Mit dem Golfstrom spielen

Wie sehr interessiert uns, was in zwei- oder vierhundert Jahren passieren wird?

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Hypothetischer Zeitverlauf der Konvektionsströmung im Atlantik nach einer sprunghaften CO2-Verdopplung bei monostabiler (blau) und bistabiler AMOC (rot)(Quelle)

Ob zum Beispiel die Antlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) zusammenbrechen wird oder nicht?

Wie sehr sind wir verbunden mit den Menschen, die dann leben werden, sechs oder zwölf Generationen entfernt?

Die AMOC ist der Konvektionsanteil des Golfstromsystems, der nicht vom Wind, sondern von Abkühlung des Wassers in der Arktis angetrieben wird. Es ist noch nicht abschließend geklärt, ob sie bistabil ist oder nicht. Klar ist, dass die Klimaerwärmung sie schwächt. Wenn sie bistabil ist, gibt es einen Grad der Schwächung, ab dem sie fast völlig zusammenbricht (und auch bei einer Temperatursenkung nicht wieder anspränge). Dieses Zusammenbrechen findet auf einer Zeitskala von einigen hundert Jahren statt.

Wie Stefan Rahmstorf hier schreibt, mehren sich die Hinweise, dass die Zirkulation bistabil ist. Ein kleiner Unterschied in der Verdunstung und dem Niederschlags über den Ozeanen, verusacht einen großen Unterschied in der Meereströmung.

Dieser Unterschied in der Ursache ist so klein, dass er durch die bisherigen Messungen nicht entschieden werden kann. Er kann nur erschlossen werden dadurch, dass mit ihm die Simulationsergebnisse besser zu den Messdaten passen als ohne ihn.

Ein Beispiel dafür, wie vertrackt Klimawissenschaft ist und wie sträflich es wäre, die Mittel dafür zu streichen.

 

Eine Geschichte der Zivilisation und der Temperatur dabei

earth_temperature_timelinexkcd.com veröffentlicht intelligente Comics , auf englisch, weil sie kommen aus USA.

Sie haben für die letzten 22.000 Jahre die (größtenteils erschlossene natürlich) mittlere Lufttemperatur in Bodennähe der Erde auf eine ewig lange Zeitstrecke gepackt und mit geschichtlichen Eckdaten versehen.

Am Ende der Eiszeit stieg diese Temperatur um 1 K in 1000 Jahren. Das war die größte Steigerungsrate im gesamten betrachteten Zeitraum vor der Industrialisierung.

Sie stieg nie höher als 0,7 K über das 1960 – 1990 – Mittel.

Das ist der Punkt,  an dem wir gerade sind, aber mit einer Steigerungsrate von 1 K in 40 Jahren.

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Rückzugsgefechte

In den Vereingten Staaten zeichnet sich jetzt eine Reaktionsweise der Klimawandeltheoriegegner ab, die schon in Australien zu beobachten war, nämlich einfach den Forschern den Etat zu kürzen. Siehe hier.

Dazu passen die Untersuchungen darüber wie Menschen ihre einmal vorgefasste Meinung über den Klimawandel angesichts von Argumenten nicht nur beibehalten, sondern sogar weiter verfestigen (siehe hier).

Klimawissenschaftsupdate: die vertrackten Wolkenrückkopplungen

Mit den Wolken ist das so eine Sache.Cirrus in Kreuzberg

Einerseits reflektieren sie Sonnenlicht. Das ist gut.

Andererseits behindern sie die Wärmeabstrahlung ins Weltall. Das ist schlecht.

Sind sie niedrig, sind sie warm und strahlen ihrerseits eine Menge Wärme nach oben ab. Das ist gut.

Sind sie hoch, sind sie kalt und absorbieren zwar die Strahlung von unten, strahlen aber selbst wenig Wärme ins Weltall ab, sondern erwärmen stattdessen die Luft um sich herum. Das ist schlecht.

Eine wichtige Kennzahl ist die Temperaturerhöhung nach einer Verdopplung des CO2-Gehalts der Atmosphäre relativ zur vorindustriellen Zeit, wenn das System zu einem neuen Gleichgewicht gefunden haben wird. Das ist die Gleichgewichts-Klimasensitivität der Erde. Sie wurde bisher mit 3 ± 1,5 K angegeben.

