Vorhersage zukünftiger CO2-Niveaus

Natürlich lautet ein alternativer Standpunkt, dass während der letzten 30 Jahre während eines um 14% gestiegenen CO2-Niveaus die Erde signifikant grüner geworden ist, d. h. unser Planet ist jetzt von mehr Vegetation überzogen als vor 30 Jahren. Ernteerträge haben sich deutlich verbessert, wofür der steigende CO2-Gehalt zumindest teilweise ursächlich ist. Anstatt den Untergang zu prophezeien sollten wir vielleicht davon ausgehen, dass die Welt ein immer besserer Ort zum Leben wird.

Einen Aspekt, der kaum einmal von den Befürwortern einer Kontrolle des CO2-Gehaltes angeführt wird ist, welche Auswirkungen Maßnahmen wie der Übergang zu erneuerbarer Energie wahrscheinlich haben wird. Wird dies überhaupt irgendwelche Auswirkungen auf das CO2-Niveau haben? Gibt es irgendetwas, das wir tun können, um den weiteren Anstieg des CO2 aufzuhalten, falls dies etwas ist, was wir überhaupt tun wollen? Welche CO2-Niveaus sind wahrscheinlich in Zukunft zu erwarten? Dieser Beitrag versucht, einige dieser Fragen zu beantworten.

CO2 und Bevölkerung

Abbildung 1 zeigt das atmosphärische CO2-Niveau als Funktion der Weltbevölkerung im Zeitraum von 1960 bis 2015. Die Angaben zum CO2-Niveau stammen von der NOAA, die Angaben zur Bevölkerung stammen aus Veröffentlichungen der UN Population Division. Man beachte, dass obwohl jeder Datenpunkt ein individuelles Jahr in fortlaufender Folge repräsentiert, die Zeit nicht explizit in dieser Graphik auftaucht, zeigt diese doch lediglich, wie der CO2-Gehalt mit der Gesamt-Weltbevölkerung korreliert ist.

Man erkennt in Abbildung 1, dass CO2 und Bevölkerung im Gleichschritt voranschreiten. (Diese Korrelation wurde zum ersten Mal von Newell and Marcus im Jahre 1987 beschrieben). Es gibt keine Anzeichen irgendeines signifikanten Rückgangs der Rate der CO2-Zunahme vom Beginn bis zum Ende der Kurve. Daraus können wir folgern, dass keine der bisher von den industrialisierten Ländern ergriffene Maßnahme zur Reduktion des CO2-Ausstoßes irgendwelche erkennbaren Auswirkung hat, zumindest nicht bis zum Jahr 2015

Ob nun Bevölkerung CO2 verursacht oder CO2 Bevölkerung steht auf einem anderen Blatt, aber falls wir davon ausgehen, dass sich dieser Gleichschritt in absehbarer Zukunft fortsetzen wird, dann wird mit steigender Bevölkerungszahl auch der CO2-Gehalt steigen. Da die Bevölkerungszunahme ziemlich sicher zu erwarten ist, zumindest kurzfristig, wird das CO2-Niveau vermutlich ebenfalls zunehmen.

Da CO2 und Bevölkerungszahl in Relation zu stehen scheinen, lautet die sich jetzt erhebende Frage, ob die Bevölkerungszahl das CO2-Niveau treibt oder das CO2-Niveau die Bevölkerung.

1. Es gibt keine Verbindung zwischen beidem, Bevölkerung und CO2 sind vollkommen unabhängig voneinander und der offensichtliche Gleichschritt ist lediglich ein Zufall. Möglich, aber unwahrscheinlich. Während es sicher richtig ist, dass Korrelation nicht notwendigerweise Kausalität bedeutet, stimmt aber auch, dass je besser eine Korrelation ist, umso mehr irgendeine Art Kausalität im Spiel ist. Wie unten gezeigt, ist die Korrelation in diesem Fall so gut, dass man die Möglichkeit, es gebe keine kausale Verbindung, getrost ignorieren kann.

2. Bevölkerung treibt CO2. Dies ist die ,offensichtliche‘ Erklärung, welche die meisten Menschen anführen würden. Je mehr Menschen es auf unserem Planeten gibt, umso mehr CO2 erzeugende Aktivitäten wird es geben wie etwa Stromerzeugung, industrielle Aktivitäten, Verkehrswesen, Heizung und so weiter.

