Introduction
Ich habe immer angenommen, dass wir uns auf dem Weg zu einer Verdoppelung der atmosphärischen CO2-Konzentration („2 X CO2“) befinden, wenn nicht sogar zu 3 X CO2 oder 4 X CO2. Schließlich steigen die CO2-Emissionen der Menschheit immer weiter, und selbst wenn diese Zunahme beendet ist, würde dann der atmosphärische CO2-Gehalt nicht noch weiter steigen?
Es stellt sich heraus, dass die Antwort „nein“ lautet.
Die Rate, mit welcher die Natur CO2 aus der Atmosphäre entfernt und was diese Rate steuert, das ist der ganze Unterschied.
Selbst wenn wir genau wüssten, welche zukünftigen CO2-Emissionen die Menschheit freisetzt, wird selten darüber diskutiert oder hinterfragt, wie viel davon Mutter Natur aus der Atmosphäre entfernt. Dies ist die Domäne von Modellen des globalen Kohlenstoff-Kreislaufes, von denen wir kaum einmal etwas hören. Wir hören von der Unwahrscheinlichkeit des RCP8.5-Szenarios (welches sich entwickelt hat von „Business as Usual“ über Worst Case zu unmöglich), wenig dagegen über die Art und Weise, wie jene CO2-Konzentrationen aus den CO2-Emissionsdaten abgeleitet werden können.
Also wollte ich mich dieser Frage annehmen. Welches ist das Best Estimate atmosphärischer CO2-Konzentrationen bis zum Ende dieses Jahrhunderts auf der Grundlage der jüngsten Schätzungen zukünftiger CO2-Emissionen unter Berücksichtigung der Größe des Anteils, welchen die Natur aus der Atmosphäre entfernt?
Da wir immer mehr CO2 freisetzen, steigt auch die Menge des CO2-Entzugs aus der Atmosphäre durch verschiedene biologische und geophysikalische Prozesse. Die Historie der Best Estimates der jährlichen anthropogenen CO2-Emissionen in Kombination mit dem beobachteten CO2-Anstieg am Mauna Loa sagt uns viel darüber, wie schnell die Natur sich an einen gestiegenen CO2-Gehalt anpasst.
Wie wir sehen werden, ist es sehr wahrscheinlich, dass selbst wenn wir weiterhin in großem Umfang CO2 emittieren sich das CO2-Niveau in der Atmosphäre stabilisieren kann.
Die Projektion der EIA einer Zunahme der Energie-basierten CO2-Emissionen um 0,6% pro Jahr nehme ich als Grundlage der Projektion des zukünftigen atmosphärischen CO2-Gehaltes. Ich werde zeigen, wie sich dieses Emissions-Szenario mittels eines einfachen atmosphärischen CO2-Budget-Modells, kalibriert mit den Mauna Loa-Daten auf den Gehalt in der Atmosphäre übertragen lässt. Und wir werden sehen dass die verbleibende Menge von CO2 in der Atmosphäre überraschend gering ist.
Eine Bewertung des CO2-Budget-Modells
Ich habe kürzlich ein einfaches, zeitabhängiges CO2-Budget-Modell der globalen CO2-Konzentration vorgestellt, in welches 1) jährliche anthropogene CO2-Emissionen und 2) die zentrale Annahme (gestützt durch die Mauna Loa-Daten) eingehen, dass die Natur selbst CO2 aus der Atmosphäre entfernt mit einer Rate im direkten Verhältnis dazu, wie hoch der atmosphärische CO2-Gehalt über einem bestimmten natürlichen Niveau liegt, an das sich das System anzupassen versucht.
Wie in meinem früheren Beitrag beschrieben, führte ich auch einen empirischen El Nino/La Nina-Term ein, da El Nino assoziiert ist mit einer höheren CO2-Konzentration und umgekehrt bei La Nina. Dies berücksichtigt die geringen Fluktuationen von Jahr zu Jahr aufgrund der ENSO-Aktivität, hat aber keinen Einfluss auf das langzeitliche Verhalten des Modells.
Das Modell wird initialisiert im Jahre 1750 aufgrund der Schätzungen von Boden et al. (2017) der jährlichen anthropogenenCO2-Emissionen und passt exzellent zu den Mauna Loa-Daten unter der Annahme eines Hintergrund-CO2-Niveaus von 295 ppm und einer natürlichen Rate der Entfernung von 2,33% pro Jahr des atmosphärischen Überschusses jenseits dieser Grundlinie.
