Eine Kurve verändert die Welt

Nichts ist unmöglich!
Rekapitulieren wir: Callendar konnte 1938 zeigen, dass sich unsere Erde aufheizt und war überzeugt, CO2 sei der Übeltäter (zum Nachlesen: Der Callendar-Effekt). Bloß: Bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts wusste niemand so genau, wie viel CO2 tatsächlich in der Atmosphäre steckt, geschweige denn, dass sich dieses anreichert – blöd, denn genau damit steht und fällt die gesamte Klimawandel-Theorie! Man kann sich also vorstellen, was los war, als einem jungen Amerikaner endlich gelingen sollte, was bis dahin als unmöglich erachtet wurde: die CO2-Messung.

Ideen muss man haben
Nicht, dass diese noch nie probiert worden wäre. Ganz im Gegenteil, erste Versuche, den CO2-Gehalt der Atmosphäre zu bestimmen, gab es schon Ende des 18. Jahrhunderts. Bloß kamen alle zu einem anderen Ergebnis – jeder noch so kleine Schweinestall, jedes Feld, jede Fabrik aber auch jede Änderung der Windrichtung, der Wetterlage und Jahreszeit hat schließlich einen Einfluss. Wie also etwas messen, das derartigen Schwankungen unterworfen ist? Der junge Postdoktorand Charles David Keeling hatte in den 50ern die zündende (und jetzt im Nachhinein eigentlich die einzig logische) Idee: Man müsse die CO2-Messung fernab jeglicher zivilisatorischer Einflüsse durchführen, um einen brauchbaren Messwert zu erhalten. Doch sowas wäre teuer. Sehr teuer.

Historische CO2-Messungen

Eine Auflistung der seit dem 19. Jahrhundert durchgeführten CO2-Messungen. Die Messergebnisse weichen stark von einander ab. Eingekreist jene, die Callendar für seine Analysen herangezogen hatte (siehe Der Callendar-Effekt). Originalabbildung aus Fonselius, S., et a1.

Woher nehmen, wenn nicht haben?
Keeling brauchte also Geld – wie praktisch, dass im Sommer 1957 das Internationale Geophysikalische Jahr ausgerufen wurde, das der weltweiten Forschung in den Bereichen der Geophysik, Meteorologie, Glaziologie und Ozeanographie dienen sollte. Das Thema Klimawandel stand zwar auf der Agenda nicht sonderlich weit oben, doch waren die Leute damals freilich nicht blöd und wussten, dass mit der Verbrennung von Kohle & Co ungeheure Mengen an CO2 freigesetzt werden. Herauszufinden, wohin dieses Mehr an CO2 wandert, war demnach nicht die schlechteste aller Ideen, das Messprojekt wurde genehmigt.

Franz-Joseph-Land

Lage des Franz-Joseph-Land, heute Teil Russlands. (Karte: Uwe Dedering / CC BY-SA 3.0 Quelle: Wikipedia, adaptiert)

Österreichische Geschichte
Das Internationale Geophysikalische Jahr geht übrigens auf ein österreichisches Seeabenteuer im Jahre 1872 zurück: die österreichisch-ungarische Polarexpedition. Dieses (heute kaum noch bekannte) Ereignis war ein wichtiger Beitrag zur damaligen Polarforschung – Ende des 19. Jahrhunderts suchte halb Europa einen kürzeren Seeweg nach Asien, der sogenannten Nordostpassage. Das Habsburgerreich entsandte Julius Payer und Carl Weyprecht, die auf ihrer Reise den nördlichsten Punkt des Großkontinents Eurasien entdeckten – eine Inselgruppe, die bis heute als Franz-Joseph-Land bekannt ist. In Wien zeugen die Nordpolstraße (2. Bezirk), die Weyprechtgasse (16. Bezirk) und Julius Payer-Straße (22. Bezirk) von diesem Ereignis, in Graz die Payer-Weyprecht-Straße.

Franz-Joseph-Land

Das Franz-Joseph-Land, aufgenommen im Juli 2015 (Foto: Christopher Michel / CC-BY 2.0, Quelle: flickr)

Amerikanisches Trauma
Dieses österreichisch-ungarische Prestigeprojekt war schlussendlich der Anstoß für die Internationalen Polarjahre (1882/83 und 1932/33), die der Erforschung der Arktis dienen sollten (Österreich war gar mit einer eigenen Forschungsstation nahe Grönland vertreten!), welche wiederum zu jenem Internationalen Geophysikalischen Jahr 1957/58  führten, das nun nicht mehr allein die Arktis im Fokus hatte, sondern gleich die ganze Welt und den angrenzenden Weltraum. Im Zuge dessen und geprägt vom Kalten Krieg, kündigten die USA an, einen Satelliten ins All schicken zu wollen – und schauten recht blöd aus der Wäsche, als die Sowjetunion ihnen zuvor kam: Bereits am 4. Oktober 1957 (und damit nur 3 Monate nach Beginn des IGJ) startete Sputnik 1 – für die westliche Welt ein Schock, der das Zeitalter der Raumfahrt einläutete und zur Gründung der NASA führte.