(Wir haben gerade die 1,4 – fache CO2-Konzentration überschritten. )

Die große Streuung spiegelt die Streuung zwischen den mehr als drei Dutzend verschiedenen Klimamodellen wieder.

Seit zwei Jahren allerdings gibt es starke Hinweise, dass die Modelle der unteren Hälfte einen Fehler enthalten: sie unterschätzen die Durchmischung in der unteren Luftschicht in den Tropen. Diese entzieht dieser Schicht Wasserdampf und führt zu geringerer niedriger Bewölkung – – – siehe oben. Eine positive, also schlechte, Rückkopplung.

Darüberhinaus gibt es eine ähnliche Situation die hohen Wolken betreffend. Diese bestehen zum Teil aus Eiskristallen und zum Teil aus Wassertröpfchen. Wassertröpfchen sind gut. Weil sie besser reflektieren. Durch die Klimaerwärmung steigt ihr Anteil.

Dieser Effekt ist also eine negative, d.h. eine gute, Rückkopplung.

Nun gibt es Hinweise, dass die meisten Modelle den momentanen Eiskristallanteil überschätzen. Also können in Wirklichkeit weniger Eiskristalle zu Wassertröpfchen werden, also überschätzen sie auch die negative Rückkopplung. Auch schlecht.

Damit erhöht sich die Klimasensitivität, d.h. die Erwärmung, möglicherweise um 30 %. (2)

Anders ausgedrückt: darauf zu spekulieren, dass es schon nicht so wild werden wird, heißt, sich auf sehr sehr dünnes Eis zu begeben.

Das heißt nicht, dass jede*r jetzt mit einem langen Gesicht rumlaufen soll. Die Welt wird (wahrscheinlich) nicht untergehen und der Himmel wird uns nicht auf den Kopf fallen. Aber es gibt Probleme.

Und mensch kan wat tun.

 

(1)  Steven C. Sherwood 1 , Sandrine Bony 2 & Jean-Louis Dufresne,
Spread in model climate sensitivity traced to atmospheric convective mixing
 2 JANUARY 2014 | VOL 505 | NATURE | 37,doi:10.1038/nature12829

(2)  https://www.sciencedaily.com/releases/2016/04/160407221445.htm

 

 

Signal und Rauschen des Weltklimas

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Obwohl die Temperaturkurve chaotisch aussieht, ist sie es nicht. Man kann sehr gut Veränderungen im Dekadenmaßstab von höherfrequentem „Rauschen“ abtrennen. Dieses habe ich in der obigen Grafik einmal getan. Man sieht, dass die Stärke des Rauschens, der grüne Strich, immer ungefähr gleich bleibt.

Die Originaldaten sind hellgrau im Hintergrund, die geglättete Kurve rot, deren Differenz zu den Originaldaten, das ist das Rauschen, ist blau und die Amplitude desselben grün.

Die Trennung zwischen interessierender Information und Rauschen ist willkürlich, eine Definitionsfrage. Als Bezugszeitintervall für klimatische Veränderungen wird hier 30 Jahre angegeben. Dafür ist die Glättung fast noch zu schwach.

In den folgenden beiden Plots habe ich die Anpassung der roten Kurve immer feiner gemacht, die Glättung immer schwächer. Es erscheint dann die sogenannte „Pause“ zwischen etwa 2002 und 2012, die mittlerweile beendet ist. Je mehr Struktur durch die Verfeinerung in die Signalkurve wandert, desto strukturloser wird das Rauschen, und auch seine Amplitude sinkt etwas:

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Ich habe hier einen Vorgang bewusst vorgeführt, den wir fast immer unbewusst vornehmen, nämlich die Isolierung der uns momentan interessierenden Informationsanteile und die Vernachlässigung der Anderen.

Und im Übrigen müssen wir unser Zertifikatesystem zum Laufen bringen…

Das absurde Jahrhundert

Wenn man sich das vergangene Jahrhundert vor Augen führt, kann man sich des Gefühls nicht erwehren, das einen im Angesicht monströser Absurditäten befällt. Die Entwicklung von Bevölkerung und Technik war bis zur Jahrhundertwende sehr weit fortgeschritten, quasi an ein Ende gelangt, und was folgte, schlug einerseits ins Gigantische um, durch Vergrößerung bisher lokaler Prozesse ins Globale, andererseits in Unbegreifliche, nachdem das Geistesleben an das Ende des Verständlichen gelangt war – und sich weiterentwickelte.