Hier folgt das resultierende Fit des Modells zu den Mauna Loa-Daten mit allgemein ausgezeichneten Ergebnissen. (Man glaubt, dass die Reduktion des atmosphärischen CO2-Gehaltes nach dem Pinatubo-Ausbruch einer gesteigerten Photosynthese geschuldet ist infolge einer zunehmenden Diffusion des in Wälder einfallenden Sonnenlichtes wegen der vulkanischen Aerosole):
Abbildung 1: Kalibriertes CO2-Budget-Modell im Vergleich zu den CO2-Messungen am Mauna Loa. Das Modell läuft mit den Schätzungen von Boden et al. (2017) der jährlichen anthropogenen CO2-Emissionen und entfernt den Überschuss des CO2-Gehaltes über einem Grundwert.
Das Modell berücksichtigt sogar den allmählich zunehmenden Trend der offensichtlich jährlichen fraktionalen Entfernung von CO2.
Abbildung 2: Jährlicher Anteil anthropogener Emissionen, der von der Natur offensichtlich aus der Atmosphäre entfernt wird. Rot: Mauna Loa-Messungen, blau: Modellergebnisse.
Modellprojektionen des zukünftigen atmosphärischen CO2-Gehaltes
Ich ließ das Modell mit den folgenden Beiden Annahmen zukünftiger Szenarien laufen:
1) Die EIA-Projektion einer Zunahme der Emissionen um 0,6% pro Jahr bis zum Jahr 2050 und
2) konstante Emissionen nach dem Jahr 2050.
Die resultierende CO2-Konzentration zeigt Abbildung 3 zusammen mit den CO2-Konzentrations-Szenarien RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 und RCP8.5, welche in die CMIP5-Klimamodelle eingehen:
Abbildung 3: CO2-Modellprojektion des atmosphärischen CO2-Gehaltes aufgrund der EIA-Schätzungen der Zunahme von CO2-Emissionen bis zum Jahr 2050, gefolgt von konstanten Emissionen danach.
Interessanterweise kommt das Modell mit diesen ziemlich sinnvollen Annahmen von CO2-Emissionen nicht einmal in die Nähe einer CO2-Verdoppelung in der Luft. Es simuliert eine Gleichgewichts-CO2-Konzentration von 541 ppm im Jahre 2240.
Diskussion
Meiner Erfahrung nach wird der Haupt-Kritikpunkt dieses Modells sein, dass es „zu einfach“ und daher möglicherweise unrichtig ist. Aber ich möchte die Leserschaft auffordern, selbst darüber zu befinden, wie gut das einfache Modell 60 Jahre von CO2-Messungen abbildet (Abbildungen 1 & 2).
Auch möchte ich die falschen Prophezeiungen von vor vielen Jahren in Erinnerung rufen seitens der Modellierer des globalen Kohlenstoff-Kreislaufes, wonach das System Erde mit so viel CO2 in der Luft nicht fertig werden kann und dass der Anteil, der mit der Zeit wieder entfernt wird, abzunehmen beginnt. Wie Abbildung 2 oben zeigt, war das nicht der Fall. Vielleicht, wenn es um Photosynthese geht, erzeugt mehr Leben immer noch mehr Leben, was zu einer allmählich zunehmenden Fähigkeit der Biosphäre führt, überschüssiges CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen.
Angesichts der großen Unsicherheiten, wie der globale Kohlenstoff-Kreislauf auf mehr CO2 in der Atmosphäre reagiert, ist es absolut sinnvoll zu hypothetisieren, dass die Rate, mit welcher Ozean und Festland CO2 aus der Atmosphäre entfernen, einfach proportional zur atmosphärischen Konzentration über einer bestimmten Grundlinie ist. Diese einfache Hypothese impliziert nicht notwendigerweise, dass die Prozesse der Kontrolle von CO2-Quellen und -Senken ebenfalls einfach sind, sondern nur, dass die globale Gesamtrate der Entfernung atmosphärischen CO2 in sehr einfacher Form parametrisiert werden kann.