Klar, ein Vulkan!
Etwas länger als die Russen, brauchten nicht nur die Amis mit ihren Vanguard-Satelliten (Dezember 1957, muss man die kennen?), sondern auch Keeling mit seiner CO2-Messung: Ende März 1958 ging die erste2 stationäre, bis heute in Betrieb befindliche, Messstation in Betrieb – auf einem der größten aktiven Vulkane der Erde: Mauna Loa auf Hawaii. Im ersten Moment erscheint dieser Standort unlogisch, wenn schon ein Schweinestall Auswirkungen auf die Messung hat, na dann wohl ein großer Vulkan erst recht, oder?

Mauna Loa-Observatorium

Das Mauna Loa-Observatorium auf Hawaii. Im Hintergrund der Schwester-Vulkan Mauna Kea (Foto: WMO CC BY-NC-ND 2.0, Quelle: flickr)

Ja und nein – die Messstation steht auf 3400 Meter Seehöhe, die CO2-Hauptquelle des Vulkans liegt allerdings auf über 4000 Meter, den Dreck bläst’s also häufig über die Station hinweg. Nur unter bestimmten meteorologischen Bedingungen – die bekannt sind3 -, ist die Station voll den Vulkanausdünstungen ausgesetzt, was allerdings leicht als Fehlwert erkannt und korrigiert werden kann.

Freund oder Feind?
Am 29. März 1958 wurde so der erste offizielle CO2-Messwert registriert: 313 ppm4 – unter 1 Million Luftteilchen waren also 313 CO2-Moleküle, entspricht gerade mal einem Anteil von 0,03%. Klingt nicht nach sonderlich viel, ist aber der Grund, warum wir alle auf dem Planeten Erde leben, denn ohne diese paar Promille, wäre unsere Erde ein Schneeball. CO2 ist nämlich gar nicht per se unser Feind, nur wie sooft gilt: Die Menge macht’s!

Keelings erste CO2-Messwerte

Die ersten Messwerte des Mauna Loa-Observatoriums, im Vergleich zu den parallel (während des IGJ) stattgefundenen Flugzeugmessungen. Originalabbildung aus einer Publikation6 von Keeling, 1960.

 

Keeling-Kurve, 1958-59

Die ersten Messungen des Mauna Loa-Observatoriums. Die Fehlwerte im Juni und Oktober 1958 sind bedingt durch Stromausfälle. (Quelle: ESRL/NOAA)

Aller Anfang ist schwer …
Nach den ersten Messungen stand Keeling allerdings vor einem Rätsel, welches ihn an den Rand der Verzweiflung gebracht hat5: Im April und Mai stiegen nämlich die CO2-Werte kontinuierlich an, nur um im Sommer ohne erkennbaren Grund wieder zu sinken. Messinstrumente defekt? Lässt sich ein atmosphärischer CO2-Gehalt doch nicht ermitteln? Gott sei Dank hat Keeling nicht gleich das Handtuch geworfen – denn als sich dieses Muster in den darauf folgenden Jahren wiederholte, war die Sache klar: in dem Auf und Ab steckt Systematik. Der Grund: Die Erde „atmet“!

Keeling-Kurve, 1959-68

Die jahreszeitlich wechselnde Vegetationsperiode ist der Grund, warum der CO2-Gehalt nicht konstant sein kann. Die Kurve zeigt somit anschaulich, wie die Erde „atmet“. (Quelle: ESRL/NOAA)

Natürlicher Kreislauf
Pflanzen brauchen für ihre Photosynthese bekanntlich CO2, als „Abfallprodukt“ entsteht O2, also der für uns lebenswichtige Sauerstoff. Funktioniert im Herbst und Winter weniger gut, im Frühling und Sommer dafür umso besser: Wenn im Frühjahr die Natur aus ihrem Winterschlaf erwacht, hat das zwangsläufig Auswirkungen auf den CO2-Gehalt, er sinkt. Ausschlaggebend hierfür übrigens nicht die paar mitteleuropäischen Bäume (so wichtig jeder einzelne Baum auch ist!), sondern die ausgedehnten Wälder Sibiriens und Kanadas – diese erwachen ein wenig später als ihre mitteleuropäischen/US-amerikanischen Kollegen, womit erklärt ist, warum nicht schon ab März (also wenn bei uns die Bäume wieder grünen) das CO2 zurückgeht7.

