Die CO2-Lüge (?)

Die aktuelle Klimakonferenz in Polen wird von den Qualitätsmedien und der Politik wieder genutzt, um den Untergang der Welt herauf zu beschwören, wenn nicht sofort etwas geschieht. Wobei „sofort etwas geschieht“ bedeutet, dass die Steuerschraube für das blöde Volk noch weiter angezogen wird, um die Verteilung des Geldes von Unten nach Oben weiter zu beschleunigen. In Frankreich geht das derzeit bereits schief, denn noch nicht einmal ein krankes grünes Gehirn, wozu auch das von Herrn Macron zu zählen ist, dürfte erklären können, wie höhere Steuern zu weniger CO2 führen sollen, wird doch an der Notwendigkeit, seine Wohnung zu heizen oder zur Arbeit zu pendeln, absolut nichts geändert. Geht es also nur um die Ausplünderung der Bevölkerung und ist der gesamte CO2-Hype einfach nur eine große Lüge, wie der Titel behauptet? Oder ist doch was dran, und es wird nur falsch verkauft? Muss man das glauben oder kann man selbst ein wenig nach Erklärungen suchen?

Man muss nicht einfach nur glauben. Um mitreden und sich selbst ein Bild machen zu können, muss man nur die Grundphänome verstanden haben. Das kann fast jeder, der in der Schule Chemie oder Physik gehabt hat. Dazu muss man nur die Fakten, die selbst grüne MINT-Lehrer wissen müssten, kombinieren. Beginnen wir mit der Luft, genauer mit den Molekülen darin. Moleküle in Gasen sind bekanntlich frei beweglich und schwirren in alle Richtungen hin und her:

Makroskopisch erleben wir das Herumschwirren als Temperatur. Im Chemie- oder Physikunterricht wird dies bereits in den ersten Stunden in Form der Brownschen Moluekularbewegung demonstriert, ein Versuch, der nirgendwo fehlen dürfte.

Bei den Bewegungen stoßen die Moleküle zusammen und übertragen dabei Energie. Das ähnelt zunächst den Stößen von Kugel auf einem Billardtisch, nur dass dort die Kugel nach einiger Zeit aufgrund der Reibung zur Ruhe kommen. Passiert in Gasen natürlich nicht. Moleküle können aber auch in sich schwingen:

Statt die Bewegungsenergie bei einem Stoß zu übertragen, kann ein Molekül auch zum Schwingen angeregt werden. Dann wird die Geschwindigkeit der einzelnen Moleküle und damit auch die Temperatur kleiner, weil in den Schwingungen natürlich auch Energie gespeichert wird. Auch das ist bereits aus den ersten Physikstunden als Versuch zum schwingenden Pendel oder zur schwingenden Feder bekannt, und Bindungen zwischen den Atomen eines Moleküls kann man sich als Federn verbildlichen. Das Umgekehrte gilt natürlich auch: bei einem Stoß kann Schwingungsenergie abgebaut und in Geschwindigkeit umgesetzt werden. In diesem Fall würde die Temperatur größer. Insgesamt besteht also ein Gleichgewicht

Bewegung (Temperatur) <-> Schwingung

Schwingungsenergie kann aber auch aus Licht, also Strahlung aufgenommen werden. Strahlung hat ebenfalls eine bestimmte Energie, die umgekehrt proportional zur Wellenlänge der Strahlung ist. Auch das wird im Chemieunterricht mit Spektralversuchen demonstriert. Für die Demonstration verwendet man meist Elektronenspektren, weil die in manchen Fällen ohne spezielle Geräte direkt zu beobachten sind (Natrium usw.), aber das Prinzip ist das gleiche. Aus den Spektralversuchen lernt man aber auch, dass Schwingungsenergie nicht beliebig (wie Herumschwirrenergie) aufgenommen oder abgegeben werden kann, sondern nur in bestimmten Portionen. Wenn man die Lichtmenge nach Durchgang durch CO2-Gas in Abhängigkeit von der Wellenlänge oder Frequenz, dem Reziproken der Wellenlänge, misst, findet man:

CO2 absorbiert bei einer Frequenz von 2.300 cm⁻¹ besonders gut, das ist im nahen Infrarotbereich. Für Wasser sieht das etwas anders aus:

Auch hier gilt natürlich die Umkehrung: schwingende Moleküle können Energie auch als Strahlung emittieren. Das wird beispielsweise für Lampen benutzt: Natriumdampflampen mit ihrem gelben Licht waren früher als Straßenbeleuchtung sehr beliebt, auch wenn es heute wirtschaftlichere Beleuchtungsmethoden gibt.