Die Mauna Loa-Daten stützen diese Hypothese eindeutig (Abbildungen 1 & 2). Und das Ergebnis ist, dass auf der Grundlage der jüngsten zukünftigen CO2-Projektionen die zukünftigen Konzentrationen nicht nur deutlich unter dem RCP8.5-Szenario liegen, sondern auch noch unter dem RCP4.5-Szenario, wobei die atmosphärische CO2-Konzentration nicht einmal eine Verdoppelung (560 ppm) des vorindustriellen Niveaus (280 ppm) erreichen wird. Dieses Ergebnis zeigt sich sogar ohne zukünftige Reduktionen von CO2-Emssionen, was möglich ist, wenn neue Technologien verfügbar werden.
Ich denke, dass dies einer Diskussion genauso würdig ist wie die Unmöglichkeit des RCP8.5-Szenarios. Und es erhebt sich die Frage, wie gut die Kohlenstoff-Kreislauf-Modelle wirklich sind.
Link: https://wattsupwiththat.com/2020/02/02/will-humanity-ever-reach-2xco2-possibly-not/
Übersetzt von Chris Frey EIKE
Es ist physikalisch durchaus plausibel, dass die CO2-Entnahme aus der Atmosphäre proportional zur CO2-Konzentration in ihr verläuft. Wenn das aber so ist, dann muss sich bei konstanter Freisetzung irgendwann einmal ein Gleichgewicht einstellen, bei dem der Atmosphäre gleich viel CO2 entnommen wie ihr zugeführt wird! Das fordert einfach die Logik. Spencer kommt für (hohe) Freisetzungen zu einem Gleichgewichtswert deutlich unter einer Verdoppelung der CO2-Konzentration! Die Basis dafür ist ein CO2-Austrag aus der Atmosphäre in Höhe von jährlich 2,33 % des Überschusses gegenüber dem Ausgangswert von 295 ppm. Dieser Wert ergibt sich aus dem gemessenen Anstieg der CO2-Konzentration und aus der Höhe der anthropogenen Freisetzungen. Dietze errechnet aus den 2,33 % eine Zeitkonstante von 42,9 Jahren. Beide gehen dabei von der Annahme aus, dass die CO2-Zunahme in der Atmosphäre ausschließlich aus den anthropogenen Freisetzungen stammt. Dann erhält man eben diese Werte.
Aber diese Annahme ist physikalisch problematisch, weil es dafür viel zu viel CO2 in der Atmosphäre gibt: Im natürlichen Gleichgewicht sind es etwa 300 ppm und alle Moleküle werden infolge der intensiven Umwälzung zwischen der Atmosphäre und den Ozeanen und der Biomasse innerhalb von etwa 4 Jahren ausgetauscht (jährlich ca. 90 ppm). Anthropogen werden 20 Mal weniger CO2-Moleküle eingebracht (ca. 4 ppm/a). Weil diese Moleküle sich nicht von den natürlich eingebrachten Molekülen unterscheiden, haben sie gar keine Möglichkeit, sich der angegebenen Umwälzung zu entziehen. Sie werden also auch innerhalb von etwa 4 Jahren wieder aus der Atmosphäre ausgetragen. Ihr Anteil in der Atmosphäre muss daher dem Verhältnis der Quellstärken entsprechen – und das beträgt eben ca. 20 : 1. Anders ausgedrückt: Die Gesamtmenge an CO2 in der Atmosphäre kann durch die anthropogenen Freisetzungen nur um etwa 5 % angestiegen sein!
Tatsächlich ist sie aber um rund 40 % angestiegen. Das ist nur auf zwei Arten möglich: Erstens dadurch, dass die anthropogen in die Atmosphäre eingebrachten CO2-Moleküle sich der raschen Umwälzung entziehen und viel länger in der Atmosphäre verbleiben, oder zweitens dadurch, dass eine weitere Quelle der Atmosphäre CO2 zugeführt hat. Möglichkeit 1 scheidet aus, weil alle CO2-Moleküle gleich sind und sich daher auch gleich verhalten müssen. Also bleibt nur noch Möglichkeit 2 übrig. Der Löwenanteil des CO2-Zuwachses in der Atmosphäre kommt dann nicht aus den anthropogenen Freisetzungen, sondern aus einer anderen Quelle! Der wichtigste Kandidat dafür ist die allgemeine Erwärmung mit der dadurch bedingten verringerten Löslichkeit von CO2 im Wasser. Es können aber auch die Verlagerung von Meeresströmungen, das Auftauen von Permafrostböden, vulkanische Ausgasungen und andere Effekte beigetragen haben.
