Nichts ergibt in der Paläoklimatologie wirklich einen Sinn, wenn man die Treibhausgase nicht mit in der Rechnung hat. Das gilt auf praktisch jeder Zeitskala. Ein nicht mehr auszurottender Talking Point unserer Klimaskeptiker ist der angebliche Betrug Al Gores, der in seinem Film “An unconvenient Truth” die Vostok Temperatur und CO2 Entwicklung der letzten 400.000 Jahre zeigte, die natürlich die hohe Korrelation dieser beiden Gröszen belegt (siehe Bild 1). Es ist im ersten Schritt überhaupt nicht so wichtig, welche Grösze welche dabei anführt. Ob zuerst die Temperatur ansteigt und dann das CO2 oder umgekehrt. Schliesslich WISSEN wir, dass die Temperaturen einen Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf hat (etwa per verstärktem Ausgasen aus dem Ozean) und dass das CO2 die Strahlungbilanz des Planeten ändert und somit Wärme zurückhält. Es ist also so oder so (egal wer von den beiden nun führt und wer folgt) ein gekoppeltes, sich verstärkendes System (je wärmer=> je mehr CO2 => umso wärmer) und es ist für die Information, die Gore an dieser Stelle geben wollte, irrelevant, wie das Phasenverhältnis der beiden Gröszen denn nun genau ist.
Bild 1: Vostok Eiskern Daten, CO2, die Temperatur in Vostok basierend auf den Wasserisotopen im Eis und das Methan. DIe Grafik wurde so ähnlich auch von Al Gore in seinem Film “An inconvenient truth” gezeigt. Die Interpretation der Phasenlage zwischen dem CO2 und der Temperatur führt seitdem zu steter Verwirrung.
Und so hört sich das dann beispielsweise aus dem Mund der beiden RWE Klimaexperten Vahrenholt und Lüning an:
“Das (also die Korrelation von CO2 und Temperatur, GH) greift Al Gore natürlich dankbar in seinem Film Die unbequeme Wahrheit auf und verwendet den Gleichlauf als Kronzeugen für die enorme Klimapotenz von Kohlendioxid. Zunächst leuchtet das ein. Allerdings verschweigt uns Gore eine Kleinigkeit. Denn wenn man sich in den Datensatz stark einzoomt, dann erkennt man, dass die Temperaturkurve einen Vorlauf von ca. 800 Jahren gegenüber den CO2-Veränderungen aufweist (Abb. 29). Diesen vorauseilenden Gehorsam hätten wir von der Temperatur nun nicht erwartet. Hier muss etwas faul sein. Und in der Tat: Es ist allgemein anerkannt, dass der CO2-Anstieg im Übergang von einer Eiszeit zu einer Warmzeit Folge und nicht Auslöser der Erwärmung ist. In warmem Wasser kann sich nämlich weniger CO2 lösen. Da sprudelt das freiwerdende Kohlendioxid zu Beginn der Warmzeit einfach aus dem Meer heraus und sammelt sich in der
Atmosphäre.20 Wenn es dann zu Beginn einer neuen Eiszeit kälter wird, kann sich dieser CO2-Überschuss im nun aufnahmebereiten Meerwasser wieder lösen und die CO2-Konzentration der Atmosphäre sinkt. Mit seinem Taschenspielertrick konnte Al Gore den größten Teil seiner Zuschauer, inklusive des Nobelpreiskomitees, offensichtlich gut leimen.” (“Die Kalte Sonne”, Seite 129 ff)
Was ist daran alles falsch? Mal vom bedauernswerten und recht pathologisch daherkommenden Hang zu Konspirationstheorien noch abgesehen: Praktisch alles. Jedes Wort ist Unsinn.
