Ruß ist ein viel größerer Klimakiller als gedacht: Muss CO2 jetzt kleinere Brötchen backen?

Vor kurzem wurde vom Journal of Geophysical Research eine neue Arbeit zum Druck angenommen, in der die bisherigen Annahmen des Weltsklimarats zur Wärmewirkung einzelner Klimafaktoren nachhaltig durcheinandergewirbelt werden. Die überraschenden Ergebnisse des Forscherteams um Tami Bond von der University of Illinois werden dem ein oder anderen IPCC-Forscher bereits schlaflose Nächte bereitet haben. Bisher ging der IPCC nämlich davon aus, dass das CO2 unangefochten an der Spitze der menschengemachten Hitzeetreiber steht und sich daher die “Klimarettung” vor allem auf dieses Molekül zu konzentrieren hat. Nun ist jedoch das eingetreten, was wir bereits in unserem Buch “Die kalte Sonne” vorhergesagt hatten: Der Ruß hat einen sehr viel größeren Anteil an der Klimaerwärmung der letzten Jahrzehnte als bislang gedacht. Die Welt berichtete hierzu am 16. Januar 2013 (siehe auch Beiträge auf WUWT und Nature):

Ruß ist einer neuen Studie zufolge weitaus stärker am Klimawandel beteiligt als bisher gedacht. Der Rußausstoß habe nach dem Treibhausgas Kohlendioxid den weltweit zweitstärksten Effekt auf das Klima, teilte die American Geophysical Union (AGU) mit. Der Einfluss der Rußteilchen auf den Klimawandel könnte etwa doppelt so hoch sein wie bisher geschätzt wurde. Das berichtet ein internationales Team von 31 Wissenschaftlern nach vier Jahren Forschung im “Journal of Geophysical Research – Atmospheres”.

Laut der neuen Studie hat Ruß nun einen Wärmeeffekt von etwa zwei Dritteln (1,1 Watt/m2) der derzeit vom IPCC angenommenen CO2-Wärmewirkung (1,6 Watt/m2). Im letzten IPCC Bericht von 2007 maß man dem Ruß nur 0,2 Watt/m2 zu. Offensichtlich war in den IPCC-Klimamodellen ein grober Fehler enthalten, der lange unentdeckt geblieben ist.

Kommen wir jetzt zu einer Konsequenz, die sich offenbar keiner der offiziellen Kommentatoren in den Medien traute auszusprechen: Wenn jetzt plötzlich der Faktor Ruß massiv in seiner Wärmewirkung angehoben werden muss und alle anderen Fakoren gleich blieben, dann würden die Modelle eine viel höhere Erwärmung für die letzte Jahrzehnte ausspucken als in der Realität gemessen. Es ist daher selbstredend notwendig, einen anderen Wärmetreiber entsprechend in seiner Wärmewirkung zu reduzieren. Man muss kein Hellseher sein, um zu erraten, dass dies wohl das CO2 sein wird. Geben wir den Experten noch ein wenig Zeit, den herben Schlag zu verdauen. Am Ende wird es jedoch sicher die Klimasensitivität des CO2 treffen, die signifikant heruntergesetzt werden muss. Die zusätzliche Wärmewirkung des Ruß in der Unsicherheit der anderen Aerosole wegzumauscheln ist wenig überzeugend (siehe “Die kalte Sonne” S. 179-181).

Vor einigen Monaten hatte bereits der NABU die Zeichen der Zeit erkannt und den Ruß als wichtigen Wärmetreiber in der Arktis benannt (siehe unseren Blogartikel “NABU: „Bis zu 50 Prozent der Erwärmung in der Arktis sind auf den Einfluss von Rußpartikeln zurückzuführen“ “).

Die gute Nachricht: Der Rußausstoß lässt sich relativ kostengünstig weltweit reduzieren. Die Zeit schreibt:

Das UN-Umweltprogramm (Unep) fordert Länder und Unternehmen daher dazu auf, den Rußausstoß zu drosseln. So lautet auch die Quintessenz der Studie: Da Rußpartikel sich nicht lange in der Atmosphäre halten, könnte eine Verringerung der Emissionen sich rasch bemerkbar machen. “Auf diese Weise könnte man den Klimawandel kurzfristig bremsen”, erläutert Unep.

 

Foto: EPA / As works of the U.S. federal government, all EPA images are in the public domain.

