David Archer ist Professor für Ozeanographie an der Universität Chicago und vor allem einer der weltweit führenden Experten des ozeanischen Kohlenstoffzyklus. Er ist Gründungsmitglied von Realclimate, der wichtigsten Webadresse zum Thema Klimawandel. Hier auf Primaklima hatte ich bereits einmal auf einen seiner Vorträge am Perimeter Institute hingewiesen.

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Bild 1: David Archer, University of Chicago und Autor von “The Long Thaw”.

David Archer hatte bereits ein allgemeinverständliches Werk zur Physik des Klimawandels geschrieben, welches wohl aus dem Skript einer Anfängervorlesung heraus weiterentwickelt wurde. Schon dieses Buch gefiel mir ausnehmend gut, didaktisch, ohne in den Tick vieler amerikanischer Wissenschaftspublikationen zu verfallen, alles ad infinitum zu wiederholen. (siehe auch hier mit interaktiven Spielmodellen zum Thema Klima).


Sein neues Werk heisst nun “The Long Thaw” (vielleicht “das langandauernde Abtauen”, das ist ein Mist mit den Übersetzungen) und ist, ich sag es gleich, ein kleines Meisterwerk der Wissenschaftsdidaktik. Im Vergleich zu seinem ersten Buch legt er deutlich mehr Gewicht auf die langen Zeitskalen, die der Klimawandel betrifft und die auch meiner Meinung nach, das eigentliche Problem darstellen.

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Bild 2: The Long Thaw erklärt die geologische Dimension anthropogener CO2 Emissionen.

Ist das CO2 erstmal in der Atmosphäre, bleibt es da für sehr sehr lange Zeit. Archer zeigt in “The Long Thaw” warum er glaubt, dass das CO2 dort sogar noch länger bleibt, als man gemeinhin so meint. Von der Atmosphäre muss das CO2 durch drei bottlenecks um langsam dem System zu entweichen.
1) Von der Atmosphäre in den Ozean: Im Ozean gelöst, bildet das CO2 erstmal Kohlensäure, H2CO3. Dieses dissoziiert in Karbonat (CO3–)und Bi-Karbonat (HCO3-) Ionen wobei H+ Ionen freigesetzt werden. Mit anderen Worten, das dissoziierte CO2 macht den Ozean sauer, ein keineswegs zu verachtender “Nebeneffekt” des anthropogenen Parforce Ritts mit dem Kohlenstoffzyklus. Die Geschwindigkeit dieses Hereinmischens ist im Wesentlichen gegeben durch die Geschwindigkeit mit der der Ozean der Atmosphäre frisches ungesättigtes Ozeanwasser anbieten kann. Archer gibt eine typische Zeitkonstante von 300 Jahren an.

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Bild 3: Das PETM=Paleocene-Eocene Thermal Maximum, ein leider sehr weit entferntes (55Millionen Jahre vor heute), aber doch perfektes Beispiel, was passiert, wenn grosze Mengen CO2 in die Atmosphäre gelangen. Interessant ist nicht nur die Amplitude des durch die geschätzen 5000 GTC verursachten Klimawandels, sondern insbesondere die Zeitskala. Das CO2, das höchstwahrscheinlich viel viel langsamer in die Atmosphäre geriet, als es das heute tut, und somit die Temperatur brauchten mehrere 10.000, wenn nicht 100.000 Jahre um zum Ausgangszustand zurückzukommen. Oben die Sauerstoff-Isotopen forminiferischer Kalkschalen, Indikator ozeanischer Temperaturen. Unten, die Kohlenstoffisotopen, Indikator der riesigen CO2 Flüsse, die zu dieser Zeit in die Atmosphäre gerieten. Der Ursprung dieser CO2 Flüsse bleibt umstritten. Mehr zum PETM in “The Long Thaw”. Bild entnommen Tripati and Elderfield, Science, 2005.

