa CO2 1958 – 2020. Die CO2 Konzentration ist im Beobachtungszeitraum von 317 ppm auf 417 ppm gestiegen. Also um 100 ppm in 63 Jahren. Durchschnittlich erhöhte sich die CO2 Konzentration um 1,6 ppm/Jahr.

Nun die Monate April, Mai und Juni 2020

Abb. 2: April 2020: + 2,88 ppm zum Vorjahr

Abb. 3: Mai 2020: + 2,43 ppm zum Vorjahr

Abb. 4: Juni 2020: + 2,46 ppm zum Vorjahr

Ergebnis:  Die CO2 Konzentrationen der Monate April, Mai und Juni 2020 liegen über dem Mittelwert und in der Größenordnung des linearen Trends. Somit ist keine Auswirkung der Wirtschaftskrise erkennbar.

Suche nach einer CO2 Korrelation in anderen Krisenzeiten

Es soll der Versuch unternommen werden, einen Zusammenhang von Krisenzeiten und CO2 Konzentration zu finden. Es werden vier Krisen der vergangenen Dekaden untersucht:

  • Erste Ölpreiskrise 1973
  • Zweite Ölpreiskrise 1979
  • Golfkrieg 1990
  • Globale Banken- und Finanzkrise als Teil der Weltwirtschaftskrise ab 2007

Abb. 5: Änderungen der CO2 Konzentration zum Vorjahr.  Mit der Standardabweichung sollen extreme Änderungen erkannt werden.

Ergebnis:   Die untersuchten Jahre liegen alle innerhalb der Standardabweichung. Eine direkte Auswirkung der Krisen auf die CO2 Konzentration ist nicht zu erkennen. Aus diesen Ergebnissen ergibt sich daher folgende Frage: Warum wirken sich Krisenzeiten nicht auf die CO2 Konzentration der Atmosphäre aus?

Die Antwort liefert die Fachpublikation von Weber, W., Lüdecke, H.-J., and Weiss, C.O., 2015. A simple model of the anthropogenically forced CO2 cycle, Earth System Dybanics Discussion, 6, 2043. Sie ist “open“ und unter esdd-6-2043-2015 frei herunterzuladen.

In dieser Arbeit zeigt Figure 2 (oberes Teilbild) in rot die gemessene und in schwarz die modellierte CO2-Konzentration der Luft sowie in grün die airborne fraction AF = n_a/n_tot. n_a ist dabei der carbon Fluss in die Atmosphäre, n_tot die Gesamtheit aller CO2-Modellflüsse. Die Schwankungen der AF finden sich im gemessenen CO2-Gehalt nicht wieder, was zu den oben geschilderten Ergebnissen passt.

Woran liegt das? Das CO2-Gesamtsystem Atmosphäre-Meer-Biospäre ist extrem träge. Es dauert infolgedessen lange, bis sich Änderungen des CO2-Ausstoßes der Menschheit im atmosphärischen CO2-Gehalt der Luft überhaupt bemerkbar machen. Die Halbwertszeiten liegen so um die 100 Jahre. Damit ist Folgendes gesagt: Falls die Menschheit urplötzlich jede CO2-Emission stoppen würde, geht es dennnoch über Jahrzehnte mit dem (dann stetig kleiner werdenden) CO2-Anstieg in der Luft weiter.

Dieses Systemverhalten zeigen eine Reihe von Fachveröffentlichungen, eine davon die hier zitierte. Der Mechanismus ist leicht zu veranschaulichen: Der CO2-Partialdruck der Atmosphäre liegt wegen des CO2-Ausstoßes der Menschheit zur Zeit weit über dem des Meers (der des Meers ist konstant, weil das Meer 40-mal mehr CO2 enthält als die Atmosphäre). Das überschüssige CO2 der Atmosphäre kann vom Meer nur langsam aufgenommen werden. Man kann es daher mit einer angespannte Feder vergleichen.