Halten wir also fest: es wird sich irgendein Gleichgewicht einstellen zwischen

Bewegung (Temperatur) <-> Schwingung <-> Strahlung

Strahlung bekommen wir bekanntlich von der Sonne. Gäbe es die nicht, würde die Strahlung, die vom Gas abgegeben wird, im Laufe der Zeit in den Weltraum entweichen und die Temperatur läge bei  0°K oder -273,14°C. Das ist relativ kalt.

Nun ist in der Athmosphäre hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff vorhanden:

Kohlendioxid ist mit 0,03% in sehr geringer Menge vorhanden, Wasserdampf ist variabel, was wir auch als variierende Luftfeuchte wahr nehmen. Die Hauptbestandteile Sauerstoff und Stickstoff absorbieren allerdings keine Strahlungsenergie im interessierenden Bereich, der von Wasserdampf, Kohlendioxid und anderen Spurengasen abgedeckt wird. Der IR-Bereich ist deshalb interessant, weil hier die Energie recht effektiv in Bewegung umgesetzt werden kann. Man kann sich das wie ein Auto vorstellen: 30 PS (= IR) bekommt man bequem auf die Straße, bei 600 PS (= Schwingungsenergie von Stickstoff usw) drehen die Räder durch und die Bewegung kommt nicht in Gang.

Gäbe es den Wasserdampf nicht, läge die Temperatur dauerhaft deutlich unter 0°C, weil dann nur die vom Boden absorbierte Strahlung auf die Luftmoleküle übertragen würde. Wasserdampf absorbiert Strahlung vom Boden, der Sonne und anderer Wasserdampfmoleküle, hält also mehr Schwingungsenergie in der Luft fest, die aufgrund des Gleichgewichts zusätzliche Bewegungsenergie und damit eine höhere Temperatur liefert. So kommt zunächst unsere mehr oder weniger angenehme Temperatur zu Stande. Kohlendioxid und andere Spurengase tragen ebenfalls dazu bei, wobei die geringe Konzentration zum Teil durch eine erhöhte Absorptionsfähigkeit ausgeglichen wird. Außerdem absorbieren Wasserdampf und Kohlendioxid an verschiedenen Stellen im Spektrum, d.h. die Effekte werden sich addieren, weil sich die Moleküle nicht konkurrenzmäßig im Weg stehen.

Die Athmosphäre ist allerdings relativ dick, so dass sich die Moleküle aufgrund der Schwerkraft nicht gleichmäßig verteilen. Nach oben nimmt die Dichte insgesamt und damit der Druck ab. Außerdem sind die Moleküle auch nicht gleich schwer. Kohlendioxid ist schwerer als Stickstoff/Sauerstoff und wird sich in Bodennähe anreichern, Wasserdampf ist leichter und wird nach oben relativ zunehmen. Im statischen Gleichgewicht kann das jeder relativ leicht berechnen, der Physik oder Chemie studiert. Im Grunde ist das ein Thema für Praktikumsaufgaben in den ersten Semestern.

Wenn man nun CO2 mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt und misst, um wieviel die Temperatur ansteigt, kann man auch ermitteln, wie effektiv die einzelnen Energiearten ineinander umgewandelt werden. Dazu muss man nur die Temperatur und die Energiebilanzen messen, d.h. wieviel Licht noch durchgeht und wieviel Wärme aus der Messzelle entweicht. Das ist zwar aufwändig, aber auch nicht sonderlich kompliziert.