Es begann mit einem Krieg, dessen Beginn – und Verlauf – einem absurden Theaterstück entsprungen sein könnte, dem ersten Weltkrieg. Am Anfang stand eine Leichtfertigkeit ohnegleichen der politischen Klasse. Man dachte noch in Kategorien der bekannten begrenzten Kriege. Und dann bekam man einen Industriekrieg, ein vierjähriges Schlachthaus.

Dann kam der Nazismus – für einen Deutschen  sicherlich die monströseste Absurdität. Wer Hitler auf alten Filmaufnahmen betrachtet, und den ganzen Zauber, den er veranstaltete, kann die Bewunderung nicht mehr verstehen, die so viele ihm entgegenbrachten. Er kommt einem wie ein gespenstischer Clown vor, mit seiner einstudierten Entschiedenheit. Am ehesten kann man Hitler noch als politisches Virus betrachten, das den Organisationskern des deutschen Staates übernahm und begann, ihn lauter Nazis zu produzieren zu lassen. Das ging dann soweit, dass die ganze Zelle mit schrecklichen Folgen für ihre Umgebung platzte.

Den zweiten Weltkrieg anzufangen will ich noch nicht per se als absurd bezeichnen; Kriege sind leider Bestandteil des menschlichen Verhaltensrepertoires. Selbst die Abschlachtung der gegnerischen Zivilbevölkerung, die von allen Parteien betrieben wurde, ist es noch nicht, sondern höchstens ein Rückfall in frühere Zeitalter. Diese ins Extreme getriebene Art der Gruppenauseinandersetzung war ja auch von den Römern und ihren Zeitgenossen zur Verminderung eigener Verluste angewandt worden und blieb noch eine ganze Weile in Mode.

Aber dieser Krieg wimmelte nur so von Absurditäten, kleinen und großen. Eine kleinere war etwa Hitlers Kriegserklärung an die Vereinigten Staaten, die die deutsche Niederlage, die vorher nur wahrscheinlich war, zu einer feststehenden Tatsache machte, die nur noch nicht eingetreten war.

Dann der Massenmord an den europäischen Juden aus einem bloßen Ressentiment heraus. Ja, er war auch Raubmord insofern die „arischen“ Deutschen – Staat und Privatleute – sich das jüdische Eigentum schamlos aneigneten, wie der Historiker Götz Aly 1 recherchiert hat. Aber das sehe ich nur als Nebenmotivation. Pogrome hatte es immer schon gegeben. Sie sind immerhin erklärbar als gruppendynamischer Prozess, bei dem „die Fremden“ als bedrohlich wahrgenommen und attackiert werden. Dieser atavistische Impuls wurde aber, und das ist das Absurde, staatlich abstrahiert und auf eine industriell-arbeitsteilige Maschinerie übertragen. So von jedem moderierenden Gefühl abgeschnitten, geriet die Maßnahme in die irrsinnigen Größenordnungen, vor denen der begreifenwollende Verstand kapitulieren muss.

Mit den Nazis war das Maß des Grotesken bei weitem nicht ausgeschöpft. Immerhin war Hitler noch insofern sich selbst treu geblieben, als er seine germanischen Ideen von Kampf und Unergang konsequent verwirklichte. Dies kann man von den beiden anderen gigantischen politischen Absurditäten des Jahrhunderts namens Stalin und Mao nicht sagen. Die Kommunisten waren einst aufgebrochen, Unterdrückung, Entfremdung, Hunger und Krieg der Klassengesellschaft zu beiseitigen. In dieser löblichen Absicht erzeugten sie eine abnorme Anzahl von Todesopfern, nicht gerechnet die notwendige Unterdrückung und Lüge. Während Hitler ein Rückfall hinter das Niveau der Zeit war, wenngleich mit moderner Technik (insofern vergleichbar mit dem „Islamischen Staat“), entstanden die sowjetischen und chinesischen Tragödien dadurch, dass die Akteure zu schnell über das Niveau ihrer Zeit und ihres Ortes hinaus wollten 2. Der Versuch – entgegen der marxistischen Theorie –  in Russland und China die Phase des entwickelten Kapitalismus zu überspringen, scheiterte.3 (China inszeniert jetzt den Kapitalismus innerhalb des Sozialismus, eine Art „Neue Ökonomische Politik“ mit Internet. Auch absurd.)

