Kohlendioxid-Konzentration

Aus Klimawandel
Abb. 1: Die atmosphärische Konzentration von Kohlendioxid vom Beginn der Zeitrechnung bis zum Jahre 2007. Im eingefügten Kästchen die Konzentrations- und Emissionsentwicklung seit 1970.

Die aktuelle Kohlendioxidentwicklung

Emissionen

Abb. 2: Aktuelle Entwicklung der Kohlendioxid-Konzentration am Mauna Loa. Rot: Monatsmitel; schwarz: Monatsmittel sainsonbereinigt.

Aktuelle Änderung der Konzentration

Zwischen 1959 und 2010 wurden etwa 60 Gigatonnen[1] Kohlenstoff (GtC) durch Landnutzung und 290 GtC durch Verbrennung fossiler Brennstoffe emittiert, zusammen also 350 GtC. 2014 wurden zum ersten Mal in der menschlichen Geschichte über 10 GtC in einem einzigen Jahr emittiert, mehr als dreimal so viel wie in den 1960er Jahren. Insgesamt hat damit die Menschheit im Zeitraum 1870-2014 545 GtC emittiert, wovon 225 GtC in der Atmosphäre verblieben sind.[2]

Etwa die Hälfte des emittierten Kohlenstoffs wird von der Landbiosphäre und dem Ozean aufgenommen, der Rest verbleibt in der Atmosphäre (s.u.). Der emittierte Kohlenstoff verbindet sich in der Atmosphäre mit Sauerstoff und wird in Kohlendioxid (CO2) umgewandelt.[3] Zwischen 2000 und 2010 sind es jährlich 4,1 GtC, die durch menschliche Aktivitäten netto von der Atmosphäre aufgenommen werden.[4]

Das zusätzliche Kohlendioxid führt zu einer deutlichen Erhöhung der CO2-Konzentration, deren Wachstumsrate seit etwa 2000 eine erneute Steigerung zeigt. Während sie in den 1990er Jahren bei nur 1,49 ppm/Jahr lag, beträgt sie im Zeitraum 2000-2006 schon 1,93 ppm pro Jahr.[5] 2005 bis 2007 lag die Steigerung sogar bei 2,4 ppm/Jahr, sank dann aber 2008 während der globalen Wirtschaftskrise auf 1,8 ppm.[6] Inzwischen ist die Wachstumsrate wieder auf 2,66 ppm im Jahr 2012 und auf 2,27 ppm in 2013 angestiegen und ließ die Konzentration im Mai 2013 sogar auf knapp 400 ppm klettern. Im Mai 2014 wurde dann deutlich die 400 ppm-Grenze überschritten. Und im April und Mai und auch im November 2015 lag die CO2-Konzentration auch im Monatsmittel und saisonal bereinigt über 400 ppm (Abb. 2). Die Wachstumsrate stieg im Jahr 2015 sogar auf über drei Prozent (3,05 %), ein Rekordwert, obwohl die Emissionen leicht rückgängig waren.[7] Die Ursache liegt - ähnlich wie 1998, als die Wachstumsrate 2,93 % betrug - in einem starken El Niño, durch den sich das Wasser der Ozeane erwärmte und weniger CO2 aufnahm.

Dier Entwicklung von Quellen und Senken

Abb. 3: Quellen und Senken von anthropogenem Kohlendioxid in GtC pro Jahr.

Nur etwa die Hälfte des emittierten Kohlenstoffs verbleibt jedoch in der Atmosphäre. Der Rest wird von der Landbiosphäre und dem Ozean aufgenommen. Für das Klima der nächsten Jahrzehnte ist es von grundlegender Bedeutung, wie sich die Kohlenstoff-Senken Land und Ozean in Zukunft entwickeln. Werden sie weiterhin so viel Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufnehmen oder wird sich ihre Senkenkapazität abschwächen? Allgemein wird angenommen, dass die globale Erwärmung zu einer Abschwächung der Senken von Land und Ozean führt. Ein warmer Ozean kann weniger Kohlendioxid aufnehmen als ein kalter. Und bei der Landbiosphäre könnten höhere Temperaturen dazu führen, dass durch die stärkeren Verwitterungsprozesse mehr CO2 freigesetzt als durch den CO2-Düngungseffekt zusätzlich aufgenommen wird. Mehrere Untersuchungen, die sich auf Beobachtungen und Modellergebnisse stützen, haben bereits eine Abschwächung der Ozean-Senke festgestellt.