2) Der Ozeanische Puffer: Die Versäuerung des Ozean durch CO2 hat sehr gute Chance einer ganzen Reihe Kalkschalen-bildender Geschöpfe im Ozean den Garaus zu machen, insbesondere Korallen und Coccolitophoren (Plankton). Deren Kalkschalen (CaCO3) gehen in Lösung und neutralisieren so einen Teil der von der Kohlensäure-Dissoziation mobilisierten H+ Ionen. Die rein chemische Reaktion mit dem Karbonatpuffer des ganzen Ozeans wird das atmosphärische CO2 langsam (Gröszenordnung 5000 Jahre) auf irgendwas zwischen 20-40% des ursprünglichen atmosphärischen Wertes herunterbringen.

3) Vom Ozean ins Sediment: Doch das reicht nicht um das CO2 vollständig zu absorbieren. Wir müssen warten bis noch mehr CaCO3 in den Ozean gerät und zwar durch das Auswaschen kontinentalen Gesteins. Diese Reaktion wird gemeinhin fuer die groszen natürlichen Schwankungen des CO2 Gehalts der Atmosphäre über geologische Zeitskalen mit verantwortlich gemacht und solange werden wir dann wohl auch warten müssen. Archer gibt an, dass etwa 10% des einmal in die Atmsphäre entlassenen CO2 praktisch unendlich (Gröszenordnung 100.000 Jahre) in der Atmosphäre verbleiben wird.

Sicher gibt es gerade im letzten Schritt gröszere Unsicherheiten zu berücksichtigen, aber Archer behält Blick auf das Wesentliche. Die Menschheit spielt auf geologischen Zeitskalen mit DEM Schlüsselmolekül unserer Erde, dem Kohlenstoff. “A tiny fraction of the carbon on Earth is living carbon. If the living carbon on Earth were smeared out over the entire surface of the Earth (a grisky thought) it would be just a few millimeters thick. This thin layer og goo is able to accelerate the chemical reactions on the planet to rates thousands of times faster than they would go otherwise. It controls the chemistry and the climate of the surface of the Earth, its atmosphere, oceans, and soils. It aggressively seeks out new chemical reactions to exploit, and has figured out how to harvest light from the star the planet is orbiting. Who would have thought of this?”

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Bild 4: Meerespiegel-Änderungen in der Vergangenheit erlauben eine grobe Abschätzung was ein echtes klimatisches Gleichgewicht für den Meeresspiegel bedeuten. Die vom IPCC prognostizierten Änderungen des Meeresspiegels von ein paar Zentmetern bis 2100 sind nur ein Bruchteil der Gleichgewichts-Response.

Von den 5000GigaTonnen, die noch in fossiler Form in der Erdkruste schlummern, wuerden in einem Busyness-as-usual Szenario bis 2100 ca 2000 GTC freigesetzt. Geschwindigkeit und Absolutmenge des freigesetzten Paleo-Kohlenstoffs werden das Schicksal dieses Planeten für die nächsten Jahrtausende mitbestimmen. Während etwa für die nächsten Dekaden der Meeresspiegel-Anstieg fast ausschliesslich von der Ausdehnung des erwärmten Ozeans herrührt (der IPCC gibt max. 50cm bis 2100 an die fast nur Wärmeausdehnung de Ozeans enthalten) ist die langzeitliche (Jahrhunderte und Jahrtausende) Perspektive von den riesigen Eisschilden bestimmt. Die Paläo-perspektive von Archer’s Buch ist unerbittlich. Das letzte Mal, als die Erde im Gleichgewicht mit einem +2°C wärmeren Klima (die +2°C sind ja das optimistische Ziel aller CO2 Reduktionsziele) war, gab es keinen Grönländischen und West-Antarktischen Eisschild und der Meeresspiegel war dutzende Meter höher.
Wer zu all dem mehr erfahren will, muss dieses Buch lesen. Knapper und klarer geht es nicht mehr und ich bin wirklich begeistert über Archers Stil. Sofort kaufen und lesen!

Kommentare (24)

  1. #1 JörgR
    Juni 16, 2009

    Ja, das sind ja so lange Zeiträume, da würde ich sagen da haben wir dann eh die Zeitmaschine erfunden. Also warten wir einfach ab was passiert und fliegen dann schnell nach 0002009 zurück um es richtig zu stellen, falls erforderlich.
    Achtung: Dieser Text war keine wissenschaftliche Analyse mit Anspruch auf Wahrheit, sondern nur eine kleine ironische Glosse.