3. CO2 treibt Bevölkerung. Zu einem großen Teil dürfte der Bevölkerungszuwachs in absehbarer Zukunft auf die Entwicklung in Afrika südlich der Sahara zurückzuführen sein. Die Bevölkerungszunahme in diesen Gebieten ist zu einem großen Teil abhängig von der Versorgung mit Nahrungsmitteln, und wie wir wissen, macht mehr CO2 in der Luft die Welt zu einem grüneren Ort mit höheren Ernteerträgen. Je höher das Nahrungsangebot, umso mehr Kinder werden das Erwachsenenalter erreichen.

4. Die Verbindung zwischen CO2 und Bevölkerung ergibt sich aus einer Wechselwirkung der Punkte 2 und 3. Je mehr Menschen es gibt, umso mehr CO2 erzeugen sie, und je mehr CO2 es gibt, umso mehr Nahrungsmittel können erzeugt werden, was wiederum dazu führt, dass mehr Kinder erwachsen werden.

5. Sowohl CO2 als auch Bevölkerung werden getrieben von einer dritten, jedoch bislang unbekannten Kraft. Während dies nicht einfach so vom Tisch gewischt werden kann, muss man es doch als eine rein theoretische Möglichkeit ansehen, solange diese unbekannte Kraft nicht erkannt wird.

Nach meiner persönlichen Einschätzung, die ich durch nichts belegen kann, ist Möglichkeit 4 am wahrscheinlichsten. Höhere Bevölkerung erzeugt mehr CO2, und mehr CO2 führt zu höherer Bevölkerung.

Aber wie wird das in Zukunft sein? Können wir guten Gewissens prophezeien, wie der CO2-Gehalt in zehn, zwanzig oder dreißig Jahren aussieht?

Wir können das tun mittels der Einführung einer Trendlinie in Abbildung 1, welche einfach eine zu den Daten passende mathematische Funktion ist. Die Trendlinie kann dann fortgeführt werden, um Vorhersagen bzgl. des zukünftigen CO2-Niveaus zu erstellen auf der Grundlage der zukünftigen Bevölkerungszahl unter der Annahme, dass die Relation zwischen CO2 und Bevölkerung konstant bleibt.

Auswahl der Trendlinie

Man kann leicht zeigen, dass eine Polynom-Funktion am besten zu den Daten passt. Die verbleibende Frage lautet, welche Größenordnung des Polynoms man anwendet (ax³+ bx² + cx + d beispielsweise ist ein Polynom dritter Ordnung). Abbildung 2 zeigt die Daten zu Bevölkerung/CO2 von Abbildung 1 (mit erweiterten Achsen) sowie Trendlinien von Polynomen 2. bis 6. Größenordnung. Alle fünf Trendlinien haben einen R²-Wert nicht unter 0,999, d. h. die Trendlinie korreliert mit den Daten bis auf eine Genauigkeit von mindestens 99,9%.

Vorhersagen der Bevölkerung

Das United Nations Department of Economic and Social Affairs, Population Division, veröffentlicht eine Serie von Vorhersagen der Weltbevölkerung bis zum Jahr 2100. Drei verschiedene Schätzungen werden angeboten – hoch, mittel und niedrig – wie in Abbildung 3 gezeigt. (Die Quelle der Daten ist hier, dann kann man dort das Tabellenblatt mit der Bezeichnung Total Population – Both Sexes herunterladen.

CO2-Vorhersagen

Das zukünftige CO2-Niveau kann mittels der Trendlinie CO2/Bevölkerung aus Abbildung 2 zusammen mit den Vorhersagen bzgl. Bevölkerung aus Abbildung 3 vorhergesagt werden.

Die Trendlinien 5. und 6. Größenordnung in Abbildung 2 wurden zurückgewiesen, weil es keinen nachvollziehbaren physikalischen Mechanismus gibt, wodurch der CO2-Gehalt bei einer Bevölkerung von 8 oder 9 Milliarden steil abfällt.

Der vorhergesagte zukünftige CO2-Gehalt der verbleibenden drei Trendlinien 2., 3. und 4. Größenordnung werden jeweils in den Abbildung 4, 5 und 6* gezeigt. Jede Abbildung zeigt drei separate CO2-Vorhersagen auf der Grundlage der Bevölkerungs-Schätzung hoch-mittel-niedrig in Abbildung 3. Während die UN-Vorhersagen bzgl. Bevölkerung bis zum Jahr 2100 ausgeweitet sind, wird davon ausgegangen, dass es unwahrscheinlich ist, dass CO2-Trendlinien so weit in die Zukunft ein zuverlässiger Anhaltspunkt sind. Darum laufen die CO2-Vorhersagen willkürlich nur bis zum Jahr 2050.

