Warum war unser Klima eigentlich so stabil?

Gibt es viele Hasen, dann geht es den Wölfen gut. Sie vermehren sich. Das ist schlecht für die Hasen, sie werden weniger. Das ist dann wieder schlecht für die Wölfe, sie werden auch weniger, weil sie schwerer Futter finden. Gibt es weniger Wölfe dann können sich die Hasen wieder vermehren – das ist dann wieder gut für die Wölfe. „Zyklisches Wachstum“ sagt man dazu, oder „dynamisches Gleichgewicht“.

Die frühe Atmosphäre bestand zu 32% aus CO₂

Das mit dem CO₂ in der Atmosphäre und den Pflanzen war über Millionen Jahre auch so: Als das erste Chlorophyll, das erste Pflanzengrün, vor etwa dreieinhalb Milliarden Jahren auf der Erdoberfläche entstand, bestand die Atmosphäre etwa zu rund 32 % aus CO₂ – Kohlendioxid. Über die Photosynthese nimmt das Blattgrün das CO₂ aus der Luft auf, die Pflanze baut den Kohlenstoff in ihren Körper ein – über Glucose wird es in weiterer Folge zu Holz – die Pflanze wächst und gibt den Sauerstoff an die Atmosphäre ab.

Von 32% sank die Kohlendioxidkonzentration auf rund 0,02%. Gebunden wurde es duch Pflanzen.

Rund drei Milliarden Jahre dauerte es, bis sich die Pflanzenwelt soweit ausgebreitet hatte, dass das CO₂ fast gänzlich aus der Luft verschwunden war. Die Expansion der Vegetation stoppte dann, sie lebt seither „von der Hand in den Mund“: Verfügbar war nur noch der Kohlenstoff, den abgestorbene Pflanzen über Verbrennung oder Verrottung wieder frei gegeben haben.

Mikroiorganismen machen die Atmosphäre für den Menschen geeignet

Der Kohlenstoff der Luft war zum Teil „eingebaut“ in die Vegetation und über die Nahrungskette in viele weitere kleine und kleinste Organismen, zum Teil „weggepackt“ unter der Erde. Die Atmosphäre war in eine für den Menschen geeignete Sauerstoffatmosphäre umgewandelt.

Durch Verwerfungen wurde in der Vegetation gebundenes Kohlendioxid in tiefere Erdschichten eingelagerd und dauerhaft „weggepackt“.

In den ersten drei Milliarden Jahren ihrer Entstehungsgeschichte und auch noch danach war die feste Oberflächenschicht der Erde noch dünner. Kontinentalbewegungen verursachten große Verwerfungen und Überlappungen. Biomasse (Holz und abgestorbene Organismen aus Kohlenwasserstoffen) wurden in großen Mengen „weggepackt“ – gelangten tief unter die Oberfläche, wo sie in Jahrmillionen unter Druck, bei hoher Temperatur und unter Sauerstoffausschluss in Kohle, Öl und Gas umgewandelt und eingesperrt wurden.

Kohlenstoff für den biogenen Kohlenstoffkreislauf wird festgelegt

Die Erdkruste wurde dicker, fester, die Bewegungen kleiner, das „Wegpacken“ des Kohlenstoffs endete. Zuletzt entstanden vor rund 60 Millionen Jahren die Alpen und die darin in geringer Tiefe enthaltenen Braunkohlelagerstätten (heute im Tagbau gewonnen). Der Kohlenstoff für den „biogenen Kohlenstoffkreislauf“ war somit festgelegt und limitiert.

Die jüngsten der „weggepackten“ Kohlendioxidlager sind Braunkohlevorkommen, die in so geringe Tiefe gewandert sind, dass sie im Tagbau abgebaut werden können.

Die Vegetation war groß, leistungsstark, lebte aber an ihrer Wachstumsgrenze – „sprungbereit“ – und konnte schnell expandieren, wenn sich eine Gelegenheit bot. Sie hielt den Atmosphären-Kohlenstoff damit „in Schach“ – zwischen 180 und 280 ppm bewegte sich der CO₂-Gehalt in den letzten 400.000 Jahren.

CCS hat über Milliarden von Jahren funktioniert

Carbon Capture and Storage – CCS – das die Menschen gerade zu erfinden versuchen, hat über Milliarden Jahre sehr gut funktioniert und unsere Sauerstoff- Lebenswelt vorbereitet und stabilisiert. Mit dem verbleibenden Rest an Atmosphären- Kohlenstoff spielte die Natur „Wolf und Hase“. Setzte ein kontinentaler Waldbrand riesige Mengen Kohlenstoff – also CO₂ – frei, so expandierte die Vegetation bis sie wieder „an die Grenzen ihres Wachstums“ stieß – bei rund 180 ppm CO₂.