Wie auch immer. Alle CO2-Moleküle sind gleich, alle werden innerhalb von ca. 4 Jahren wieder aus der Atmosphäre ausgetragen und wenn es bei kleiner anthropogener Freisetzung viel CO2 in der Atmosphäre gibt, dann muss der größte Teil davon aus einer anderen Quelle stammen! Eine andere Quelle ist physikalisch möglich, ein ungleiches Verhalten gleicher Moleküle ist es nicht.
Zu dem Senkenfluss (proportional zum Überschuss ppm-280 oder hier 295) wird gesagt dass er 2,33% pro Jahr beträgt. Das ist C/tau (tau ist die 1/e-Zeitkonstante) womit sich tau zu 1/0,0233=42,9 a ergibt – optimiert anhand von Mauna Loa-Daten. Der Senkenfluss (Ozeane und Biomasse) ist zwar derzeit bereits 58% unserer Emission – welche die Natur garnicht feststellen kann – was aber prinzipiell von IPCC angenommen wird und grottenfalsch ist. Der Senkenfluss würde bei einer Dekarbonisierung keinesfalls auf Null gehen, was ja dann eine bleibende erhöhte Konzentration bedeuten würde. Er beträgt etwa +1 GtC/a für jeden weiteren Anstieg um 20,2 ppm.
Die Dgl des Systems ist ja dC/dt = E – C/tau (mit C=anthropogener Inhalt der Atmosphäre in GtC und E=jährliche Emission). Das bedeutet eine Stabilisierung wenn dC/dt=0 wird und 2,123*delta_ppm=42,9*E ist. Daraus ergeben sich 20,2 ppm pro Gt Daueremission.
Der Anstieg um 130 ppm seit vorindustriell (280 ppm) bedeutet also heute einen Senkenfluss von etwa 6,4 Gt und bei den maximal erreichbaren ~500 ppm (bei Verbrennung der nutzbaren fossilen Reserven und einer Temperaturerhöhung von real nur 0,5 Grad im Gleichgewicht) wären es 10,9 Gt. Daraus folgt dass Klimaschutz durch CO2-Reduktion nichts weiter ist als ein gigantisch teurer Schildbürgerstreich.
Die Hauptfrage die sich mir stellt ist, geht der Autor davon aus, dass der prozentuale Grad der CO2-Absorption ab 2020 weiter ansteigt, wie es in der Grafik zu sehen ist?
Es ist bekannt, dass die Meere die größte CO2-Senke sind und mit steigender Temperatur ihre Aufnahmefähigkeit sinkt. Es ist also sehr unwahrscheinlich, dass die prozentuale Absorption der Natur die nächsten 200 Jahre weiter so ansteigen wird.
Man müsste die selbe Grafik noch einmal mit einem 10- oder 20-Jahre-Mittel betrachten um zu sehen, ob der Anstieg in den letzten Jahren eventuell abgeflacht ist.
Heisst das, das der Anstieg der CO2 Konzentration der Erwaermung der Ozeane zuzuschulden ist?
Das klingt so gar nicht nach Ihrer eigenen Logik. Bisher gingen sie doch immer davon aus das der Mensch 100% daran schuld ist.
Die Meere nehmen auch CO2 auf (über den steigenden Partialdruck) und senken damit den Gehalt in der Atmosphäre. Bei einem immer stärker werdenden Ausstoß an CO2 kommt es zur Erschöpfung der Senken (Regenwald, Biosphäre). Das Mauna Loa CO2 steigt seit 50 Jahren ständig, auch dann, wenn der Ausstoß an CO2 nicht zunimmt.
Können sie eine wissenschafltich Quelle angeben, bei der es heißt, das ein Anstieg des CO2 Gehaltes zu einer „Erschöpfung der Senken“ kommt?
Was ist das überhaupt?
Mauna Loa liegt in einem sich erwärmenden Meeresgebiet. Auch Herr Schrage erwartet dort einen Anstieg des CO2.
Man rechnet wegen der Behauptung einer Klimasensitivität des Kohlendioxid.