[*Im Original sind nur zwei Abbildungen. Möglicherweise liegt hier ein Versehen des Autors vor. Anm. d. Übers.]

Die Ergebnisse dieser Vorhersagen des CO2-Niveaus im Jahre 2050 zeigt die folgende Tabelle:

Die gezeigten Ergebnisse weisen eine große Spanne auf, von 439 bis 659 ppm. Allerdings kann diese Spannbreite eingeengt werden. Die Polynom-Trendlinie 4. Ordnung in Abbildung 2 wird als irgendwie verdächtig angesehen, weil anders als in den Trends 2. und 3. Größenordnung die Rate der CO2-Zunahme jenseits der historischen Daten signifikant größer ist als die der historischen Daten selbst. Zwar ist dies nicht unmöglich, doch würde dadurch eine Änderung der CO2/Bevölkerung-Relation eingeführt, für welche es derzeit keinerlei Rechtfertigung gibt. Als Konsequenz wird die Trendlinie 4. Ordnung provisorisch ignoriert. Falls man danach annimmt, dass die UN-Schätzung ,mittel‘ bzgl. der Bevölkerungszahl am wahrscheinlichsten ist, verengt sich die Spanne des CO2-Gehaltes im Jahre 2050 auf 471 bis 487 ppm innerhalb einer Gesamt-Wahrscheinlichkeits-Spannbreite von 439 bis 540 ppm.

Diese Ergebnisse sind abhängig von zwei fundamentalen Hypothesen:

1. Es gibt eine kausale Relation zwischen CO2 und Weltbevölkerung, welche durch eine der oben besprochenen Trendlinien repräsentiert wird, und diese Relation wird bis mindestens zur Mitte dieses Jahrhunderts fortsetzen.

2. Bemühungen zur CO2-Reduktion werden bis dahin kaum irgendwelche oder gar keine Auswirkungen haben, vermutlich auch noch darüber hinaus nicht.

Die zweite Hypothese ist einer weiteren Überlegung wert. Natürlich wurden in der westlichen Welt signifikante Bemühungen unternommen, um CO2-Emissionen zu reduzieren, doch lässt sich darüber streiten, wie effektiv diese Bemühungen sind oder sein werden. Ein großer Teil der offensichtlichen Reduktion in Europa beispielsweise resultierte aus der Schließung kohlenintensiver Operationen wie Stahl kochen, aber dies hat lediglich dazu geführt, diese Operationen in andere Teile der Welt zu verlagern wie etwa nach China und Indien. Damit hat sich die Kapazität zur Stahlerzeugung in der Welt nicht geändert. Und außerdem: Während die Einführung erneuerbarer Energie in der westlichen Welt Kohlenstoff-Emissionen bis zu einem bestimmten Ausmaß reduziert hat [?], (jedoch in weit geringerem Ausmaß als allgemein erwartet), ist der Verbrauch fossiler Treibstoffe in anderen Teilen der Welt keineswegs rückläufig, sondern nimmt sogar zu.

Zusammenfassung

Die Weltbevölkerung wächst. Während das tatsächliche Ausmaß des Bevölkerungswachstums während der nächsten Jahrzehnte Gegenstand von Diskussionen ist, ist es die Tatsache, dass es ein solches Wachstum geben wird, nicht. Unter der Annahme, dass die Relation CO2/Bevölkerung nach wie vor gilt, dann können wir auf der Grundlage von Schätzungen der UN bzgl. Bevölkerung ein CO2-Gehalt vorhersagen, der bis Mitte dieses Jahrhunderts zwischen 471 und 487 ppm liegen wird, innerhalb einer gesamtmöglichen Bandbreite von 439 bis 540 ppm, unabhängig von allem, was wir wissen. Ob die menschliche Rasse dann in einer Sintflut von Klimawandel-Katastrophen untergeht oder die Welt in ein goldenes Zeitalter unübertroffener Ernteerträge, bleibt abzuwarten.

[Die Meinung des Übersetzers: natürlich Letzteres, wie die Erfahrungen im Mittelalterlichen Klimaoptimum gezeigt haben!]

Link: https://wattsupwiththat.com/2017/10/05/predicting-future-CO2-levels/
Übersetzt von Chris Frey EIKE