Hat man nun alles zusammen, kann man ausrechnen, welchen Einfluss das CO2 auf die Temperatur hat. Absolut macht das wenig Sinn, denn das Modell ist statisch, d.h. die Luft über der Modellerde, die man sind so zusammmen baut, bewegt sich nicht, und jeder weiß, dass das in der Realität anders ist. Aber man kann ausrechnen, was passiert, wenn sich die Konzentrationen ändern, d.h. die relative Temperaturänderung berechnen. Macht man das, sind sich alle einig, dass eine Verdopplung (!) der CO2-Konzentration von 0,03% auf 0,06% zu einer Temperaturerhöhung von 1°C führen würde. Mit „alle“ sind die Vertreter der Klimatheorie und deren Kritiker gemeint, denn diese Berechnung ist im Prinzip so einfach, dass man sie einem Dritt- oder Viertsemestler in Physik oder physikalischer Chemie als kleine Projektarbeit an die Hand geben kann und er mit den notwendigen Werte auf diesen Wert kommt.

Ebenfalls umfangreich, aber systematisch einfach ist die Berechnung, wie viele fossile Brennstoffe der Mensch verbrennen müsste, wenn er diese Verdopplung alleine erreichen will. Dabei lässt man natürlich sämtliche andere Prozesse, die CO2 wieder irgendwo verschwinden ließen, außer Acht lässt, d.h. das CO2 landet ausschließlich in der Athmosphäre und nimmt nicht am natürlich CO2-Gleichgewicht teil. Ergebnis: die Menschheit müsste das 1,6-fache der gesamten bekannten Reserven – Gas, Kohle, Öl, Ölschiefer, … – an fossilen Energieträgern verbrennen, also mehr, als theoretisch überhaupt zur Verfügung steht. Dazu brächte er im günstigsten Fall mehrere Tausend Jahre, und selbst dann wäre die Temperatur nur um 1°C gestiegen.

Bis hier hin sollte eigentlich jeder noch technisch folgen und eine nicht ganz keine Menge der Menschen die Berechnungen sogar nachvollziehen können. Die Klimaleute behaupten nun, dass bereits wesentlich kleinere Änderungen der CO2-Konzentration Temperaturänderungen von 2-3° oder mehr verursachen können. Wir haben zwar bislang nur ein statisches und kein dynamisches Athmosphärenmodell, d.h. es können noch Effekte dazu kommen, aber wenn eine nur 10%-iges CO2-Erhöhung durch den Menschen zu einer Temperaturerhöhung von 2° führt, dann muss das dynamische Modell einen Verstärkungseffekt mit einem Faktor 20 gegenüber dem statischen besitzen, und das muss, bei aller Vorsicht, dass da was dran sein könnte, trotzdem erst einmal schön gerechnet werden.

Nun wird es komplizierter, d.h. Rechenmodelle sind nicht mehr so einfach aufzustellen: durch Tag/Nacht-Wechsel und die Erdrotation ist die Athmosphäre zunächst alles andere als ruhig und geordnet. Es kommen starke horizontale Bewegungen hinzu (Wind, Tief- und Hochdruckgebiete), die viel Energie von einem Punkt der Oberfläche zum nächsten transportieren, sowie vertikale Bewegungen (Aufwinde/Abwinde), die Energie in andere Schichten der Athmosphäre verfrachten. Energie wird also transportiert, was die einfache Bilanz natürlich ganz schön durcheinander bringt. Als Folge schwanken die lokalen Temperaturen, was durch beispielsweise durch Vereisen von Wasserflächen oder Schmelzen von Eis zu starken Veränderungen der Bodenabsorption führt. Wie kompliziert das werden kann, weiß jeder Wintersportler: man kann oft bequem leicht bekleidet im Schnee eine Wanderung machen, obwohl der Schnee keinerlei Anstalten macht, zu schmelzen. In einer Klimatheorie muss alles dies verarbeitet werden. Mathematisch ist das ein chaotisches System, d.h. selbst wann man über halbwegs exakte Daten verfügt, ist es nur innerhalb sehr enger Grenzen überhaupt berechenbar. Was heraus kommt, nennt man Wettervorhersage, und wie gut die sind, weiß jeder. Man kann da mitteln oder schätzen, wie man will, aber der Verstärkungsfaktor 20, den die Klimaleute ausgerechnet haben wollen, ist beim besten Willen systematisch nicht drin. Wenn man vergleichbare Phänomen betrachtet, kommt eher lokales statistisches Rauschen heraus, während sich im Mittel nichts tut.

