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Wissenschaftler warnen vor Klima-Manipulation mit Schwefel

Mit Hilfe von Schwefel-Injektionen in die Atmosphäre ließe sich der Klimawandel aufhalten. Aber die Geo-Engineering-Methode ist mit Risiken verbunden. Einmal begonnen, darf es zu keiner Unterbrechung der Klima-Manipulation kommen – für 1000 Jahre.

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Sensibles System: Atmspäre und Sonneneinstrahlung (Quelle: Knipseline/pixelio.de)

Ein dreiköpfiges Forscherteam untersuchte in einer Studie erstmals mehrere Szenarien für den abrupten Abbruch der Klima-Manipulation mit Schwefel, was sie als Geo-Engineering-Versagen bezeichnen. Sie fanden heraus, dass die Folgen umso kritischer sind, je länger der Eingriff bereits dauerte. Forscher beschäftigen sich mit Geo-Engineering, weil noch nicht klar ist, ob es der Menschheit gelingt, den Ausstoß von Treibhausgasen einzuschränken und so den Klimawandel in einem akzeptablen Rahmen zu halten.

Mit Schwefel das Klima beeinflussen

Zum Geo-Engineering mit Schwefel wurden Wissenschaftler durch Vulkanausbrüche inspiriert. Besonders wichtig war der gut dokumentierte Ausbruch des philippinischen Pinatubo im Juni 1991. Der Vulkan stieß gewaltige Mengen Schwefel und Schwefelverbindungen aus: 10 Teragramm, was 10 Millionen Tonnen entspricht, wurden in die Stratosphäre geschleudert. Diese befindet sich 15 bis 50 Kilometer über der Erdoberfläche. Nach sechs Monaten waren noch sechs Teragramm übrig, fein verteilt als sogenanntes Aerosol. Dadurch wurde die natürliche Aerosol-Schicht der Stratosphäre dichter und strahlte mehr Sonnenlicht zurück in den Weltraum.

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Rauchender Ätna 2001: Vulkanausbrüche lieferten Forschern wichtige Hinweise (Quelle: Ulla Trampert/pixelio)

Im Fall des Pinatubo sank die Temperatur in der Folge kurzfristig um etwa ein halbes Grad ab, das Klima wurde ansonsten aber kaum beeinflusst. Wissenschaftler folgerten, die Methode könnte für eine relativ gefahrlose Klima-Manipulation geeignet sein. Verschiedene Simulationen bestätigten, dass sich der Anstieg der durchschnittlichen Oberflächentemperatur auf der Erde so ausgleichen ließe.

Für die praktische Umsetzung gibt es mehrere Ideen. Dem Kerosin beigemischt könnten Flugzeuge den Schwefel in die Stratosphäre bringen. Mit Hilfe von Marine-Artillerie könnte er wortwörtlich in die Luft geschossen werden. Auch lange Schläuche, deren Enden von Ballons getragen werden, sind im Gespräch.

Das A1B-Szenario IPCC Special Report on Emissions Scenarios

Das A1B Szenario ist eines von 40 Szenarien, die die  Wissenschaftler des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) für das 21. Jahrhundert zusammengestellt haben. In den Szenarien der A1-Familie gehen die Wissenschaftler davon aus, dass die Weltbevölkerung ihr Maximum Mitte des 21. Jahrhunderts erreicht und dann wieder schrumpft. Schneller technologischer Fortschritt, der mehr Effizienz bringt, steigende kulturelle und soziale Interaktion, regionale Einkommensunterschiede und starkes Wirtschaftswachstum beeinflussen den Ausstoß von Treibhausgasen. Im A1B-Szenario decken die Menschen ihren Energiebedarf teilweise durch fossile Brennstoffe, teilweise aus anderen Energiequellen.

Szenario und Modell verlangen steigende Schwefelmenge

Pedro Llanillo, Phil D. Jones und Roand von Glasow verwendeten in der Studie das A1B Szenario (siehe Infokasten). Sie untersuchten, wie sich ein abruptes Ende der Geo-Engineering-Methode nach verschieden langen Perioden von Geo-Engineering auswirken würde. Sie wählten ein relativ einfaches Klimamodell, das am am Oregon Graduate Institute entwickelt wurde.

“CO2 hat in der Atmosphäre eine sehr lange Lebensdauer, etwa 1000 Jahre. Aerosole halten sich dort nur drei bis fünf Jahre”, erklärt Anders Levermann vom Potsdam Institute for Climate Impact Research. Folglich wäre eine einmalige Schwefel-Injektion nach kurzer Zeit wirkungslos. Sie müsste in regelmäßigen Abständen wiederholt werden. Im A1B-Szenario verschieben regelmäßige Injektionen mit 6 Teragramm Schwefel den Klimawandel um 53 Jahre (siehe Grafik 1).

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Grafik 1: Änderung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur (SAT anomaly, senkrechte Achse). Rot: mit Schwefel-Injektion. Blau: ohne Schwefel-Injektion. Quelle: Llanillo, Pedro; Jones, Phil D.; von Glasow, Roland. 2010. "The Influence of Stratospheric Sulphate Aerosol Deployment on the Surface Air Temperature and the Risk of an Abrupt Global Warming." Atmosphere 1, no. 1: 72.

Da das Szenario davon ausgeht, dass die Emission der Treibhausgase weiter steigt, müsste zum Ausgleich die Menge an Schwefel, die in die Atmosphäre geleitet wird, immer wieder erhöht werden. Laut der Studie wären 3 Teragramm Schwefel als Einstiegsmenge optimal. Diese Menge müsste dann jährlich um 1,9 Prozent erhöht werden. Damit bliebe die durchschnittliche Temperatur auf dem Niveau der 1970er (siehe gelbe Kurve in Grafik 2).