NABU: „Bis zu 50 Prozent der Erwärmung in der Arktis sind auf den Einfluss von Rußpartikeln zurückzuführen“

Bis vor wenigen Jahren spielte der Ruß bei den Klimatologen kaum eine Rolle. Aber das änderte sich im März 2008. Damals veröffentlichten Veerabhadran Ramanathan von der Scripps Institution of Oceanography und Greg Carmichael von der University of Iowa im Fachmagazin Nature Geoscience eine Studie, in der sie zeigen konnten, dass Ruß („black carbon“) eine sehr starke Klimawirkung besitzt. Ruß kann dabei im Wesentlichen auf zwei Wegen die Temperatur der Atmosphäre beeinflussen. Zum einen absorbieren die Rußpartikel das Sonnenlicht und strahlen die Wärme dann in die Atmosphäre ab. Zum anderen verringern die dunklen Partikel die Rückstrahlfähigkeit für Sonnenlicht auf Eis und Schnee (Verringerung der Albedo). Ruß hat insofern einen fatalen Effekt auf die Schnee- und Eisgebiete. Er absorbiert die Sonnenstrahlen, die sonst reflektiert würden, und erwärmt auf diese Weise die Oberfläche und bewirkt ein erhöhtes Schmelzen.

Gehen wir einmal logisch vor. Da wird also unerwarteter Weise ein neuer, starker Klimatreiber gefunden, also muss doch irgendetwas anderes in den bisherigen Klimamodellen zu stark angesetzt worden sein, richtig? Die Überraschung war jedoch groß, als die Klimamodellierer erklärten, alles wäre prima, und natürlich müsse man die Klimakraft des dominierenden CO2 nicht schmälern. Über dieses Paradoxon haben wir bereits in unserem Buch „Die kalte Sonne“ berichtet (Kapitel 5, S. 171-181):

Obwohl Ruß mit 8 Millionen Tonnen vergleichsweise niedrige Emissionen aufweist und auch die Verweildauer nur einige Tage bis Wochen beträgt, ist nach diesen Untersuchungen der Ruß im Modell des IPCC mit 55 Prozent der Erwärmungswirkung des CO2 nach IPCC-Version für den Zeitraum der letzten 250 Jahre zu berücksichtigen. Da dieser Effekt in dieser Größe aber nicht berücksichtigt worden ist, muss zwangsläufig der Einfluss des CO2 in den Modellen um diesen Betrag zurückgenommen werden. Das wäre recht unangenehm in der öffentlichen Kommunikation.

Daher wendet Ramanathan einen Trick an. Er verweist auf die große Unsicherheit bei den Dämpfungseffekten der übrigen Aerosole (siehe oben) und erhöht einfach die negative Wirkung dieser Aerosole um genau den Betrag, der dem Ruß nach neuesten Erkenntnissen zuzuschreiben ist. Das Ergebnis ist wieder perfekt: Die Wirkung des CO2 kann ungeschmälert bleiben – und Ramanathan wird fleißig von der IPCC-Gemeinde zitiert. Ein simpler Taschenspielertrick, der durch keine neuen Erkenntnisse auf der übrigen Aerosolseite belegt ist.

Die bedeutende Klimawirkung des Ruß wird mittlerweile sogar vom Naturschutzbund Deutschland e.V. (NABU) anerkannt. Am 20. September 2012 veröffentlichte der NABU auf seiner Webseite eine Erklärung, in der die Erwärmung der Arktis zu bis zu 50% dem Ruß angelastet wird. Im logischen Umkehrschluss reduziert sich der vermeintliche Anteil der Treibhausgase am arktischen Schmelzen signifikant. Der NABU schreibt:

Angesichts der aktuell vom Hamburger Klima Campus präsentierten Daten zur geringsten jemals gemessenen Arktiseisausdehnung fordert der NABU eine stärkere Einbeziehung von Dieselrußpartikeln in die klimapolitische Gesetzgebung. Die Gefahren, die von Rußpartikeln und anderen Luftschadstoffen ausgehen, werden bisher zu wenig öffentlich thematisiert und von der Politik nicht angegangen. „Bis zu 50 Prozent der Erwärmung in der Arktis sind auf den Einfluss von Rußpartikeln zurückzuführen. Damit spielen diese Partikel eine fast ebenso große Rolle für den Klimawandel wie das Treibhausgas CO2“, so NABU-Bundesgeschäftsführer Leif Miller.

Rußpartikel entstehen bei der unvollständigen Verbrennung von fossilen Brennstoffen, etwa in Automotoren, Kraftwerken oder Häusern. In Mitteleuropa ist der Verkehr der Hauptverursacher. Zusammen mit weiteren Luftschadstoffen bilden Rußpartikel die Gruppe der „kurzlebigen Klimatreiber“. Sie forcieren den Klimawandel ähnlich stark wie Kohlenstoffdioxid, verbleiben aber viel kürzer in der Atmosphäre. Ihre Reduktion wird sich daher schneller auf das Weltklima auswirken als eine Minderung des CO2-Ausstoßes.

