Kohlendioxid-Konzentration

Aus Klimawandel

Die aktuelle Kohlendioxidentwicklung

Emissionen

Statt als Kohlendioxid (CO2) werden die emittierten Mengen CO2 zumeist als Kohlenstoff (C) angegeben.
1 Gt C entspricht 3,67 Gt CO2.[1]

Aktuelle Entwicklung der Kohlendioxkonzentration am Mauna Loa.
Rot: Monatsmittel; schwarz: Monatsmittel sainsonbereinigt.
Umrechnung[2]: 1 ppm CO2 = 7,814 Gt CO2</sub)
Wachstumsrate der Kohlendioxidkonzentration am Mauna Loa 1959-2015.Schwarze Balken: Mittel der Jahrzehnte.

Aktuelle Änderung der Konzentration

Die kumulativen Kohlendioxidemissionen aus der Verbrennung fossiler Energieträger zwischen 1850 und 2019 betrugen 450 GtC und die aus Landnutzungsänderungen 205 GtC, zusammen also 655 GtC (bzw. 2340 GtCO2). Davon verblieben 260 GtC in der Atmosphäre, 160 im Ozean und 200 in der Landbiosphäre. Jährlich sind es gegenwärtig 4,9 GtC, die in der Atmosphäre verbleiben.[3]

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[4] pro Jahr lag,[5] betrug sie in den 2000er Jahren an der Messstation Mauna Loa, Hawaii, ca. 2 ppm/Jahr und überschritt 2015 die Marke von 3 ppm jährlich[6] Die CO2-Konzentration wächst damit gegenwärtig stärker als je in den letzten Hunderttausenden von Jahren; im Vergleich zu natürlichen Prozessen ist sie geradezu explosiv. So übertrifft sie die natürliche starke Zunahme von Kohlendioxid am Ende der letzten Eiszeit um das 200fache.[7] Das Rekordwachstum der CO2-Konzentration von 2015 ist eine erwartete Konsequenz aus der hohen Nutzung fossiler Energieträger in Kombination mit dem ungewöhnlich starken El Niño von 2015/16. Durch das El-Niño-Phänomen werden zusätzliche Emissionen aus tropischen Wäldern durch Dürren und Feuer verursacht.

Die Folge der immer höheren Wachstumsrate ist eine stetig steigende Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre. Seit Beginn der Zeitrechnung bis zum Beginn der Industrialisierung schwankte die atmosphärische Konzentration von Kohlendioxid nur geringfügig zwischen 275 und 285 ppm. Um 1750 lag die CO2-Konzentration bei 278 ppm und stieg dann während des industriellen Zeitalters auf 390,5 ppm im Jahre 2011.[8] Für die ersten 50 ppm der CO2-Erhöhung waren über 200 Jahre nötig, die nächsten 65 ppm wurden dagegen in nur noch 35 Jahren erreicht. 2015 wurde sogar die symbolische Grenze von 400 ppm überschritten. Und nur vier Jahre später, im Jahr 2019, lag das Jahresmittel bei 410,5 ppm. Das bedeutet eine Steigerung um 48% im Vergleich zur vorindustriellen Zeit. Trotz der Corona-Krise 2020 und der damit verbundenen Verringerung der Emissionen von CO2, die vorläufig auf 4,2-7,5% für das gesamte Jahr 2020 geschätzt werden, ist die CO2-Konzentration davon kaum berührt. Der Anstieg wird wahrscheinlich 0,2 ppm pro Jahr kaum überschreiten.[9]

CO2-Konzentrationen von über 400 ppm hat die Erde seit mehreren Millionen von Jahren nicht gesehen. Falls die fossilen Emissionen nicht bald deutlich unter das gegenwärtige Niveau gesenkt werden, wird das CO2-Niveau die 450-ppm-Marke nach Einschätzung des bekannten amerikanischen Klimaforschers Ralph Keeling um 2035 und die 500-ppm-Grenze um 2065 überschreiten. Nach Keeling wird es mindestens 1000 Jahre dauern, bevor die CO2-Konzentration wieder unter 350 ppm fällt, jenes Niveau, das viele Experten als Grenze für eine gefährliche Klimaentwicklung ansehen.[10]

Verteilung des emittierten Kohlendioxids

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.

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).

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.[11] 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.

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 vorantropogenes 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. [12][13]

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.[14][15] 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.[16]

  1. ↑ 1 Gt (Gigatonne) = 1 Milliarde (109) Tonnen
  2. ↑ Climate Data Check: Umrechnung ppm in Gt
  3. ↑ Friedlingstein, P., M.W. Jones, M. O'Sullivan, et al. (2019): Global Carbon Budget 2019, Earth Syst. Sci. Data, 11, 1783–1838, https://doi.org/10.5194/essd-11-1783-2019
  4. ↑ ppm (Teile pro Million) ist das Verhältnis der Anzahl von Treibhausgasmolekülen zur Gesamtzahl der Moleküle in trockener Luft.
  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: Annual Mean Growth Rate for Mauna Loa, Hawaii
  7. ↑ NOAA (März, 2016): Record annual increase of carbon dioxide observed at Mauna Loa for 2015
  8. ↑ IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 2.2
  9. ↑ WMO Greenhouse Gas Bulletin (GHG Bulletin) - No. 16 (2020): The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations through 2019
  10. ↑ Keeling, R. (2016): Comment on Recent Record-Breaking CO2 Concentrations
  11. ↑ S. Khatiwala, F. Primeau & T. Hall (2009): Reconstruction of the history of anthropogenic CO22 concentrations in the ocean, Nature 462, 346-350
  12. ↑ 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
  13. ↑ Sarmiento, J. L., et al. (2010): Trends and regional distributions of land and ocean carbon sinks, Biogeosciences 7, 2351–2367
  14. ↑ Le Quéré, C., et al. (2009): Trends in the sources and sinks of carbon dioxide, Nature Geoscience 2, 831–836
  15. ↑ Baker, D.F. (2007): Reassessing Carbon Sinks, Science 22 June, Vol. 316, 1708-1709
  16. ↑ A. P. Ballantyne1, et al. (2012): Increase in observed net carbon dioxide uptake by land and oceans during the past 50 years, Nature 488, 70-73
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