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Grafik 2: Änderung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur (SAT anomaly, senkrechte Achse) im Laufe der Jahre: Damit die durchschnittliche Oberflächentemperatur auf dem Niveau der 1970er bleibt, genügt es, im ersten Jahr die Hälfte der Schwefelmenge des Pinatubo-Ausbruchs zu injezieren und diese dann jährlich um 1,9 % zu steigern (gelbe Kurve). Quelle: wie Grafik 1, S. 73.

Temperatur-Verlauf bei Versagen unterscheidet sich je nach Strategie

Die künstliche Aerosol-Schicht verschwindet relativ schnell wieder aus der Stratosphäre. Wenn die Schwefel-Injektionen abbrechen, steigt daher die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche rasch an. In kurzer Zeit nimmt sie den Wert an, den sie zu diesem Zeitpunkt auch ohne Geo-Engineering erreicht hätte.

Brechen die Maßnahmen zur Verzögerung des Klimawandels beispielsweise nach fünf Jahren ab, so steigt die Temperatur danach um 0,3 Grad pro Jahr. Dies entspricht etwa dem Fünfzehnfachen des heutigen Temperaturanstiegs und etwa dem 43-Fachen dessen, was im 20. Jahrhundert beobachtet wurde (siehe Grafik 3).

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Grafik 3: Änderung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur (SAT anomaly) bei konstanter Schwefel-Menge und Versagen zu verschiedenen Zeitpunkten, Quelle: wie Grafik 1, S. 75.

Wird der Klimawandel ausgeglichen, also pro Jahr immer mehr Schwefel in die Atmosphäre gebracht, vergrößert sich das Problem: Es steigt der Unterschied zwischen der Temperatur, die aufgrund der Treibhausgase vorliegen müsste, und der Temperatur, die dank des künstlichen Aerosols vorliegt. Ein Versagen 2050, nach 25 Jahren, würde zu einer Temperatursteigerung von 0,3 Grad Celsius pro Jahr führen. Beim Versagen  im Jahr 2090 wären es schon 0,56 Grad pro Jahr (siehe Grafik 4).

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Grafik 4: Änderung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur (SAT anomaly) bei steigender Schwefel-Menge und Versagen 2050 und 2090, Quelle: wie Grafik 1, S. 76.

Ein solch beispielloser Temperaturanstieg würde der Weltwirtschaft erheblichen Schaden zufügen, prognostizieren die Forscher der Studie. Levermann erklärt: “Ein abrupter Abbruch könnte das Klima-System durcheinander bringen. Einmal begonnen, darf es zu keinem Versagen kommen.” Er fügt hinzu: “Wir müssen uns daher ernsthaft fragen, ob unsere Gesellschaft dafür stabil genug ist – auch in den nächsten 1000 Jahren, denn so lange dauert es, bis das CO2 abgebaut ist.”

Ozonloch könnte weiter wachsen

Neben der Gefahr des Geo-Engineering-Versagens sind weitere Risiken mit der Aerosol-Methode verbunden. Beispielsweise erwärmt der Klimawandel zwar die unterste Schicht der Atmosphäre, kühlt aber gleichzeitig die Stratosphäre, in der sich die Ozonschicht befindet. Wird die Stratosphäre mit Hilfe der Aerosole künstlich noch zusätzlich gekühlt, besteht die Gefahr, dass es zu weiterem Ozon-Schwund kommt.

Außerdem schließt eine konstante mittlere Temperatur einen regionalen Klimawandel nicht aus. Beispielsweise könnte die Methode dazu führen, dass der Afrikanische und Asiatische Sommermonsun abgeschwächt werden. Dürren und Hungersnöte wären mögliche Folgen. In Studien anderer Forscher resultiert aus der Methode ein geringerer weltweiter Niederschlag. Ein leichter Anstieg des sauren Regens ist wahrscheinlich. Andere Forscher geben zu bedenken, dass die Schwefel-Injektionen den meteorologischen Wasserkreislauf stören könnten.

Viele Ideen müssen noch erforscht werden

Die Forschung an Aerosolen gehört zu dem Zweig der Geo-Engineering-Forschung, der eine Änderung an der Albedo (Rückstrahlkraft) der Erde untersucht. Die Albedo ließe sich auch ändern über:

-         Sonnenlicht absorbierende Stoffe in der Stratosphäre,

-         stärkere Streuung in der Troposphäre (“cloud-whitening”),

-         durch Änderung der Oberflächen-Albedo mit Hilfe großer Weißflächen, z. B. weißen Straßen.

Ein anderer Vorschlag sieht vor, die Menge an Treibhausgas zu reduzieren. Bereits ausgestoßenes CO2 soll über chemische Prozesse wieder gebunden und unterirdisch gelagert werden. Eventuell ließe sich die Menge CO2, die die Ozeane speichern, künstlich erhöhen. Andere spielen mit dem Gedanken, Spiegel zwischen Erde und Sonne zu platzieren.

Wissenschaftler betonen immer wieder, dass im Bereich Geo-Engineering noch großer Forschungsbedarf besteht und es besser wäre, sich nicht auf dergleichen zu verlassen. Levermann präzisiert: “Oberste Priorität sollte sein, den Ausstoß von Treibhausgasen zu beenden. Geo-Engineering löst das Klimaproblem nicht, es bekämpft nur die Symptome – und es ist mit Risiken verbunden.”

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