1) Offensichtlich meint die RWE Klimagruppe ernsthaft, dass man das Phasenverhaeltnis zwischen CO2 und antarktischer Temperatur per “Heranzoomen” bestimmen könne. Vahrenholt+Lüning stellen die Daten von Nicolas Caillon, der diese bei uns am LSCE gemessen hatte, zwar dar, glauben aber, dass die in der Graphik (Seite 131 der “Kalten Sonne”) deutlich gewordene Phasenlage, das Resultat der Einstellung des Graphikprogramms seien. “Einfach zoomen, schon sieht man die Phasenlage”. Das ist natürlich grotesk. Die Temperatur wird bestimmt durch Messung der Wasserisotopomere im Eis. Das CO2 ist zwar molekular in die Eismatrix gebunden, stammt aber von durch den ackkumulierten Schnee langsam eingefangenen Gasbläschen. Diese Gasbläschen sind natürlich nicht wie der Schnee einmal geformt und dann mehr oder minder unverändert im Eis gefangen. Sie stehen über hunderte bis tausende Jahre mit der Atmosphäre im diffusiven Austausch. Ich gehe nicht auf die Details ein (ich habe mal hier und hier dazu geschrieben), aber es ist eine enorme Arbeit diese Gas-Eis Alterdifferenz mit ihren ganz eigenen Unsicherheiten zu bestimmen und hat mit “Heranzoomen” nichts zu tun. Kurz, die beiden RWE Klimaforscher zitieren ein Papier und bilden daraus Daten ab und haben es nicht gelesen.
2) Die 800 Jahre zwischen CO2 und der Temperatur, die im Caillon Paper ermittelt wurden, gilt erstmal nur für ein Klimaereignis, bzw. einen Klimaabschnitt der Vergangenheit, nämlich der Termination III, dem Ende der vorvorletzten Eiszeit vor 240 kyr BP.
RWE: Energie, Gas und mehr, z.B. Paranoia und Pseudowissenschaften. Die Hand, mit der man sich vor die Stirn knallen soll, ist netter Weise gleich ins Firmenlogo integriert.
Soll man da mal nicht so pingelig sein? Doch, das muss man leider. “Terminations”, also die schnellen und teilweise dramatischen Endphasen der aufeinanderfolgenden Eiszeiten (Meerespiegelanstieg von teils 20 Metern pro 1000 Jahren, riesige, schnelle Klimaschwankungen wie die Younger Dryas, etc. etc.) sind nicht unbedingt typisch für den gesamten Verlauf der letzten 800.000 Jahre, für die wir über CO2 und Temperatur-Daten aus der Antarktis verfügen. Das gekoppelte System von Kohlenstoffzyklus und Klima kann durchaus mal enger und weniger eng gekoppelt sein.
Doch damit nicht genug. Die 800 Jahre werden von der RWE Klimagruppe wie auch von unzähligen anderen Klimaskeptikern als eine feste Zahl verkauft. Ist denn in der Zwischenzeit nicht auch noch etwas anderes veröffentlicht worden? Die Wissenschaft soll ja manchmal Fortschritte machen. Hier ein paar Zitate aus Loulergue et al. Climate of the Past 3 (3), 527-540, 2007.:
“Our results seem to reveal an overestimate of the 1 age by the firn densification model during the last glacial period at EDC. Tests with different accumulation rates and temperature scenarios do not entirely resolve this discrepancy. Although the exact reasons for the 1 age overestimate at the two EPICA sites remain unknown at this
stage, we conclude that current densification model simulations have deficits under glacial climatic conditions. Whatever the cause of the 1 age overestimate, our finding suggests
that the phase relationship between CO2 and EDC temperature previously inferred for the start of the last deglaciation (lag of CO2 by 800± 600 yr) seems to be overestimated.”
Die Autoren berechnen in verschiedener Weise die Zeitdifferenz zwischen Gas (i.e.CO2) und Eis (i.e.Temperatur) und kommen auf Werte zwischen einem Dutzend und 1000 Jahren, wobei sie eben schlussfolgern, dass die 800 Jahre tendenziell zu hoch liegen könnten. Aber ich nehme, an auch noch in 100 Jahren wird das Caillon Paper als Beleg für eine feste Phasenverschiebung zwischen Temperatur und CO2 zitiert werden, auf jeden Fall von der RWE.