„Das Hauptaugenmerk bei der Bekämpfung des Klimawandels sollte weiterhin auf CO2 liegen. Indem wir zeitgleich kurzlebige Klimatreiber bekämpfen, gewinnen wir wertvolle Zeit, um die Klimaschutzziele noch zu erreichen“, erläutert NABU-Verkehrsexperte Dietmar Oeliger. Die Bundesregierung müsse ein verbindliches Minderungsziel bis 2020 verabschieden. Alle Dieselrußverursacher müssten zum Einbau moderner Abgasreinigungsanlagen wie Partikelfilter gesetzlich verpflichtet werden. Daneben müsste aber grundsätzlich über alternative Mobilitätsstrategien nachgedacht werden, in denen Verbrennungsmotoren eine deutlich geringere Rolle spielten als heute. (weiterlesen …)

Licht lässt Partikel wachsen – Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre

Eines der großen Rätsel in den Klimawissenschaften ist die Klimawirkung der Sonne. In den aktuellen Klimamodellen des IPCC spielen Sonnenaktivitätsschwankungen kaum eine Rolle. Ein Blick auf die geologischen Daten der letzten 10.000 Jahre zeigt jedoch, dass dies nicht stimmen kann, denn Klima und Sonne waren stets eng aneinander gekoppelt und bewegten sich überraschend synchron zueinander. Offensichtlich muss es also „Solarverstärker-Prozesse“ geben, die in den IPCC-Formeln bislang nicht berücksichtigt worden sind.

Derzeit gibt es zwei wichtige Solarverstärker-Kandidaten, die auch parallel zueinander wirken könnten. Zum einen ist hier ein Effekt über die UV-Strahlung in der Stratosphäre (siehe S. 229-231 in „Die kalte Sonne“). Zum anderen wird eine schwankende Wolkenbedeckung diskutiert, die vom Sonnenmagnetfeld über die kosmische Strahlung gesteuert wird. Der zuletzt genannte Prozess wurde vor mehr als einem Jahrzehnt vom dänischen Physiker Prof. Henrik Svensmark vorgeschlagen (siehe Kapitel 6 und Svensmark-Gastbeitrag in „Die kalte Sonne“). Mittlerweile gibt es hierzu eine beeindruckende Indizienkette, wenn auch noch nicht jeder einzelne physikalische Schritt bis ins letzte Detail verstanden ist. Gesichert sind momentan u.a. folgende Teilschritte:

(1) Das Sonnenmagnetfeld schwankt parallel zur Sonnenaktivität.

(2) Das Sonnenmagnetfeld schützt die Erde vor kosmischer Strahlung, einem Teilchenregen aus dem Weltall.

(3) Innerhalb eines 11-Jahres-Sonnenfleckenzyklus schwankt auf diese Weise die kosmische Strahlung um 20%, gegenüber nur 0,1% bei der Gesamtstrahlung der Sonne.

(4) Phase 1 des kürzlichen CERN-Experiments hat gezeigt, dass durch kosmische Strahlung vermehrt kleine Aerosol-Teilchen in der Atmosphäre entstehen.

Nun ist die Wissenschaft an der Stelle angekommen, wo es darum geht, ob diese kleinen Teilchen zu größeren anwachsen können, die dann als Wolkenkondensationskeime dienen würden. Die Teilchen müssen nämlich eine Mindestgröße von 50 Nanometern besitzen, sonst können sich keine Wolkentröpfchen darum bilden. Und ohne Wolken würde der ganze Svensmark-Solarverstärkerprozess nicht funktionieren.

Eines der Probleme ist, dass die mühsam am Tag unter Einwirkung der Sonnen-UV-Strahlung angewachsenen Teilchen gemäß den theoretischen Modellen nachts eigentlich wieder zerfallen müssten. Im März 2012 konnte das Svensmark-Team zeigen, dass dies jedoch in der Realität nicht der Fall ist. Die kosmische Strahlung erzeugt offenbar Elektronen, die die Schwefelsäureproduktion auch nachts zu einem gewissen Maße aufrechterhält (siehe unser Blogartikel „Henrik Svensmark schließt eine weitere Lücke in seinem Solarverstärker“).