Würde hypothetisch(!) die Feder nicht weiter angespannt werden, indem beispielsweise (ebenfalls hypothetisch) die Menschheit ihre CO2-Emissionen stoppt, würde sich die Feder entspannen, indem vermittels der hohen Partialdruckdifferenz (Atm. vs. Meer) das überschüssige CO2 der Atmosphäre über lange Jahre ins Meer und das Pflanzenwachstum gedrückt wird: Dabei wird die Partialdruckdifferenz immer weiter abgebaut und zwar so lange, bis wieder der natürliche Gleichgewichtszustand einer Partialdruckdifferenz von nahe Null erreicht ist *). Die Halbwertszeit dieser Entspannung wurde in der hier gezeigten Publikation mit 100 Jahren angegeben, ein Wert, der durch die gute Übereinstimmung von Modell und gemessener Realität gestützt wird.

Solch eine Übereinstimmung wird übrigens in der Wissenschaft als verlässliches Maß für das Zutreffen einer Hypothese angesehen. Dies war auch der Grund, warum die hier zitierte Arbeit in den “Discussions“ erscheinen durfte. Im weiteren Review wurde sie dann zwar keineswegs für falsch aber als “zu einfach“ erklärt und gelangte deswegen nicht in das eigentliche Haupt-Journal esd. Etwas Staunen sei erlaubt, denn eigentlich sind “Einfachheit“ und “Zutreffen“ die beiden gesuchten Kerneigenschaften von Modellen.

Zurück zur “CO2-Feder“: Natürlich war sie von Anfang der anthropogenen Emissionen an tätig, natürlich anfänglich nur sehr schwach. Heute ist dagegen bereits der Zustand erreicht, dass nur etwa die Hälfte des anthropogen erzeugten CO2 in der Luft verbleibt. Der Rest geht zu etwa gleichen Teilen ins Meer und die Pflanzenwelt. Die “CO2″-Feder“ ist also stark angespannt. Würde die Menschheit ihre CO2-Emissionen ab nun (hypothetisch) auf einem konstanten Level festhalten, würde sich der Systemzustand wieder sehr langsam auf ein Gleichgewicht zubewegen, bei dem die kontante CO2-Zufuhr durch den Menschen gerade dem Abflus in die beiden CO2-Senken Meer und Pflanzen entspricht. Entgegen einer immer wieder kolportierten aber falschen Aussage der Klimawarner würde also in solch einem Szenario langfristig der CO2-Gehalt der Luft konstant bleiben, obwohl die Menschheit konstant weiter CO2 in die Atmosphäre bläst.

Angesichts dieser Zusammenhänge wird nun verständlich, dass sich auch massive Veränderungen im CO2-Emissionsverhalten der Menschheit erst nach Jahrzehnten in der atmosphärischen CO2-Konzentration widerspiegeln können.

Weiter wird verständlich, dass der CO2-Gehalt der Atmosphäre von der Menschheit nur bis zu einer gewissen Grenze zu steigern ist. Je höher der atmosphärische CO2-Gehalt, desto höher die Partialdruckdifferenz mit dem Meer und umso schwerer eine weitere CO2-Erhöhung in der Luft! In der hier zitierten Publikation wurde ermittelt, dass mehr als maximal 900 ppm CO2 in der Atmosphäre selbst mit Verbrennen aller fossilen Ressourcen gar nicht möglich sind.

*) Zum “natürlichen“CO2-Gleichgewicht: Der Austausch von CO2 zwischen Meer und Luft ist um 2 Größenordnungen stärker als der CO2-Einfluss des Menschen. Er läuft aber sehr schnell ab, die Halbwertszeit für den Verbleib eines CO2-Moleküls in der Luft beträgt hier nur wenige Jahre. Das natürliche CO2-Gleichgewicht ist daher stets von schnellen unmaßgebenden Fluktuationen geprägt. Diese haben mit dem langfristigen anthropogenen CO2-Aufbau in der Luft nichts zu tun, sie begleiten ihn nur.

— EIKE – Europäisches Institut für Klima & Energie

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