  2. #2 David Marjanović
    Juni 16, 2009

    Ach so, “Element” ist gemeint. “Das wichtigste Atom” war sehr verwirrend.

    Klingt nach einem interessanten Buch!

    Das PETM=Paleocene-Eocene Thermal Maximum, ein leider sehr weit entferntes (55Millionen Jahre vor heute), aber doch perfektes Beispiel, was passiert, wenn grosze Mengen CO2 in die Atmosphäre gelangen. Interessant ist nicht nur die Amplitude des durch die geschätzen 5000 GTC verursachten Klimawandels, sondern insbesondere die Zeitskala. Das CO2, das höchstwahrscheinlich viel viel langsamer in die Atmosphäre geriet, als es das heute tut

    Naja. Es war Methan, das wahrscheinlich schlagartig in die Atmosphäre gekommen und dann langsamer (über Jahrzehnte höchstens) zu Kohlendioxid oxidiert ist. Läuft aber wahrscheinlich so ziemlich auf dasselbe hinaus.

  3. #3 Georg Hoffmann
    Juni 16, 2009

    @JoergR
    OK, die 100.000 Jahr Perspektive ist irgendwie irreal. Trotzdem, einmal in der Luft, koennte einzig CO2 aus der Luft Herausfiltern die Sache stoppen.
    Ausserdem produzieren Zeitreise-Maschinen riesige CO2 Fluesse. Das weiss doch jeder

    @David
    Element ist klar besser. Aechz, mein Deutsch..
    Das Methan wird haeufig erwähnt fuer das PETM, stimmt. Archer mag es nicht so und erwaehnt insbesondere den 13C Gehalt. Lange Zeit dachte man soetwas wie das Storegga Slide (also unterseeische Landrutsche mit Methan-Hydratmobilisierung) koennten es machen, aber ich denke es ist fair zu sagen, dass die Sache noch offen ist.

  4. #4 buch
    Juni 17, 2009

    @ Georg Hoffmann
    Element? Wie wär´s mit Molekül 😉

  5. #5 Georg Hoffmann
    Juni 17, 2009

    @buch
    Auch nicht schecht. Aber Archer meinte in seinem Satz vom “lebenden Kohlenstoff” (siehe Zitat oben) aber wirklich das C und nicht CO2. Es ist die enorme chemische Variabilitaet des Element Kohlenstoff, die diesen Planeten ausmacht. Dann sagt man ja auch Elemententafel. Ich denke, David hat recht. Ich aendere das mal.

  6. #6 Genervter Mann aus Münster
    Juni 17, 2009

    Von Leuten, die dermaßen tief im “Umweltschutz”-Thema vertieft sind, kann man leider keine klare Analyse erwarten. Das ist sehr schade, immer wieder.

    krankt auch “Primaklima”, finde ich. Die meisten Texte sollen doch auch hier v.a. signalisieren: Ich stimme Euch zu, Kollegen! Ich gehöre zu Euch!

    Es gibt viel zu wenige unabhängig denkende Wissenschaftler. In der Klimaforschung gibt es besonders wenige, weil der soziale Druck dort besonders hoch ist.

    Eine neue Wissenschaftler-Generation, die derzeit Studierenden, wird das womöglich ändern. Ich hoffe es sehr.

  7. #7 Genervter Mann aus Münster
    Juni 17, 2009

    Korrektur:
    In meinem obigen Beitrag fehlt ein Wort: Es muss am Anfang des zweiten Absatzes lauten: Daran krankt auch “Primaklima”….

  8. #8 Eddy
    Juni 17, 2009

    Gestern sah ich einen Film über verzweifelte Deutsche während den Wintern um 1947 rum, weil es wegen der Kälte eine Hungersnot gab. Ein Mann schilderte klar und deutlich was damals hier los war: “Es war eine Katastrophe”.