Aber die Wissenschaft verfolgt auch eine andere heiße Spur: Gibt es vielleicht zusätzliche chemische Prozesse, die in den bisherigen Modellen bislang unberücksichtigt geblieben sind? Ja, es scheint sie in der Tat zu geben. Im Mai 2012 veröffentlichte eine französisch-deutsch-israelische Forschergruppe um Maria Eugenia Monge von der Universität Lyon im Fachmagazin PNAS eine Studie, in der sie einen ganz neuen Mechanismus zum Partikelwachstum beschreiben. In einer Pressemitteilung des am Projekt beteiligten Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung werden die aufsehenerregenden Ergebnisse wie folgt zusammengefasst (Fettsetzung wurde ergänzt)(weiterlesen …)

Der Tropengürtel dehnt sich aus: Die Hauptschuldigen sind Ruß und Ozonsmog, nicht das CO2

Im März 2008 veröffentlichte Greg Carmichael von der University of Iowa im Fachmagazin Nature Geoscience eine Studie, in der er zeigen konnte, dass Ruß („black carbon“) ein sehr starkes Treibhausgas ist. Co-Autor der Studie damals war Veerabhadran Ramanathan. Im folgenden Video erläutert Carmichael die Wirkungsweise dieses bis dahin signifikant unterschätzten Treibhaus-Aerosols. Die Autoren konnten zeigen, dass Ruß trotz vergleichsweise niedriger Emissionen von etwa 8 Millionen Tonnen für einen nicht zu unterschätzenden Teil der Erwärmung der letzten 100 Jahre verantwortlich gewesen sein muss.

Ruß kann im Wesentlichen auf zwei Wegen die Temperatur der Atmosphäre beeinflussen. Zum einen absorbieren die Rußpartikel das Sonnenlicht und strahlen die Wärme dann in die Atmosphäre ab. Zum anderen verringern die dunklen Partikel die Rückstrahlfähigkeit für Sonnenlicht auf Eis und Schnee (Verringerung der Albedo). Ruß hat insofern einen fatalen Effekt auf die Schnee- und Eisgebiete. Er absorbiert die Sonnenstrahlen, die sonst reflektiert würden, und erwärmt auf diese Weise die Oberfläche und bewirkt ein erhöhtes Schmelzen.

Ein Forscherteam um Rajan Chakrabarty vom Desert Research Institute in Reno, Nevada veröffentlichte im Mai 2012 in den Geophysical Research Letters eine Studie zum Erwärmungseffekt von Ruß im Brahmaputra Tal. Die Wissenschaftler führten hier im Januar-Februar Messungen der Ruß-Konzentration durch und fanden, dass die festgestellte hohe Ruß-Konzentration hier einen signifikanten Erwärmungsbetrag verursacht haben muss (siehe auch Beitrag von Roger Pielke Sr.).

„Ruß und Ozonsmog entstehen bei der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle oder Öl, aber auch bei Waldbränden. Seit den 1970er Jahren habe der Ausstoß dieser Luftschadstoffe vor allem über Südostasien stark zugenommen“ (scinexx). Nur über Teilen Europas und Nordamerikas haben die Rußemissionen infolge von Umweltschutzmaßnahmen abgenommen. Da Ruß nur eine Verweildauer in der Atmosphäre von nur einigen Tagen bis Wochen besitzt, ließe sich relativ schnell etwas gegen diesen Wärmetreiber unternehmen – viel leichter als gegen das CO2. Auch der Ozonsmog ließe sich relativ leicht bekämpfen. Dies scheint die internationale Staatengemeinschaft nun realisiert zu haben. Im Mai 2012 bildete die G8-Gruppe der führenden Industrienationen eine Koalition mit dem Ziel, den Ausstoß kurzlebiger Treibhausgase wie etwa Ruß, Methan und teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW’s) zu reduzieren. Zur Gruppe gehören Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Italien, Russland, Kanada und die USA (siehe Bericht auf Climate Central).

Das kalifornische Air Resources Board hielt am 24. Mai 2012 eine Sitzung ab, auf der es einen Vortrag zur Klimawirkung von Ruß und anderer kurzlebiger Treibhausgase gab, welcher online als Video verfügbar ist (auf das Video-Symbol bei Agenda Item 12-3-2 klicken).

 

Ruß führte zur Ausdehnung der Tropen

Im Jahr 2008 publizierte eine Gruppe um die NOAA-Forscherin Dian Seidel in Nature Geoscience eine Studie, in der die Ausdehnung des tropischen Klimagürtels während der vergangenen Jahrzehnte festgestellt und analysiert wurde.

„Um durchschnittlich 0,36° Breitengrade pro Jahrzehnt dehnt sich die tropische Klimazone nach Norden aus. Die sich daraus ergebende ‚Verbreiterung‘ der Hadley-Zirkulation verschiebt ihrerseits die trockenen Gebiete des Subtropengürtels in Richtung Nordpol. Und auch die Zugbahnen der dynamischen Tiefdruckwirbel, welche in den mittleren Breiten das Wetter bestimmen, verlagern sich polwärts.“ (Quelle: MeteoKlima)

Die gängigen Klimamodelle konnten das Phänomen überraschenderweise nicht reproduzieren, wie die Wissenschaftler in dem Artikel 2008 darlegten. (weiterlesen …)