Der Ozean nimmt 20-34 % der anthropogenen Emissionen von Kohlendioxid auf. Über den genauen Anteil bestehen jedoch große Unsicherheiten. Auf Beobachtungen basierende Untersuchungen zeigen, dass die ozeanische Senke seit den 1950er Jahren besonders stark zugenommen hat.[8] Die deutliche Zunahme in den 1950er Jahren ist wahrscheinlich eine Folge der höheren atmosphärischen Wachstumsrate von Kohlendioxid. 2008 betrug der Bestand von anthropogenem Kohlendioxid im Ozean ca. 151 GtC. Die Aufnahmerate lag 2008 bei 2,3 GtC pro Jahr. Die wichtigste Senke regional ist der Südliche Ozean ungefähr südlich von 40 °S, der 2008 etwa 40 % der ozeanischen CO2-Senke ausmachte.

Abb. 4: Die Änderung der CO2-Emissionen durch Änderung der Landnutzung, Verbrennung fossiler Energien, Zementproduktion u.a. (oben links) sowie die Veränderung der CO2-Senkenanteile der Atmosphäre (oben rechts), der Landvegetation (unten links) und des Ozeans (unten rechts).

Modellanalysen und Beobachtungsdaten zeigen, dass die ozeanische Senke sich im Zeitraum 1981-2007 um 12 % abgeschwächt hat. Die Ursachen liegen in der Änderung von Windmustern und in der Erwärmung des Ozeans. Am stärksten wirken sich die durch Wind veränderten Strömungen aus, und zwar hauptsächlich im äquatorialen Pazifik und im Südlichen Ozean. Dabei handelt es sich hauptsächlich um verstärktes Auftriebswasser, das viel voranthropogenes CO2 enthält. Die zunehmenden Windstärken im Südlichen Ozean, die mit der Abnahme des Ozons in der Stratosphäre in Verbindung gebracht wurden, machen ebenfalls 20 % aus. Hierbei geht es um eine Verstärkung der zirkumpolaren Westwinde rund um die Antarktis, die CO2-reiches Wasser aus tieferen Ozeanschichten an die Oberfläche transportieren, wo das Kohlendioxid an die Atmosphäre abgegeben werden kann. Da diese Verstärkung hauptsächlich auf das Ozonloch über der Antarktis zurückgeführt wird, könnte die Abschwächung der CO2-Aufnahme eine vorübergehende Erscheinung sein. Die Erwärmung des Ozeans spielt vor allem im Nordatlantik eine Rolle. Insgesamt macht die Erwärmung aber nur 20 % der Abschwächung der ozeanischen Senke aus. [9][10]