Charles David Keeling

Bild: Charles David Keeling (Quelle: Wikipedia)

Der Beweis ist erbracht!
Nachdem das Auf-Ab-Rätsel nun geklärt war, konnte Keeling bereits nach wenigen Jahren zeigen: Das atmosphärische CO2 ist tatsächlich am Steigen! Damit löste er ein wissenschaftliches Erdbeben aus; die Klimawandel-Theorie, jahrzehntelang belächelt, war fortan nicht mehr ein Hirngespinst einiger weniger, sondern gewann mehr und mehr Anhänger: 95% aller Publikationen zum Thema erschienen erst nach 1951; die Veröffentlichungen nahmen zwischen 1951 und 1995 fast exponentiell zu (mit einer Verdoppelung alle 11 Jahre)8! Keelings Ergebnisse (fortan unter dem Namen Keeling-Kurve bekannt) waren also (neben Sputnik) nicht nur DIE Errungenschaft des Internationalen Geophyskalischen Jahres, die Kurve veränderte schlicht die Welt:

Keelings Kohlendioxid-Messungen und dessen Anreicherung in der Atmosphäre setzten die Voraussetzungen für die heutige tiefe Besorgnis über den Klimawandel. Sie sind der wichtigste Umwelt-Datensatz des 20. Jahrhunderts. David Keeling war der lebende Beweis, dass ein Wissenschaftler die Welt verändern kann.9

Von Hawaii nach Österreich
Mittlerweile gibt es hunderte von weiteren Messstationen in 66 Ländern der Welt, Österreich ist beispielsweise mit dem Sonnblick-Observatorium (Salzburg) vertreten, mit 3106 Metern Höhe einst die höchste Wetterstation Europas. Sie alle kommen zum selben Ergebnis: Der CO2-Gehalt steigt. Am Mauna Loa-Observatorium wurde erstmals am 09. Mai 2013 der symbolische Schwellwert von 400 ppm geknackt (zur Erinnerung: die erste Messung4 ergab 313 ppm), 2014 lag ein ganzer Monat (April) über dieser Schwelle und im März 2015 wurden diese 400 ppm schließlich auch im globalen Schnitt geknackt. Damit ist die globale CO2-Konzentration heute auf dem höchsten Stand seit mindestens 800.000 Jahren10 – Tendenz: steigend!

Vergleich Keeling-Kurve / Sonnblick

Vergleich der CO2-Messungen des Mauna Loa-Observatoriums (rot) mit denen des Sonnblick-Observatoriums (grün). Der Trend ist eindeutig! (Quelle: ZAMG)

Zusammenfassung
Wir haben nun die 3 wichtigsten Vertreter in der Forschungsgeschichte des Klimawandels kennengelernt: Arrhenius, der die Theorie Ende des 19. Jahrhunderts aufgestellt hat (siehe Nobelpreisträger auf Irrwegen), Callendar, der als erster Mensch zeigen konnte, dass sich unser Planet aufheizt (siehe Der Callendar-Effekt) und nun Keeling, der den so wichtigen Beweis des CO2-Anstiegs lieferte. Kehren wir nun zurück nach Kärnten und sehen uns an, was nach der Villach-Tagung im Jahre 1985 (siehe Der erste Meilenstein) alles passiert ist. Die ersten Ziele nämlich, waren höchst ambitioniert – bloß blieb davon bis Kyoto nicht viel übrig … mehr dazu in Der Weg nach Kyoto.


Fußnoten:
Carbon Dioxide Variations in the Atmosphere; Fonselius, S., Wärme, K.-E., et al. 1956 (online verfügbar)
Einen Monat zuvor, startete bereits am Südpol eine Messung, welche jedoch nach Ablauf des IGJ wieder eingestellt wurde.

Wer mehr über die meteorologischen Hintergründe und der Standortwahl wissen will: Quiescent Outgassing of Mauna Loa Volcano 1958-1994, Steven Ryan, Mauna Loa Observatory, 1995 (online verfügbar)
Dieser Wert wurde später (auf Grund eines systematischen Fehlers) von Keeling geringfügig nach oben korrigiert: 315,71 ppm.
Keeling selbst schreibt in The Influence of Manue Loa Observatory on the Development of Atmospheric CO2 Research (C. D. Keeling, University of California at San Diego, 1978; online verfügbar):

Stromausfälle legten die Ausrüstung für mehrer Wochen lahm. Als wir die Messung im Juli wieder aufnahmen, ist die Konzentration unter den März-Wert gefallen! Ich war besorgt, ob die Konzentrationen nicht doch hoffnungslos sprunghaft seien, speziell als diese im August neuerlich fielen.

The concentration and isotopic abundances of carbon dioxide in the atmosphere, C. D. Keeling, Scripps Institution of Oceanography, La Jolla, 1960 (online verfügbar)
Alle Angaben gelten freilich für die Nord-Hemisphäre. Da der Landanteil (und damit die Vegetation) auf der Nordhalbkugel größer als auf der Südhalbkugel ist, ist die CO2-Konzentration auf der Süd-Hemisphäre weit ausgeglichener!
4. Sachstandsbericht des IPCC (AR4), Working Group I: The Physical Basis of Climate Change, Kapitel 1, 2007
9 Zitat von Charles F. Kennel, Direktor des Scripps Institution of Oceanography, Quelle: Link
10 5. Sachstandsbericht des IPCC (AR5), Working Group I: The Physical Science Basis; 2013


Dieser Artikel ist Teil des Schwerpunkt-Themas Auf nach Paris!
Eine Auflistung aller Artikel findest du hier.

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