3) Vahrenhorst und Lüning glauben nach dem Zitat oben auch, dass die Temperaturschwankungen des Ozeans die CO2 Schankungen vollständig erklären könnten. Tatsache ist aber, dass sie das nur zu einem kleinen Teil können und dass eben diese Schwankungen des CO2 in der Vergangenheit zu den gröszten ungelösten Rätseln in der Klimaforschung gehören. Fazit dazu: Wenn man irgendeine Idee zu einem Thema hat und diese Idee scheint plausible (“Ozean wird warmer und gast mehr CO2 aus”) und geht in die richtige Richtung um die Beobachtungen zu erklären, dann muss man das doch auch mal quantifizieren. Ich habe es hier bereits einmal erklärt. Der Ausgaseffekt des sich erwärmenden Ozeans ist viel zu klein.
Das ist übrigens kein verstecktes, elitäres Wissen, sondern Anfängervorlesungsstoff. In jedem Fall hier ein beliebiges Zitat dazu:
Dieses Zitat nur für den unwahrscheinlichen Fall, dass Vahrenholt und Lüning an eine “verbesserte” Neuauflage denken.
RWE, wie in “voRWEgehen” oder in “eRWEcken” oder in “irRWEg” oder …
4) Warum aber ist das Ganze ohnehin ein Strohmann? Ich weiss natürlich nicht, was Al Gore sich dabei dachte, als er das Bild 1 zeigte (oder ein ähnliches). Er hat zu keinem Moment auch nur angedeutet, dass man aus den Daten ersehen könnte, dass das CO2 die Temperatur führe. In der wissenschaftlichen Literatur hat es auch so eine Aussage nie gegeben. Der Wechsel der Eis- und Warmzeiten in den letzten 2.7 Millionen Jahren ist getriggert von Verschiebungen der solaren Strahlung auf der Erde, und zwar sowohl im Jahresrythmus als auch in ihrer geographischen Verteilung (die sogenannten Milankovitch Zyklen). Damit das CO2 das Allererste wäre, das sich zum Ende einer Eiszeit wie vor 20.000 Jahren auf der Erde geändert hätte, müsste es einen direkten Einfluss der solaren Milankovitch Schwankungen auf den Kohlenstoffkreislauf geben. Der ist nicht bekannt und kann mit dem heutigen Stand des Wissens nichtmals formuliert, geschweige denn quantifiziert werden. ZUERST, und das war in der Paleoklimaforschung immer klar, hat sich etwas im Klimasystem geändert und dann hat der Kohlenstoffkreislauf reagiert und zu der bereits angestossenen Erwärmung als positiver Feedback beigetragen. Aber genau wann und genau wie?
Man sieht also, dass es jenseits des Skeptikerunsinns à la RWE, echte und seit langem bekannte wissenschaftliche Fragen gibt. Wie ist die Dynamik des Endes der Eiszeiten und wie hängen Treibhausgase, sich ändernde Ozeanzirkulation und globale Temperaturen zusammen?
Letzte Woche gab es in Nature zu diesem Thema ein wirklich sehr interessantes Paper. Jeremy Shakun, Doktorand vom Radiokarbon-Experten Peter U. Clark an der Oregon State University untersuchte den Ablauf von CO2 und Temperaturänderungen nicht nur in der Ostantarktis, von wo wir die Informationen zum CO2 Verlauf haben, sondern mit dutzenden Temperaturproxie-Zeitserien rund um den Planeten. Das Neue und wirklich Bemerkenswerte an dem Paper ist die grosze Datenbasis mit der diese Analyse durchgeführt wurde (siehe Bild 2). Nicht neu ist allerdings, dass die Phasenverschiebung zwischen CO2 und den Antarktischen Temperaturen (also jene berühmten 800 Jahre) eben NICHT typisch für den ganzen Planeten ist, sondern dass vielmehr grozse Teile des Planeten in Phase mit dem CO2 oder gar geführt vom CO2 sich erwärmen. Aus vielen Publikationen sei zum Beleg hier nur mal eine Arbeit David Leas von 2004 zitiert:
“The strong correspondence of a proxy SST record from the eastern equatorial Pacific and the Vostok CO2 record suggests that varying atmospheric carbon dioxide is the dominant control on tropical climate on orbital time scales. This effect is especially pronounced at the 100 000-yr cycle.”