Die Quellen dieser Ergebnisse sind jedoch mit Unsicherheiten behaftet. Die Abschwächung regionaler Senken ist zwar durch Beobachtungen für den Nordatlantik und den Südlichen Ozean belegt. Eine Zunahme der CO2-Aufnahme durch den Ozean wurde jedoch im Nordpazifik beobachtet. Insgesamt sind die vorhandenen Beobachtungen nur begrenzt aussagefähig, weil sie nicht flächendeckend sind. Klimamodelle liefern zwar ein Gesamtbild, sie berücksichtigen jedoch nicht alle Prozesse, die von Bedeutung sein könnten wie z.B. die Reaktion der marinen Ökosysteme auf die Versauerung der Meere.[11][12] Ein Vergleich der Emissionen mit der Aufnahme von CO2 durch die Atmosphäre, aus dem die Aufnahme von Land und Ozean zusammengenommen einfach abgeleitet werden kann, zeigt jedenfalls keine erkennbare Abschwächung in der Summe der beiden Senken. Vielmehr hat sich die Aufnahmerate von Land und Ozean pro Jahrzehnt deutlich erhöht, von 2,5 GtC pro Jahr in den 1960er Jahren auf 4,6 GtC seit 2000. In der Atmosphäre hat die Aufnahme von Kohlendioxid von 1,8 GtC pro Jahr in den 1960ern auf 4,1 GtC jährlich zwischen 2000 und 2010 allerdings ebenfalls deutlich zugenommen, wobei die Steigerung besonders stark zwischen den 1990er und den 2000er Jahren war.[4]

Kohlendioxid seit der Industrialisierung

Seit Beginn der Industrialisierung greift der Mensch in den natürlichen Kreislauf ein, indem er in immer stärkerem Maße fossile Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle, in denen Kohlendioxid über viele Hunderte von Millionen Jahren dem natürlichen Kreislauf entzogen war, verbrennt und damit die CO2-Konzentration in der Atmosphäre erhöht. Hinzu kommt die direkte Zerstörung von Vegetation durch Landnutzungsänderungen bzw. Zerstörung von Wäldern, durch die ebenfalls CO2 frei wird. Seit Beginn der Zeitrechnung bis zum Beginn der Industrialisierung schwankte die atmosphärische Konzentration von Kohlendioxid nur geringfügig zwischen 275 und 285 ppm. Während des industriellen Zeitalters hat die atmosphärische Konzentration von Kohlendioxid um ca. 38 % von 280 ppm auf 385 ppm im Jahre 2008 zugenommen.[6] Für die ersten 50 ppm der CO2-Erhöhung waren über 200 Jahre nötig, die nächsten 55 ppm wurden dagegen in nur noch 30 Jahren erreicht.[13]

Einzelnachweise

  1. ↑ Eine Gigatonne entspricht einer Milliarde (109) Tonnen oder einer Billion (1012) Kilogramm.
  2. ↑ Le Quéré et al. (2014): Global carbon budget 2014, Earth System Science Data Discussion, 67, 521-610
  3. ↑ 1 t C entspricht 3,67 t CO2
  4. ↑ 4,0 4,1 A. P. Ballantyne, et al. (2012): Increase in observed net carbon dioxide uptake by land and oceans during the past 50 years, Nature 488, 70-73
  5. ↑ Josep G. Canadell et al. (2007): Contributions to accelerating atmospheric CO2 growth from economic activity, carbon intensity, and efficiency of natural sinks, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0702737104 Online
  6. ↑ NOAA Earth System Research Laboratory: Trends in Atmospheric Carbon Dioxide
  7. ↑ S. Khatiwala, F. Primeau & T. Hall (2009): Reconstruction of the history of anthropogenic CO22 concentrations in the ocean, Nature 462, 346-350
  8. ↑ Le Quéré, C., et al. (2010): Impact of climate change and variability on the global oceanic sink of CO2, Global Biogeochemical Cycles 24, doi:10.1029/2009GB003599
  9. ↑ Sarmiento, J. L., et al. (2010): Trends and regional distributions of land and ocean carbon sinks, Biogeosciences 7, 2351–2367
  10. ↑ Le Quéré, C., et al. (2009): Trends in the sources and sinks of carbon dioxide, Nature Geoscience 2, 831–836
  11. ↑ Baker, D.F. (2007): Reassessing Carbon Sinks, Science 22 June, Vol. 316, 1708-1709
  12. ↑ IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I: The Science of Climate Change, 2.3.1

Weblinks

Ein lesenswerter Artikel über die von Charles David Keeling initiierte kontinuierliche Messung des CO2 in der Luft auf dem Mauna Loa ("Keeling-Kurve").

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