    Aber 0,5 Grad mehr bedeuten den Weltuntergang. Und noch nie geschah es so schnell wie heute. Ich muss diesen Prozess, an den die Menschheit sich mit absoluter Sicherheit nicht anpassen kann, irgendwie verschlafen haben 😉

    Die Azidität der Meere konnte man zuerst nicht einmal messen. Heute weiss man schon dass alles Leben auf dieser Erde ….

    Klingt für mich schon fast wie das Credo der Esos : “Es gibt Dinge zwischen Himmel und Erde die der Mensch …”

    MfG
    Eddy

  9. #9 Georg Hoffmann
    Juni 17, 2009

    @Genervter Muensteraner
    Das ist meine bisher erste Buchkritik. Ich wuerde da noch keine Statistik betreiben.
    Kritisch gegenueber Arbeiten von Kollegen war ich beispielsweise hier:http://www.scienceblogs.de/primaklima/2009/01/food-crisis.php
    Ansonsten braeuchte ich es schon konkreter fuer eine halbwegs fundierte Stellungnahme.

  10. #10 Georg Hoffmann
    Juni 17, 2009

    @Eddy
    Wie immer nichtmals im entferntesten zum Thema. Egal.
    Ich greife mal einen Vorschlag Archers auf. Jeder Mensch auf Erden hat eine Stimme. Ja/Nein globale Temperatur zwei Grad rauf oder nicht. Ich meine, selbst 1947 waere die Abstimmung negativ ausgefallen. Nicht aus allgemeiner Verantwortung fuers Ganze, nein gaz konkret zu seinem eigenem Wohl. Ich glaube die Mehrheit der Menschheit wohnt schon jetzt in Gegenden, in denen sie es nicht waermer haben wollen.

    So oder so, gibt es Argumente siehe Artikel) warum +2 Grad auf die Dauer (Groessenordnung 1000 Jahre) den Meeresspiegel im Bereich mehrere Meter ansteigen lassen wuerde. Das ist nicht der Weltuntergang, wohl war, reicht aber doch aus um 10% der Weltbevoelkerung heimatlos zu machen. Ist das wirklich ne tolle Idee?

  11. #11 Krishna Gans
    Juni 17, 2009

    Es geht ja die Mär, CO2 sei so wunderbar gleichmäßig in der Athmosphäre verteilt etc, und daher so Klimawirksam und, und , und——–
    Mußte man ja, da es aus “berufenem Munde” kam, so glauben…….

    http://photojournal.jpl.nasa.gov/jpegMod/PIA11194_modest.jpg
    Ich glaube es jetzt eben nicht mehr, Lügen haben kurze Beine…..

  12. #12 Wolfgang Flamme
    Juni 17, 2009

    Georg,

    ist für Dein Bild 4 eine Quellenangabe verfügbar? Mir erscheint die Perfektion des Zusammenhangs und auch die Idee, daß über hunderttausende, vielleicht Millionen von Jahren ein Gleichgewicht oder eine Klima-/Meeresspiegelkonstanz geherrscht haben sollte, doch arg konstruiert.

    Wenn ich mir zB diese Rekonstruktionsversuche anschaue, dann sieht es mir nicht danach aus als könne man sich da auch nur im Entferntesten so festlegen, wie es in Deinem Bild 4 geschehen ist. Und das ist nur eine relativ aktuelle Arbeit, die mir bei der Suche spontan in die Hände gefallen ist. Es gibt bestimmt noch weitere, die noch größere Unsicherheiten nahelegen.

    Für ein vollständigeres Bild gehörten ebenfalls noch Temperaturschätzungen und atmosphärische CO2-Schätzungen der dargestellten (und auch anderer) Zeitalter aus der Fachliteratur eingearbeitet.

    Mit all diesen Streuungen gehört eine Fehlerfortpflanzung für die behauptete Kausalkette ‘CO2 – Temperatur – Meeresspiegel’ durchgeführt und mit Bild 4 verglichen. Was wird wohl dabei rauskommen – denkst Du, es wird so schlüssig wie Bild 4 aussehen?