Dann der „kalte Krieg“, in dem eine relative Stabilität dadurch erreicht wurde, dass beide Seiten die Fähigkeit besaßen, die Menschheit auszulöschen! Und es funktionierte!

Aber nicht nur im Politischen war das Zwanzigste ein absurdes Jahrhundert, auch in anderen Belangen. Der Fortschritt des Denkens gebar in einem Überschlagen seiner Selbst Erkenntnisse, deren absurde Form in einem überraschenden Widerspruch zu ihrem Erfolg steht: die Relativitäts- und die Quantentheorie. Das Absurde ist das Unbegreifliche, das bereits an das Komische grenzt. Und was könnte unbegreiflicher sein, als die Verkürzung und Massenzunahme bei Bewegung, die Verbiegung der Raumzeit im Masse-Energie-Feld, die wechselseitige Umwandlung von Masse in Energie, die Momenthaftigkeit aller Interaktionen und ihre nichtauflösbare Zufälligkeit, deren Statistik von einer ominösen Informationsfunktion bestimmt ist, die momentane Beeinflussung einer Messung durch eine Andere, beliebig weit Entfernte (und so weiter und so fort)?

Die Entwicklung der Kunst war an das Ende des leicht Verständlichen gelangt und kulminierte ins Esoterische, d.h. die Botschaften waren nur noch den Eingeweihten, hoch Gebildeten zugänglich, für den Rest wurden sie absurd. In der Musik wurde mit der Tonalität das Schöne, in der Malerei die getreue Abbildung der Vorlage (und ebenfalls das Schöne) aufgegeben und durch abstraktere Formen ersetzt.

Energie und andere Ressourcen aus der Natur für sich zu nutzen, um einen Überlebensvorteil zu erlangen, ist nicht absurd. Aber auch hier führt die Übersteigerung, die Reife des Systems, zu einem Überschlagen. Die Menschheit hatte so großen Erfolg darin, sich zu vergrößern und zu bereichern, dass sie das System in dem sie eingebettet ist, die Oberfläche der Erde, erstmals seit dem Beginn der Zeiten in eine Krisis zu führen im Begriff ist. 4 Wir rechnen mit 3 – 4 °C Erwärmung zum Ende des aktuellen Jahrhunderts – eine Entwicklung, deren Keim im Letzten gelegt wurde. Der unreflektierte Entwicklungsimpuls hat sich selbst ad absurdum geführt.

Zum Glück sind die Kräfte der Selbstorganisation und Selbstregulierung ebenfalls gewachsen. Ein Anzeichen dafür ist die erstaunliche Abnahme der Gewalt auf der Welt seit den 60er Jahren, die in fast allen Bereichen feststellbar ist 5 . Auf den ersten Blick scheint die Anzahl der Gewaltmeldungen in den Nachrichten konstant, aber wo heute über 5 oder 50 Todesfälle berichtet wird, ware es früher 500, 5000 oder 50000. Das heißt, die Absurditäten sind in einem gewissen Sinne geblieben, aber sie sind irgendwie harmloser geworden.

Wollen wir hoffen, dass das so bleibt.


1 Rezension zu Götz Aly, Hitlers Volksstaat, etwa hier

2 Wie groß diese Todeszahlen im Vergleich waren, kann man gut in Neil Hallorans sehr gut gemachter animationsgrafischer Darstellung auf fallen.io, und zwar in der Filmdarstellung bei 13 min 50 s. Ohne allzusehr zu übertreiben kann man sagen, dass sie einen zweiten Zweiten Weltkrieg bedeuteten, der kaum bekannt ist. Allerdings zeigt Halloran auch, dass die Menschheit anscheinend lernt: die Zahl der Kriegstoten, absolut und relativ, ist seit langem auf einem einmalig niedrigen Niveau, und wird wahrscheinlich dort bleiben.