Bild 2: Verteilung und Art der verschiedenen Temperaturproxies, die in der Arbeit von Shakum et al. benutzt wurden. Das Supplementary Material zu diesen Proxies findet sich hier.
Statt aber nur eine Temperaturzeitserie oder nur eine Region anzuschauen, haben sich Shakun et al. nun den ganzen Planeten vorgeknöpft. Sie nahmen marine und terrestrische Zeitserien, sie nahmen sehr unterschiedliche Proxies wie Pollen, UK37 Serien (ein Temperatur-Index, der auf der Basis der Struktur von bestimmten Ketonen, den Alkenonen, in Foraminiferen-Schalen gewonnen wird) oder den neuen “Star” der Temperaturproxies, den TEX86 Index (chemische Zusammensetzung von Membranlipiden von bestimmen Planktonspezies). Wie Bild 2 zeigt ergibt das eine fantastische geographische Abdeckung in der praktisch alle Klimazonen vertreten sind.
Es gibt wie immer in der Wissenschaft eine Reihe von Unsicherheiten, deren Berechnung und Einschränkung die eigentliche Fleissarbeit dieses Papers ist. Bevor ich also zu dem zentralen Ergebnis der Arbeit komme, ein paar Worte zu eben diesen Unsicherheiten. Die Datierung der antarktischen CO2 Zeitserie (CO2 ist natürlich global praktisch uniform verteilt) beruht auf der Datierung der Eiskerne (einzelne Marker von bekannten Vulkanausbrüchen, Eisschichten zählen, O2/N2 Zyklen zählen, Eisschildmodell) plus dem Eis-Gas Altersunterschied.
Die Datierung der meisten marinen Temperaturzeitserien beruht auf 14C Datierung und das ist in der Tat eine haarige Sache. Unterschiedliche Ozeanwasser besitzen ein unterschiedliches Alter, so dass die im Wasser enthaltenen C-Atome mal mehr oder weniger Zeit haben zu zerfallen. Das wird meist mit einem Pi mal Daumen Faktor von ca. 400 Jahren Reservoiralter korrigiert. Auch hier haben Shakun et al. nochmal Hand angelegt, um diese Korrektur präziser durchzuführen.
Bild 3: CO2 concentration and temperature. a, The global proxy temperature stack (blue) as deviations from the early Holocene (11.5-6.5 kyr ago) mean, an Antarctic ice-core composite temperature record42 (red), and atmospheric CO2 concentration (refs 12, 13; yellow dots). The Holocene, Younger Dryas (YD), Bølling-Allerød (B-A), Oldest Dryas (OD) and Last Glacial Maximum (LGM) intervals are indicated. Error bars, 1s (Methods);
p.p.m.v., parts per million by volume. b, The phasing ofCO2 concentration and temperature for the global (grey), Northern Hemisphere (NH; blue) and Southern Hemisphere (SH; red) proxy stacks based on lag correlations from 20-10 kyr ago in 1,000 Monte Carlo simulations (Methods). The mean and 1s of the histograms are given. CO2 concentration leads the global temperature stack in 90% of the simulations and lags it in 6%.
Ist das dann alles getan, kann man sich also mal das CO2 und die Temperaturen auf einer gemeinsamen Zeitskala ansehen (Bild 3). Ein erstaunlich konsistentes Bild taucht nun auf, insbesondere wenn man bedenkt, dass alle Zeitserien unabhängig voneinander datiert sind. Während die südliche Hemisphäre dem CO2 Signal vorläuft (eben wie im Caillon Paper zu Vostok), hinkt also die nördliche Hemisphäre und die Tropen dem CO2 Signal nach. Im Mittel über den ganzen Planeten ist die Verschiebung CO2-Temp positiv (~450 Jahre, die das CO2 der gobalen Temperatur voRWEggeht), nimmt man nur die Nordhemisphäre ist es noch positiver (~750 Jahre) und betrachtet man nur die Südhemisphäre ist es eben negativ (~-620 Jahre).