  13. #13 Evil Dude
    Juni 18, 2009

    @Krishna:

    Wieviel “Abweichung” vom Mittelwert würden Sie denn noch akzeptieren, damit Sie noch von gleichverteilt reden?

    Ich glaube es jetzt eben nicht mehr

    Ob der Glaube bei Klima-Trollen auch Berge versetzen kann? 😉

  14. #14 Krishna Gans
    Juni 18, 2009

    @Duvil
    Für Sie ?
    Nicht ein ppb, schon mal aus Prinzip.

  15. #15 Evil Dude
    Juni 18, 2009

    Armes Krishilein,
    Sie haben also Dummheit zu Ihrem Prinzip gemacht! Warum habe ich das nur geahnt? *LOL*

  16. #16 adenosine
    Juni 18, 2009

    Ich spekuliere mal, dass die man die Lebensfreundlichkeit eines Klima anhand der Biomasse definieren könnte, die zu dem jeweiligen Klima und Meeresspiegel existiert. Ist der historische Korrelation zwischen Biomasse und Klima bekannt?

  17. #17 Krishna Gans
    Juni 18, 2009

    @Lolly Dummschwätzer

    Moustafa Chahine, lead study author and AIRS science team leader at NASA’s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif., said the maps, which cover from September 2002 to July 2008, will be used by scientists to refine how climate models represent the processes that transport carbon dioxide within Earth’s atmosphere. ‘These data capture global variations in the distribution of carbon dioxide over time that are not represented in the existing models used to determine where carbon dioxide is created and stored,‘ he said.

    http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a003500/a003562/index.html#top

  18. #18 Krishna Gans
    Juni 19, 2009

    @adenosine
    Nimm das mal als Basis:

    1. Biomass in humans and animals. With an assumed mean individual
    weight of 50 kg, and taking into account that dry matter (containing 50%
    carbon)is about 30%, then the carbon content of one individual is equal to
    7.5kgC. For a world population of six billion, the total amount of carbon is
    therefore 45 • 10^12 gC. It is interesting to compare this value with Whittaker
    andLikens’(1973) estimates of the total biomass of all animals, 906 • 10^12 gC, and the biomass of land animals, 457 • 10^12 gC.

    Urbanised territories as a specific component of the global carbon cycle

  19. #19 Georg Hoffmann
    Juni 19, 2009

    @Flamme
    Das Bild ist aus dem Buch selbst.
    Es ist doch offensichtlich, dass das Bild vereinfacht ist. Das Entscheidende ist, dass im Pliozaen Groenland weg war um im Eozaen die Westantarktis. Und natuerlich, dass die IPCC Meeresspiegelabschaetzung weit weit unter dem Gleichgewichtswert liegt.

  20. #21 Wolfgang Flamme
    Juni 20, 2009

    @Georg

    Vereinfacht oder nicht – wenn es nicht frei erfunden ist, dann sollte es doch eine wissenschaftliche Quelle für die Grafik geben. Welche?

  21. #22 Georg Hoffmann
    Juni 20, 2009

    @Flamme
    Die Grafik ist auch dem Buch und David Archer hat sie produziert.
    “Frei erfunden” waere aber wohl immer noch besser als wenn Sie versuchen wollten die Daten zu plotten.

  22. #23 IqRS
    Juni 21, 2009

    Da hier gerade von David Archer die Rede ist. Auf Basis seines letzten Buches (understanding the Forecast) habe ich (und bin dabei) eine kleine Reihe zum Treibhauseffekt geschrieben:
    http://klimakrise.de/2009/06/21/treibhauseffekt-teil-i-grundlagen/
    http://klimakrise.de/2009/06/21/treibhauseffekt-ii-ein-einfaches-modell/
    Vielleicht interessiert we 😉
    Wirklich Gratulation, Martin. Zwei sehr sehr gelungene Artikel! Grusz Georg

  23. #24 IqRS
    Juni 21, 2009

    Danke Georg!
    Jetzt ist noch der dritte und letzte Teil online:
    http://klimakrise.de/2009/06/21/treibhauseffekt-teil-iii-treibhausgase-und-menschliches-zutun/