3 Es ist eine Zunahme der Informiertheit von immer mehr über immer mehr zu beobachten. Das könnte tatsächlich zur langsamen Zunahme einer „sozialistischeren“, dem Gemeinwohl verpflichteten Produktion und gerechteren Verteilung führen, weil mehr und mehr Menschen informiert an der Entscheidungsfindung teilnehmen können. Die Deckung, die die Uninformiertheit ausbeuterischen und unterdrückerischen Führungspersonen gab und gibt nimmt immer mehr ab. Denke ich.

4 Es könnte in Wirklichkeit nicht die erste wirksame Änderung des Weltklimas durch den Menschen sein. Nach Studien von Vavrus, Ruddiman & Katzbach könnte die landwirtschaftliche Aktivität des Menschen seit einigen Tausend Jahren die Temperaturen um 1,5 K oder so angehoben und vielleicht ein Wiedereinsetzen der Eiszeit verhindert haben.

5 Dies ist dargestellt in Steve Pinker: Gewalt, eine neue Geschichte der Menscheit, das Halloran für den Nachkriegs-Teil seiner Info-Animation ausgewertet hat.

Feedbacks, Feedbacks, schrecklich, schrecklich

Es gibt ja das bekannte Eisalbedo-Feedback. Albedo ist ein anderer Name für den Anteil des Sonnenlichts, der ins All hinaus reflektiert wird. Das Albedo von Eis ist deutlich größer als das der Meeresoberfläche. Wenn die Sommereisfläche verschwindet, was in vollem Gange ist, absorbiert die Polarregion mehr von der Sonnenstrahlung, die auf sie fällt. Ergebnis: die Erderwärmung wird beschleunigt und die Erwärmung der Polarregionen fällt überproportional aus.

In letzter Zeit ist jedoch ein weiterer, ebenso großer Feedbackmechanismus ins Blickfeld geraten: die Schneebedeckung im Sommerhalbjahr auf dem Land. Diese ist mit der Erwärmung der Polarregion (natürlich) ebenfalls zurückgegangen (siehe Grafik, Quelle hier)

june snow cover

Es ist interessant, die betroffenen Flächen zu vergleichen:

 

1980 ca.

2012 ca.

Eisfläche (Mio. km²)

5,5

2,5

Schneefläche (Mio. km²)

10

5

Man sieht, dass der Flächenverlust des Sommerschnees das 1,7fache dessen des Sommereises ausmacht.

Wie so oft sind die Verhältnisse jedoch komplexer als es zuerst scheint.

  • Die Schneedaten sind “Extent”-Daten, d.h. sie enthalten 10 – 15 % unbeschneite Flächenanteile.
  • Das Albedo von Landfläche ist größer als das von Wasserfläche (0,2 bzw. 0,1, siehe hier). 
  • Anders als intuitiv erwartet ist im Hochsommer die Sonneneinstrahlung um den 60. Breitengrad, wo die Schneeschmelze stattfindet, geringer als auf dem Nordpolarmeer. (Siehe hier.)
  • Die Daten für andere Monate als Juni sind nicht hier nicht veröffentlicht worden und könnten weniger krass aussehen.

Andererseits ist die Wärmeaufnahmefähigkeit der Landfläche geringer als die des Meeres. Die zusätzliche Wärme wird schneller an die Atmosphäre abgegeben, anstatt im Wasser zu verschwinden.

Facit aus all dem: Der Rückgang der Schnee- und der Eisfläche haben vergleichbare Klimafeedbackeffekte.

Ist das etwas Neues?

Für die Wissenschaft nicht, wenn man vom Ausmaß absieht. Der Umfang des sommerlichen Schneerückgangs kam AFAIK ebenso unerwartet ist wie der des Eisflächenrückgangs. Für die interessierte Öffentlichkeit schon, denn dieser Aspekt ist bisher kaum irgendwo aufgetaucht.

Gibt es Wirkungen zusätzlich zur allgemeinen Erwärmung der Erdoberfläche?

Ja, ebenso wie beim Meereisrückgang wird wahrscheinlich das Wettersystem beeinflusst, d.h. die Stärke, Lage und Veränderungsweise der Tief- und Hochdrucksysteme. Aber das Wissen dazu ist noch nicht gefestigt.

Welche Bedeutung hat diese Information für unser tägliches Leben?

So gut wie keine, außer dass sie das Gefühl der Dringlichkeit erhöht, den Klimawandel zu bremsen.

Was wäre gut? Ein umfassendes Emissionszertifikatesystem installieren…