Aber das ist ja auch noch nicht alles: unter gewissen Bedingungen kondensiert der Wasserdampf in der Athmosphäre zu Wolken. Wolken reflektieren aber Licht und halten es von der Bodenschicht fern. Außerdem wird bei der Kondensation Energie frei (man muss Energie zuführen, damit Wasser kocht; umgekeht wird die natürlich wieder frei, wenn Wasser kondensiert), was zu Aufwinden führen kann und noch mehr Energie in die obere Athmosphäre entführt, wo sie leichter abgestrahlt wird. Das kann man an jeder Gewitterwolke nachvollziehen.

Welche riesigen Energiemengen dabei umgesetzt werden können, demonstrieren tropische Wirbelstürme. Ein großer Sturm setzt geschätzt ca. die 200-fache Menge der globalen menschlichen Stromleistung um, d.h. ein Wirbelsturm, der 2 Tage vor sich hinstürmt, hat mehr Energie in die Athmosphäre transportiert wie die Menschheit im gesamten Jahr an Strom verbraucht.

Wenn es nicht zu turbulent zugeht und die Wolken einfach nur eine Schicht am Himmel bilden, kann man abschätzen, was passiert. Wolken führen zu einem Isolationseffekt – es wird nicht so schnell kalt wie bei klarem Himmel, weil die Strahlung nicht entweichen kann, sondern wieder zum Boden reflektiert wird, d.h. ein Art Treibhauseffekt entsteht – führen aber auf längere Sicht zu einer deutlichen Abkühlung, da weniger Energie in die bodennahen Schichten gelangt. Unübersichtlich wird eine Bilanz aber wieder, wenn man die Dynamik berücksichtigt. Wenn mehr CO2 also einen Temperaturanstieg am Boden verursacht, verdunstet mehr Wasser, was letztlich zu mehr Wolken und folglich zu einer Abkühlung führen sollte. Ein Verstärkungseffekt ist aber das nun gerade nicht, wie man unschwer erkennt.

Paradoxerweise wird die Wirkung von Wolken in Form von Starkregen oder Wirbelstürmen von den Klimaleuten auch gerne als „Beweis“ für ihre Theorien angegeben, dass es wärmer wird, wobei sie aber mehr auf die Kurzfristigkeit des Gedächtnisses als auf die Realität bauen. Starkregen dürfte man alle paar Jahre mal persönlich erleben, und die Erinnerung verblasst schnell, wenn die Sonne wieder scheint, so dass man jedes Ereignis als etwas Besonderes ansieht, was es aber gar nicht ist. Wollten die Klimaleute den Beweis tatsächlich führen, müssten sie nun die CO2-Konzentration mit der Wolken- und Sturmbildung rechnerisch verknüpfen. Doch selbst die Oberstrategen geben ganz offen zu, dass sie über Wolken herzlich wenig wissen und die Forschung eher noch in den Anfängen steckt:

Wolken können wärmen oder kühlen, das macht es so schwer, ihren Einfluss auf das Klima der Erde und den Klimawandel abzuschätzen.

Klar ist, dass Wolken nicht aufgrund von CO2 oder reinen Temperatureffekten entstehen, sondern ganz andere Prozesse eine Rolle spielen. Die Behauptung, Wirbelstürme seien ein Beweis für ihre CO2-Theorie, sind also reine Fantasie, und der Verstärkungsfaktor 20, der benötigt wird, lässt sich durch Naturphänomene nicht begründen.

Mit den Wolken kommen wir allmählich zu Vorgängen, die eher geeignet sind, Klimaänderungen auf der Erde zu erklären, und wenn man sie verstanden hat, könnte man versuchen, den Einfluss des Menschen zu ermitteln. Eines kann man aber sicher sagen: die CO2-Konzentration, an der der Mensch rein rechnerisch ohnehin nur einen Anteil von 3% hat, ist es nicht, und alles, was wir heute aufgetischt bekommen, sind Lügen, um uns auszuplündern.

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