Es sieht also so aus, dass das CO2 für grosze Teile des Planeten der Transmitter war, der das eigentliche Ende der Eiszeit sozusagen global verteilte. Trotzdem gilt, was ich zu Beginn sagte: Es ist kein Prozess bekannt, der die Milankovitch Schwankungen der Sonneneinstrahlung direkt auf den Kohlenstoffzyklus wirken lassen würde. Der erste Anstieg der Temperaturen (in den hohen Breiten der Nordhemisphäre zwischen 21 Kilojahre und 17 Kilojahren vor Heute) ist denn auch NICHT begleitet vom CO2 Anstieg (erst ab 17.5 Kilojahren). Shakun et al. entwickeln nun die Hypothese, dass insbesondere Variationen der Atlantischen Ozeanzirkulation (AMOC=Atlantic Meridional Overturning Circulation) zu mehr oder minder starker Stratifizierung des südlichen Ozeans geführt haben. AMOC off (schwaches Overturning im Atlantik, Abkühlung im Nordatlantik, Starker Nord-Süd Temperaturgradient) ist dabei eine Situation, in der Wärme in der Südhemisphäre zurückgehalten würde und in der der südliche Ozean stärker geschichtet war. Wie kann aber diese Situation CO2 in die Atmosphäre bringen?
Bild 4: Die zonal gemittelten Temperaturzeitserien zeigen einen interessanten Verlauf während der letzten Eiszeit. Eine erste Erwärmung in der Nordhemisphäre (ab 19 kilojahren vor Heute) könnte eine Temperaturschaukel zwischen der nördlichen und südlichen Atmosphäre in Gang gebracht haben, die stetig CO2 insbesondere aus dem südlichen Ozean pumpt. Der genaue Mechanismus bleibt noch unklar.
Hier spekulieren die Autoren und zitieren einige vorherige Arbeiten:
“suggesting that a change in the AMOC may have also contributed to CO2 degassing from the deep Southern Ocean though its influence on the extent of Southern Ocean sea ice, the position of the southern westerlies or the efficiency of the biological pump.”
Es gibt also noch einiges zu tun, um diesen Teil des Puzzles zu lösen. Doch es scheint mehr und mehr, dass der Schlüssel der Dynamik des Kohlenstoffzyklus während der Endphasen der Eiszeiten im südlichen Ozean liegt, der während der über tausende von Jahren dauernden Eiszeiten eine grosze Menge an CO2 gespeichert hat, die nur darauf wartet wieder in die Atmosphäre entlassen zu werden. Eine erste Erwärmung in der nördlichen Hemisphäre (ab 20 Kilojahren vor heute) hat in diesem Szenario einen Einfluss auf die AMOC, und führte dann zum verstärkten Ausgasen von CO2 in der Südhemisphäre.
Von einem solchen ersten CO2 Anstieg ab treiben sich dann CO2, globale Temperaturen und AMOC immer weiter von der letzten Eiszeit zur Holozänen Warmzeit. In nur 10000 Jahren hatte sich der Planet schliesslich um ca. 5-6°C erwärmt und 3-4 kilometer hohe Eisschilde abgeschmolzen. Kann man sich einen Mechanismus vorstellen, der das noch schneller könnte?
Doch. Man kann und wir probieren ihn gerade aus.
PS Ich habe mich hier ganz von dem Teil des Papers ferngehalten, der auch versucht, diese Klimadynamik des Endes der letzten Eiszeit zu modellieren. Zum einen sind solche Resultate momentan noch modellabhängig, zum anderen führte es uns etwas zu weit weg, vom eigentlich big point dieses Papers, nämlich der wichtigen Rolle des CO2 während des Endes der Eiszeit. Denn: Nichts ergibt in der Paläoklimatologie wirklich einen Sinn, wenn man die Treibhausgase nicht mit in der Rechnung hat.
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