Die Auswirkungen von Naturereignissen auf die Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre war nie von langer Dauer.

Blies ein Vulkanausbruch neben anderen Gasen auch CO₂ in die Luft – die Vegetation „fraß“ es wieder weg, bis auf den Rest von 180 ppm, der wegen der sehr niedrigen Konzentration nur noch schwierig zu erreichen ist.

Nur 0,04% und schon kritisch

Warum aber machen 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und rund ein Prozent Edelgase „kein Klimaproblem“, 0,04 % Kohlendioxid (400 ppm, aktuelle Konzentration) aber schon? Weil die natürlichen Atmosphärengase aus Molekülen von zwei gleichen Atomen bestehen: N₂, O₂, Ar₂, Kr₂, Ne₂, Xe₂. Das Molekül ist spannungsfrei und damit transparent auch für die Infrarotstrahlung.

Seit der Industrialisierung verändert der Mensch das Temperaturverhalten der Atmosphäre stetig.

Verschiedenatomige Gase wie CO₂ oder CH₄ oder N₂O und viele andere, vor allem komplexe technische Gase bilden Dipole und treten in Wechselwirkung mit der IR-Strahlung, sie speichern Wärme. Die Menschen mischen über ihre Verbrennungs- und technischen Prozesse also ständig kleine Wärmespeicher in die Atmosphäre, diese verändern die Bilanz aus Wärmeeinstrahlung von der Sonne und Wärmeabstrahlung ins kalte Weltall. Es bleibt täglich mehr und mehr Wärme in der Atmosphäre „hängen“.

CO2 ist nicht grundsätzlich schlecht

Ja, es gab immer schon Treibhausgase in der Atmosphäre, Kohlendioxid und vor allem Wasserdampf, aber gerade so viel, dass das Klima in einem für den Menschen günstigen Bereich stabilisiert wurde. CO₂, zum Beispiel, durch das „Wolf- und Hase-Spiel“.

Ganz ohne Treibhausgase in der Atmosphäre wäre es ziemlich kalt auf der Erde.

Hätten wir gar keine Treibhausgase, dann wäre es so kalt auf unserem Planeten, dass das Wasser der Erde die meiste Zeit des Jahres gefroren wäre, bekannt seit 1824 (Joseph Fourier), erstmals richtig berechnet in 1896 (Svante Arrhenius). Treibhausgase an sich sind also nicht grundsätzlich schlecht. Die richtige Menge ist gefragt, die, die zu einem Klima führt, in der die Menschen leben und arbeiten und sich in Ruhe auf das „Wirtschaften“ konzentrieren können. Aber seit Beginn der ersten industriellen Revolution vor etwa 250 Jahren mischen die Menschen zunehmend Hasen (CO₂) ins Spiel – bei gleichzeitiger Behinderung und Auslöschung der Wölfe (der Vegetation).

Der Mensch verursacht die steigende CO₂-Konzentration

Wie viel trägt der Mensch nun bei? Die tägliche Ölförderung beträgt rund 80 Millionen Barrel. Abgefüllt in einen Eisenbahnzug wäre dieser rund 1.600 km lang – täglich – und würde von Gibraltar bis Bremen reichen. Der tägliche Gaszug wäre etwa gleich lang, der tägliche Kohlezug rund eineinhalbmal so lang.

Quer durch ganz Europa würde ein Güterzug reichen, wenn man ihn mit der Tagesproduktion an Erdöl beladen würde.

Verbrennt man diese Kohlenstoffmenge, dann verbindet sich jedes Kohlestoffatom mit zwei etwa gleichschweren Sauerstoffatomen und es entsteht daraus die dreifache Masse an Kohlendioxid. Die Verbrennung von Kohlen-Feststoff zu Kohlendioxid-Gas führt noch dazu zu einer Volumenvergrößerung um etwa den Faktor 1.000 – bei gleichzeitiger Abholzung von Regenwald und Bodenversiegelung.

Damit wird schnell klar, dass nicht Vulkanausbrüche die Ursache für die Klimaverschiebung sein können. Die sind vergleichsweise harmlos. Nach längstens zwei Wochen sind sie wieder still für Jahrzehnte bis Jahrhunderte.

Energiewende bedarf kollektiver Anstrengung

Wie kann eine wirkungsvolle Wende aussehen? Nun – genauso, wie es gelingt diese Mengen täglich zu verbrennen – das gelingt nur, weil alle Menschen daran beteiligt sind und mehr oder weniger fleißig mithelfen. Energieverbrauch wie Energiewende ist kein „Minderheitenprogramm“.

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