Je, nach politischem Ziel, enden die Berechnungen bei einem hohen oder niedrigen Gehalt des Gases in der Atmosphäre.
Wer die Klimakatastrophe heraufbeschwört benötigt natürlich, bei sinkender Sensitivität, einen höheren Anteil des CO₂. So wird dann kräftig hin und her gerechnet, je nach Bedarf. Für eine Klimasensitivität gibt es letztlich keinen Beweis. CO₂ ist notwendig und je mehr um so besser, gäbe es das Klima nicht. Die Technologie entwickelt sich weiter, was den anthropogenen Anteil, die Freisetzung durch den Menschen, immer weiter verringern wird, ganz ohne Politik.
Egal, was die Menschen machen (CO₂), dem Klima ist es egal.
Und was ist mit den ganzen Berechnungen und Simulationen?
Ganz einfach – ab in den Mülleimer.
Notwendig wäre, genau wie bei der Temperatur, ein ausreichendes Netz von Meßpunkten. (Schwacher Erinnerung nach gibt es weitere für CO2.) Unabhängig davon: Bei den sinnlos verballerten Phantastilliarden fehlen die bescheidenen Mittel, um die C – Modellierung mal grundlegend anzugehen; nix für Schulschwänzer.
Schön und gut, aber sind nicht alle CO2-Messungen der Mauna Loa Station auf Hawaii für die Tonne? Der Vulkan Mauna Loa gast doch ständig CO2 aus, oder nicht?
Eine Messtation an einem Vulkan zu errichten impliziert doch vorsätzlichen Betrug, speziell wenn die Daten der Welt als seriös von der Klimamafia um Thunzwerg und Co. hinsichtlich globaler Erwärmung verkauft werden.
Zweitens liegt Hawai eindeutig in einem Ozean der sich erwaermt und laut Herrn Schrage ist die Aufnahmefaehigkeit von CO2 durch sich erwaermendes Wasser ruecklaeufig. Insofern liegt Mauna Loa auch in einem Gebiet wo sich zwanglaeufig durch die Erwaermung der Ozeane CO2 ansammeln muss.
Tja, was war zuerst da!
Reduzierte Aufnahmefähigkeit bedeutet nicht, dass die Meere plötzlich anfangen CO2 wieder freizusetzen (netto). Nur, dass sie durch gleichzeitige CO2-Aufnahme und den Temperaturanstieg näher an die Sättigung herankommen und somit immer weniger aufnehmen können.
Ja, so wie sie es richtig gesagt haben, bei einer geringeren Aufnahme muss der CO2 Gehalt steigen.
Sie haben das richtig erkannt.
Ich denke, hier steht noch ein grundsätzliches Missverständnis im Raum:
Offenbar ist die Auffassung recht verbreitet, das von den Ozeanen absorbierte CO2 verbliebe einfach dort. Und in Abhängigkeit der CO2-Konzentration in der Atmosphäre würde sich einfach eine entsprechende Konzentration in den Ozeanen einstellen. Diese Vorstellung ist aber grundsätzlich falsch bzw. unzureichend, denn der Wirkungsmechanismus dieser „Senken“ ist wesentlich komplexer und vor allem viel leistungsfähiger, als durchweg angenommen. Tatsächlich sind die Ozeane nur ein „Zwischenspeicher“, in dem das CO2 letztendlich in Kalk umgewandelt und in die Erdkruste überführt wird. Sämtlicher Kalk in der Erdkruste ist auf diese Weise entstanden. Wer eine Vorstellung vom Anteil des Kalks an sämtlichen CO2-Speichern auf der Erde erhalten möchte – und damit auch eine Vorstellung von der Leistungsfähigkeit dieses Mechanismus – dem empfehle ich dringend den Beitrag unter folgendem Link:
https://www.eike-klima-energie.eu/2015/11/12/die-grosse-dekarbonisierungsluege-teil-2-kalk-die-wahre-klimakatastrophe/
Das Mauna Loa CO2 steigt erst seit 1956 , weil die Messstation nicht älter ist. Es darf aber davon ausgegangen werden, dass das CO2 vorher nicht ewig und ständig gestiegen ist. Der ganze Vulkanismus ist defacto CO2-neutral. Andernfalls hätten wir z.B. 50% CO2.