Wird die Menschheit jemals eine CO₂-Verdoppelung erreichen? Wahrscheinlich nicht

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 CO_2. 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):

Das Modell berücksichtigt sogar den allmählich zunehmenden Trend der offensichtlich jährlichen fraktionalen Entfernung von CO₂.

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:

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